Summary
神经递质改变是一种神经功能障碍的机制,发生在脑震荡后,并造成有时灾难性的长期后果。这种大鼠模型结合了微透析,允许体内神经递质定量,与重量下降技术,以快速加速和减速的头部和躯干,人类颅骨创伤的一个重要因素。
Abstract
持续的认知和运动症状是脑震荡/轻度创伤性脑损伤 (mTBIs) 的已知后果,可部分归因于神经传播的改变。事实上,对啮齿动物的脑微透析研究表明,在创伤后的前10分钟内,海马体内细胞外谷氨酸释放过多。微透析具有在体内神经递质连续采样的明显优势,同时无需牺牲动物。除了上述技术,需要一个封闭的头部损伤模型,使头部和躯干快速加速和减速,因为这个因素在很多其他动物模型中是不可用的。韦恩州降重模型模仿人类颅骨创伤的这一基本组成部分,允许对体重下降的无节制的啮齿动物的头部产生冲击。我们新颖的转化大鼠模型将脑微透析与韦恩州降重模型相结合,研究在轻度麻醉和无节制的成年大鼠中,脑震荡后细胞外神经递质水平的急性变化。在此协议中,微透析探针作为感兴趣的区域插入海马内部,并在撞击时留在大脑中。海马体内的终端和受体密度很高,因此是记录脑震荡后神经传播变化的相关区域。当应用于成年斯普拉格-道利大鼠时,我们的联合模型诱导海马细胞外谷氨酸浓度在前10分钟内增加,与先前报道的脑震荡后症状学一致。这种组合的降压模型为研究人员提供了一个可靠的工具,可以研究除了重复性脑损伤外,对脑震荡的早期治疗反应,因为此方案会导致闭头轻度创伤。
Introduction
这种方法的目的是为研究人员提供一个可靠的工具,忠实地再现人类颅脑创伤的生物力学,同时允许对脑震荡/轻度创伤性大脑的分子效应进行纵向表征。伤害(mTBIs)。该方法将脑微透析与韦恩州降重模型相结合,记录在轻度麻醉和无节制的成年大鼠中,脑震荡后细胞外神经递质水平的急性变化。使用这种微创方法,神经递质,如谷氨酸,GABA,牛磺酸,甘氨酸和丝氨酸可以在创伤后,在体内快速和持续量化,而不必牺牲动物。
脑震荡/mTBI是一种由外力机制引起的影响大脑功能的病理生理障碍。脑震荡/mTBI是最常见的创伤性脑损伤形式,占1例的70-90%。脑震荡后的大部分急性功能中断可归因于原发性脑损伤2、3 :(1)原发性脑损伤是由头部和躯干的快速加速和减速引起的。通过压缩损害脑组织,随后在反弹4、5、6和(2)期间拉伸和剪切斧子,继发性脑损伤是细胞对创伤的间接反应。它发生在原发性脑损伤后的几个小时和几天,在运动和认知障碍中扮演着重要的角色。许多症状可归因于改变的神经传播,如先前证明在受伤后7,8,9在伤害后的前10分钟内过度细胞外谷氨酸释放。由于其终端和受体的高密度,海马是一种大脑结构,特别容易受到损伤后这种兴奋性反应的影响。大量参与认知功能10,11,研究啮齿动物报告,海马损伤与脑震荡可能导致损伤在恐惧调节和学习空间记忆12 ,13.该方法的主要目标是制定出一个大鼠的脑震荡模型/mTBI,使用韦恩州闭头降压程序忠实地再现主要脑损伤的机制,并纳入脑微透析研究体内,急性细胞外神经递质因脑震荡后继发性脑损伤而变化。在海马区测量细胞外谷氨酸和GABA的浓度,作为我们方法的代表性结果。
以前的啮齿动物研究将微透析和其他损伤模型(如开头骨重量下降和控制皮质冲击)结合起来,以证明在不同程度严重的损伤后细胞外神经递质水平的急性变化14度,15度,16度,17度。然而,除了高变异性之外,开放颅骨重量下降和控制皮质冲击等模型的转化价值也因2个因素而固有的生态有效性缺失而受到阻碍:(1)这些模型在很大程度上诱发了伤害比运动相关的脑震荡在人类遭受更严重,涉及直接大脑加载和(2)这些模型需要颅切除术或颅骨切除术,啮齿动物的头被完全限制在立体框架,阻碍快速头部和躯干加速和减速,因此缺乏脑震荡的生物力学。
微透析是一种微创方法,它具有对谷氨酸、GABA、牛磺酸、甘氨酸和丝氨酸等神经递质进行采样的明显优势,在体内和持续创伤后,同时不必牺牲动物。除了微透析的优势外,韦恩州立大学还开发了一种闭骨滴式(与其他模型的开放式头骨相比),它允许在轻度麻醉和无节制的啮齿动物上感应mTBI,从而允许头部和躯干的快速加速和减速18。如前所述,头部和躯干加速和减速是运动相关脑震荡的核心生物力学特征,以前啮齿动物mTBI模型未能解决。降重程序可以非常迅速地完成,不需要任何以前的手术或头皮切口。脑震荡诱导后,啮齿动物几乎自发地恢复右反射,在一次撞击后不会感到瘫痪、癫痫发作或呼吸窘迫。颅内出血和颅骨骨折很少,只有小缺陷的运动协调报告在啮齿动物。这种大鼠模型易于使用,价格低廉,有助于在脑震荡后急性阶段释放的神经递质的定量,而不会在撞击过程中去除微透析探针。
我们的大鼠模型结合了微透析和脑震荡,适合寻求纵向描述脑震荡分子效应的研究人员,并可用于各种治疗性研究。事实上,尽管经过几年的研究和压倒性的需求,没有药物,以防止脑震荡的长期影响已经通过了临床试验阶段19。造成这些失败的潜在原因之一可能是使用动物模型,这些模型不能忠实地再现人类经历的脑震荡的创伤性生物力学力量。这里介绍的方法符合人类脑震荡的定义,该定义规定,主要脑损伤是由钝冲击以及头部和躯干2、3的快速加速和减速引起的。
此外,我们的组合模型适合研究人员研究反复轻度创伤性脑损伤 (rmTBI) 的影响,因为它的主要特征之一,使其区别于其他动物的脑震荡模型是,它使它有可能诱导重复,轻微伤害同一案件18。在人类中,rmTBI与更严重的创伤后症状、更长的恢复时间以及加重的运动和认知障碍有关,这些障碍往往在时间20、21之间扩散。其他相关的动物模型也使得更好地了解rmTBI 22,23,24,25,26,27的创伤后病理生理学成为可能.在24小时间隔至少5 mTBI后,啮齿动物的大脑脆弱性增加。神经炎症增加,经历的mTBI和神经退化的标记出现28。重复的mTBI将阻止微胶质从临炎模式过渡到正常恢复模式,导致长期兴奋活性和神经退行机制的激活29。根据我们的模型,大鼠在1周内每天可能遭受1次撞击,总共5次。鉴于这种动物模型的简单性,它可以促进在mTBI之后立即产生的急性滥杀性神经递质释放的累积效应的表征。
这种模式还允许动物每天容易受到2次撞击,从而可以研究更严重的情况,例如当运动员在第一次打击30后的短时间内收到另一次创伤性撞击时。正如先前的研究31所证明的,第二次打击头部的时机可以显著影响血管和斧头损伤。第二次打击越接近第一次打击,后果就越严重。此模型适用于研究此特定情况如何影响细胞外神经递质释放。
在这种方法中,海马作为感兴趣的区域,由于其在脑震荡研究的相关性,但微透析样本也可以从其他感兴趣的区域收集。然而,任何其他大脑区域必须考虑由于撞击点从导管留下的空间,包括周围的牙科水泥,可以占用老鼠的头部相当大的空间。此外,该方法提出的微透析参数,如膜的分子量截止和活性长度、采样时间间隔和流速,可根据所研究的分子类型进行调整。例如,有效收集脑震荡中涉及的亲炎细胞因子需要孔径大得多的膜。
Protocol
该项目的动物协议根据加拿大动物护理理事会的指导方针,获得了蒙特利尔圣杯动物护理委员会的批准。
注:如图1所示,研究协议的原理图大纲。
1. 动物准备
- 从标准实验室动物供应商处订购斯普拉格-道利大鼠,在43至50天之间交付,重量在151至200克之间。
- 将所有大鼠单独在12:12的周期中,在12:12的光线:黑暗,在24-26°C与广告自由获得水和食物。
- 在启动协议前的2周内,每天处理大鼠5分钟,以方便它们与研究人员接触。大鼠应年龄约10周,其体重应在脑震荡或假伤诱导时在295至351克之间。
2. 微透析指南卡环植入手术
- 在无菌条件下进行手术。在整个手术过程中,请戴上无菌手套、发帽和外科口罩。事先对所有材料和手术器械进行高压灭菌和消毒。用乙醇溶液彻底清洁和消毒工作区域和立体器具(70%)。
- 通过注射氯胺酮(70毫克/千克)和木拉津(10毫克/千克)的鸡尾酒,在腹内麻醉动物。通过测试对脚趾捏的反射,分析麻醉深度。
- 使用电动剪子从动物头部去除毛皮。使用 2% 等丙醇和 2% 氯西丁葡萄糖酸酯(3 次)溶液清洁剃光头。麻醉期间涂抹润滑眼药膏,防止干燥。
- 在手术场上脱皮,使只有动物的头部暴露。将大鼠的头部放入立体装置中,小心将耳条插入耳道,然后拧紧鼻夹。将 26 G 不锈钢导管固定在立体装置上的支架臂上。
- 在切口前10分钟,在头部下皮注射一种麻醉鸡尾酒,包括布皮瓦卡因(1.5毫克/千克)和利多卡因(1.5毫克/千克)。
- 通过提供硫化钠(2.5%),在整个过程中保持麻醉在 0.5 L/min 氧气流量与鼻锥。
- 用手术刀沿头皮进行中线切口(3 厘米)。通过在切口周围安装 4 个夹子,使头骨保持清晰。
- 用手术刀片从头骨上牢牢刮下腹膜,直到Bregma和Lambda缝合线可见。如果出血,用纱布垫或棉尖施用器对头骨保持牢固的压力。
- 通过比较布雷格玛和兰姆达缝合线的多索文特拉坐标,确认头骨是否正确对齐在立体仪器上。确定 Bregma 缝合线的前向坐标、中位坐标和多索索拉坐标,作为导管坐标的参考点。
- 以Bregma缝合线坐标为参照,计算海马中导管植入部位的坐标。
注:以下坐标是根据Paxinos和Watson的老鼠大脑图集确定的(前兆:-0.60厘米;平庸:±0.58厘米;多索文特拉:-0.16厘米,图2A)32。 - 使用标记标记标记精确的植入部位。
- 在导管的目标部位通过颅骨钻一个 0.5 mm 的孔。钻3个其他孔约5毫米围绕这个点螺纹3锚螺钉到头骨,将凝固的套管后,丙烯酸牙科水泥应用。
- 将管状插入海马,用牙科水泥固定。在微透析过程中,该导管将用于在 7 天后将探头插入感兴趣的区域。小心不要将多余的牙科水泥洒在重量下降的场地周围。
- 将水泥晾干 2 分钟,然后从管上拆下支架臂。将不锈钢可拆卸的钝器插入导管中,以避免脑脊液渗出和感染风险。
- 取出 4 个夹子,拉回缩回的皮肤,用手术缝合线 4-0 缝合。
- 将大鼠从器械中取出,并注射丁丙诺啡皮下治疗疼痛(0.05毫克/千克,手术后,然后每天一次,在接下来的2天)。将啮齿动物放回笼子里,用加热垫,直到它变得有意识,然后返回到动物护理设施,在密切监测下恢复7天。
3. 微透析程序
- 在进行微透析程序时,请戴上无菌手套、发帽和手术面罩。在进行环法植入手术后七天,用硫兰钠麻醉大鼠(2.5%)在 0.5 L/min 氧气流量时。
- 从导管中取出钝器,缓慢插入微透析探头,注入人工脑脊髓液 (ACSF) (26 mmol/L NaHCO 3, 3mmol/L NaH2PO4, 1.3 mmol/L MgCl2,2.3 mmol/L CaCl2,3.0mmol/L KCl,126 mmol/L NaCl,0.2 mmol/L-抗坏血酸),通过管状进入海马或其他感兴趣的区域。
注:大鼠只有在取出钝器和插入微透析探头时,以及诱导脑震荡或假伤时,才需要麻醉。此处使用的探头采用实验室构造的 I 形,由熔融并排的二氧化硅入口出口线 (内部直径 (ID: 50 μm) 包裹在聚乙烯管中(ID: 0.58-0.38 mm)组成。管状末端用再生的中空纤维素膜的长度固定[分子量切断:13 kDa,外径(外径):216 μm;ID:200 μm]使用氰丙烯酸酯粘合剂和用环氧密封的尖端。活性膜测量2.5毫米在海马中植入,但可以根据感兴趣的区域的深度进行调整。大鼠的内部管与探头的连接用一个安装的螺纹不锈钢衣领固定。 - 将探头组件固定在一个不锈钢弹簧上,并系在悬挂在笼子上方的液体旋转和平衡杆臂上,并带有环支架和夹子,以便动物可以在笼子里自由移动。被束缚的老鼠在微透析过程的整个过程中,通过获得水和食物的机会,获得食物。
- 使用微输液泵将渗透液发送到探头,并从熔融的二氧化硅出口管路收集透析液(死体积:0.79 μL)。
- 在程序开始之前至少 1 小时 30 分钟,将探头调至其工作流速(1 μL/min)。通过使用移液器测量随时间而增大的体积,验证探头的流速是否一致。
注:流速可以或多或少取决于所取样的神经递质和感兴趣的大脑区域。透析样本在脑震荡或假伤诱导之前、期间和之后进行。采样间隔取决于感兴趣的大脑区域、正在分析的神经递质、分析剂的透析浓度以及所使用的分析化学设备的敏感性。在海马区进行谷氨酸和 GABA 采样的收集阶段如下:
1.基线:在实验开始时,每隔10分钟收集透析样本60分钟。
2.脑震荡或假伤后:脑震荡或假伤后,再采集90分钟(9个样本)的样本。 - 将每个透析液样品收集在预装1μL0.25 mol/L上氯酸的一个小瓶中,以防止酶降解。将样品储存在4°C,以便后续分析。
- 在收集最后一个透析样品后,用鼻锥对大鼠进行重新麻醉,提供硫化钠(2.5%)在 0.5 L/min 氧气流量时。
- 从导管中取出微透析探头,重新插入异物,然后将大鼠送回动物护理设施。
4. 震荡装置安装
- 在开始手术之前,从实心黄铜上雕刻一个用于造成脑震荡(直径19毫米)的重量,以获得450克的质量。在垂直聚氯乙烯 (PVC) 导管内 1.0 m 的距离初步钻孔。
- 用锋利的剃刀刀片将铝板切开。开槽的铝板应支撑大鼠的重量(295 至 351 g),而不会干扰头部受到黄铜重量冲击后身体的加速。
- 将槽状铝板紧紧地绑在 U 形 Plexiglas 框架上(38 厘米长 x 27 厘米宽 x 30 厘米深,图 3A,B),其中包含泡沫垫(37 厘米长 x 26 厘米宽 x 12 厘米深)。
- 将 Plexiglas 框架置于 PVC 导管下(直径为 20 mm x 1.5 m 长)。
- 将 PVC 导管固定到位,在槽铝上方 3.5 厘米处放置一个夹持支架。
- 通过金属环连接尼龙苍蝇钓鱼线(容量为 9.1 kg,直径 0.46 mm),使重量的底部悬在槽铝上 2.5 厘米,以防止大鼠在撞击后落在泡沫垫上时多次撞击。
- 将尼龙飞钓鱼线连接到夹钳支架上。
- 用尼龙飞钓鱼线拉起 PVC 管的重量,然后通过在 1.0 m 处的初步钻孔中插入六角键,使其保持原位。
5. 脑震荡诱导
- 透析样本收集的基线阶段后,通过放置一个鼻锥,提供硫化钠(2.5% 的硫二醇,以0.5 L/min氧气流量),对大鼠进行轻度麻醉,直到它对脚趾挤压没有反应(如第3.1节所述)。
- 将动物放在其胸前的开槽铝片上,使其头部直接位于黄铜重量的路径上(图 3C,D)。用鼻锥保持麻醉,以确保大鼠在体重达到它之前不会移动或醒来。
- 拆下鼻锥并拉动六角键。重量将垂直下降通过PVC管,并冲击大鼠的头。大鼠将经历180°的快速旋转,并落在它的背上(图3E)。
- 将大鼠从泡沫垫中取出,放在笼子的背面。
- 使用数字计时器测量正确的反射时间,作为恢复和损伤严重程度的迹象。正确的反射时间是从撞击到啮齿动物醒来,并自发地从俯卧姿势到易感位置,或开始行走的总时间。注意任何死亡、骨折或出血的迹象。
注:对于重复的脑震荡,可以在不同时间点对同一主题重复该过程。
6. 沙姆感应
- 透析样本采集的基线阶段后,通过放置一个鼻锥来传递硫化钠(2.5%),对大鼠进行轻微的麻醉在0.5 L/min氧气流量,直到它没有反应脚趾捏(如第3.1节所述)。
- 将动物放在其胸前的开槽铝片上,使其头部直接位于黄铜重量的路径上。用鼻锥保持麻醉,以确保大鼠不会移动或醒来。
- 拆下鼻锥,从铝片中取出动物,无需拉六角键。大鼠不会经历180°的快速旋转。
- 把老鼠放在笼子里。
- 使用数字计时器测量正确的时间作为神经恢复的指示器。
7. 高性能液色谱
- 使用具有快速分离荧光检测的高性能液相色谱法,以及由快速分离自动采样器和泵耦合器组成的系统,通过前柱衍生测定确定神经递质水平(即谷氨酸和 GABA)到 3.0 x 50 mm 5 μm 分析柱。
- 制备移动相,使用100 mmol/L磷酸钠二基(Na2HPO 4),3.5%醋酸酯和20%甲醇。使用磷酸(85%)将pH值调整至6.7根据需要。
- 将流速设置为 0.5 mL/min。
- 从库存溶液中制备新鲜的每日衍生试剂和工作标准(100 纳克/升)。将它们装入冷藏(10°C)快速分离自动进样机中。
- 将每个分数按顺序混合到分析柱中,将 20 μL 的 3-mercaptoproponic 酸 (0.071 mol/L) 与 H2O 和 20 μL 的 O-邻苯二甲醛 (0.0143 mol/L) 一起稀释,并稀释 0.1 mol/L 四硼酸钠。留出 10 分钟,让混音做出反应。
- 为防止下一个样品受到污染,每次注射后,用甲醇(20%)冲洗注射回路。
注:在此协议中,谷氨酸保留时间约为 1 分钟,每个样品的总运行时间为 30 分钟。 - 在分析色谱峰时,使用根据已知标准保留时间的样本匹配来识别未知峰。分析物的表达水平为μg/mL。
8. 本体学
- 在微透析程序和脑震荡或假伤诱导一个月后,通过注射氯胺酮(70毫克/千克)和木拉津(10毫克/千克)的鸡尾酒对动物进行麻醉,并通过甲醛对动物进行安乐死(4%)和盐水心脏内灌注。
- 把啮齿动物斩首,然后解剖大脑。
- 将大脑储存在甲醛中(4%)然后冷冻保护他们在蔗糖溶液(30%)。
- 用低温片将大脑切成50μm的日冕部分。
- 用紫杉子染色脑切片,用于组织学验证损伤和探针位置(Nissl 染色)。
Representative Results
利用我们的脑震荡模型,结合力和旋转与体内脑微透析,急性细胞外谷氨酸和GABA随时间的变化,在脑震荡或假伤后,调查了21雄,成人,斯普拉格-道利大鼠在海马的CA1区域植入导管。
探头放置与损伤的组织学验证
在对沾有紫杉紫色的截面的海马组织损伤进行组织学验证后,没有报告出现大量脑内出血或挫伤等形态变化。导管植入和微透析探头插入诱发轻微和类似的损害之间的伤害和假案件。此外,在假伤或脑震荡诱导之前不移除探针,不会产生显微镜下任何可区分的海马组织损伤(图2B,C,分别为),探头膜仍然完好无损之后(图2D,E)。脑震荡和假伤脑注入甲醛 (4%)1个月后的微透析程序在目视检查后无法区分(图2F,G)。
正确的反射时间
受伤组的动物平均纠正时间与假病例相比明显增加(学生t-test,p = 0.042801)(图4),在恢复知觉后显得惊呆了。在脑震荡组的10例中,一只动物在减重后在撞击部位出现轻微出血迹象。没有发现颅骨骨折或颅内出血的其他迹象。
体内脑微透析
为了作为我们方法的代表性结果,从体内海马中提取了15个10μL透析液样本,间隔10分钟,流速为1μL/min。60 分钟)和从 9 个样本诱导后假伤害或脑震荡 (90 分钟)。
谷氨酸的细胞外浓度
与假伤相比,在引流后的前10分钟内,海马的CA1区域观察到细胞外谷氨酸浓度显著增加(曼-惠特尼U测试,p = 0.009175)(图5)。在任何其他时间点,各组之间没有观察到谷氨酸浓度的其他差异。
GABA 的细胞外浓度
与假伤相比,在引身创伤后的前10分钟内,海马的CA1区域未观察到GABA浓度的显著变化(曼-惠特尼U测试,p = 0.943861)(图6)。在脑震荡病例和假伤害病例之间的任何其他时间点,GABA 浓度没有其他显著差异。
图1:研究协议的原理图。此数字已由 IO Masse 2018 中修改。请点击此处查看此图的较大版本。
图2:探针放置和损伤的成体学验证。(A) 利用Paxinos和沃森的立体地图集,对海马区微透析探头和导管放置部位的冠冕视图。(B) 由微透析探针产生的海马组织损伤(克西尔紫)的代表性显微图,并引导管状物从假损伤病例中。(C) 由微透析探针产生的海马组织损伤(克西尔紫)的代表性显微图,并引导脑震荡病例的导管。(D) 微透析探针在诱发脑震荡前的代表性显微照片。(E) 微透析探针在诱发脑震荡后的代表显微图。膜仍然完好无损。(F-G.假 (F) 和脑震荡 (G) 在假伤或脑震荡手术后 1 个月内用 4% 甲醛灌注后受伤的大脑的代表性显微照片。目视检查后,两个大脑无法区分。此数字已由 IO Masse 2018 中修改。请点击此处查看此图的较大版本。
图3:脑震荡器械和微透析器基本成分描述。(A) 整个组件的照片,由垂直聚氯乙烯 (PVC) 导管组成,用于大鼠级上方的下降重量、Plexiglas 框架、泡沫垫、计算机控制的微输液泵、气密注射器、液体旋转和并排熔融石英入口线。(B) Plexiglas 框架和泡沫垫的原理表示,所有相关尺寸。(C) 作为泡沫垫上方大鼠舞台的铝箔槽片的照片。(D) 显示大鼠在头部受体重下降撞击前在舞台上的位置的照片。(E) 显示大鼠头部撞击后的照片,说明大鼠头部撞击后180°水平旋转,随后加速和旋转。此数字已由 IO Masse 2018 中修改。请点击此处查看此图的较大版本。
图 4:正确的时间。大鼠从麻醉器中醒来并从麻醉位置翻转到易发位置或脑震荡后开始行走(红色钻石,n = 10)或假伤(蓝色方块,n = 11)所花时间的直方图表示。与假伤害组相比,脑震荡组的大鼠需要更长的时间来纠正自己。平均值表示为每个图形中的水平线。• p < 0.05, = p < 0.01, = p < 0.001。此数字已由 IO Masse 2018 中修改。请点击此处查看此图的较大版本。
图5:谷氨酸的细胞外浓度。在基线(60分钟)和脑震荡(红钻石,n = 10)或假伤(蓝色方块,n = 11)条件(90分钟)期间,通过海马区微透析测量的谷氨酸(μg/mL)的平均细胞外浓度。误差条表示均值的标准误差。• P < 0.05, = P < 0.01, = P < 0.001。此数字已由 IO Masse 2018 中修改。请点击此处查看此图的较大版本。
图6:GABA的细胞外浓度。在基线(60分钟)和脑震荡(红钻石,n = 10)或假伤(蓝色方块,n = 11)条件(90分钟)期间,通过海马区微透析测量GABA(μg/mL)的平均细胞外浓度。误差条表示均值的标准误差。• P < 0.05, = P < 0.01, = P < 0.001。此数字已由 IO Masse 2018 中修改。请点击此处查看此图的较大版本。
Discussion
协议中的关键步骤
为了生成可靠的结果,此协议中的关键步骤需要特别注意。在管状植入手术中,避免使用超过必要的水泥,特别是当它是非常液体,以防止溢出冲击部位。为避免阻塞植入部位,请使用与导管长度相同的锥体。在微透析过程中,将探头缓慢插入导管,并确保将其完全插入以进行透析检测。在脑震荡感应之前,确保铝板用锋利的剃刀刀片正确开槽。否则,黄铜重量的影响将不足以撕裂铝板,大鼠将保持胸部向下,而不是经历 180° 旋转和降落在其背部。如果是这种情况,由钝冲击引起的伤害,与开放式骨量下降模型中所见的一样,并且明显更严重。在脑震荡诱导期间,避免用重量撞击导管,因为这将对大鼠的头骨造成严重损害。强烈建议在 2 组中工作,以在实验期间限制操作错误。
修改和故障排除
在微透析过程中,一旦探头与泵连接,流量应恒定,并产生与灌注速率相适应的体积。较低的体积可能表示探头膜中存在堵塞或管路出现气泡。在堵塞的情况下,应丢弃并更换探头。但是,气泡可以通过在管路中循环 ACSF 来弹出。如果没有堵塞或气泡注意到,仍然没有流动,流出管最接近末端的一小部分可以切割。
方法的限制
其他使用韦恩州立大学重量下降的研究已经评估了一些基本的结构和分子变化18。然而,进行更广泛的调查将维持这一程序的合法性。有关在表观遗传和细胞水平上发生的生物和神经解剖学变化的信息将进一步巩固我们方法的可靠和转化价值。此外,认知功能评价是啮齿类模型33中mTBI相关结果的可靠指标。虽然右时间是在本协议中测量的,与假病例相比,在受伤病例中明显延迟,但未来的研究应侧重于有条不紊地测量啮齿动物创伤诱导后的认知功能。
该方法相对于现有/替代方法的重要性。
该方法的主要意义有两方面:首先,它允许使用韦恩州立大学的程序成功地诱导脑震荡,从而允许头部和躯干的快速加速和减速。采用这种方法,避免了严重损伤结果,如心肺骤停、颅骨骨折、高死亡率和撞击部位可见脑挫伤的迹象。其次,这种微透析技术成功地复制了先前证明的急性和短寿命细胞外谷氨酸释放发生在创伤诱导14、16后的前10分钟内。此外,在整个过程中保持探头插入可显著降低与重复微透析探针插入相关的mTBI敏感血脑屏障受损的可能性34。
方法的未来应用程序或方向。
鉴于韦恩州立大学降重手术的易用方面以及微透析测量的急性细胞外神经递质水平变化,我们的大鼠模型结合微透析和脑震荡,为研究人员提供了可靠的工具忠实地再现人类颅脑创伤的生物力学,并纵向描述脑震荡的分子效应。我们的大鼠模型也可用于各种治疗性研究,因为它提供了一个宝贵的机会,研究药理剂在体内的机制和效力,连续,而无需牺牲动物。此外,像这里介绍的老鼠模型的可用性可以大大有助于更好地了解神经递质不平衡与脑震荡的行为后果之间的关系。
Disclosures
不存在相互竞争的经济利益。
Acknowledgments
我们感谢路易·基奥奇奥的动物护理和维护,摩根·雷格尼斯协助心脏内灌注手术,大卫·卡顿瓜伊协助冷冻。这项工作得到了蒙特利尔大学急性创伤学基金会主席卡罗琳·杜兰的支持。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Animal Preparation | |||
| Sprague Dawley Rats | Charles River Laboratories | SAS SD 40 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Microdialysis Guide Cannula Implantation Surgery | |||
| Ketamine Hydrochloride (100 mg/ml) | Bioniche | 1989529 | |
| Xylazine Hydrochloride (100 mg/ml) | Bimeda | 8XYL004C | |
| Solution of Chlorhexidine Gluconate 2% and Isopropyl Alcohol 2% | Carefusion | 260100C | |
| Lidocaine Hydrochloride | Alveda Pharma | 0122AG01 | |
| Bupivacaine Hydrochloride | Hospira | 1559 | |
| Ophthalmic Ointment | Baussh and Lomb inc. | 2125706 | |
| Stereotaxic Frame | Stoelting | 51600 | |
| Stereotaxic Cannula Holder Arm | Harvard Apparatus | 72-4837 | |
| Drill | Dremel | 8050-N/18 | |
| Suture Thread Coated Vicryl Rapide 4-0 | Ethicon | VR2297 | |
| Dental Acrylic Cement | Harvard Apparatus | 72-6906 | |
| Screws | JI Morris Company | P0090CE125 | |
| Isoflurane | Baxter | CA2L9100 | |
| Cannula Gauge 20 10.55mm | HRS Scientific | C311G/SPC | |
| Dummy-Cannula 10.55mm | HRS Scientific | C311DC/1/SPC | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Microdialysis Procedure | |||
| CMA 402 Syringe Pump | Harvard Apparatus Canada | CMA-8003110 | |
| Microsyringe 2.5ml Glass | Harvard Apparatus Canada | CMA-8309021 | |
| Syringe Clip Medium For 1-2.5ml | Harvard Apparatus Canada | CMA-3408310 | |
| Low-Torque Dual Channel Quartz-Lined Swivel | Instech Laboratories Inc. | 375/D/22QM | |
| GSC Cast Iron Support Ring Stand | Fisher Scientifique | S13748 | |
| Fisherbrand Castaloy Adjustable-Angle Clamps | Fisher Scientifique | 05769Q | |
| NaHCO3 Sodium Bicarbonate | Sigma-Aldrich Canada | S5761-500G | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| MgCl2 Magnesium Chloride | Sigma-Aldrich Canada | M8266-100G | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| NaCl Sodium Chloride | Sigma-Aldrich Canada | S7653-1KG | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| L-Ascorbic Acid | Sigma-Aldrich Canada | A5960-25G | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| KCl Potassium Chloride | Sigma-Aldrich Canada | P9333-500G | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| NaH2PO4 Sodium Phosphate Monobasic | Sigma-Aldrich Canada | S0751-1KG | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| CaCl2 Calcium Chloride | Sigma-Aldrich Canada | 383147-100G | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| Lighter | Canadian Tire | For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores | |
| Epoxy Glue | Canadian Tire | For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores | |
| Super Glue Gel | Canadian Tire | For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores | |
| Heat Shrink Tube 0.063" Inner Diameter Gardner Bender | Canadian Tire | For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores | |
| Cut-Off Wheels Dremel #409 | Canadian Tire | For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores | |
| BD Needle 26 Gauge 0.5 Inch PrecisionGlide Sterile 305111 | Fisher Scientifique | 14-826-15 | For Laboratory Constructed Probes |
| BD Needle 21 Gauge 1.5 Inch PrecisionGlide Sterile 305167 | Fisher Scientifique | 14-826-5B | For Laboratory Constructed Probes |
| 26G Stainless Steel Tubing One Foot | HRS Scientific | SST-26/FT | For Laboratory Constructed Probes |
| Polyethylene Tubing PE/20 .024" OD X .015" ID | HRS Scientific | C315CT | For Laboratory Constructed Probes |
| Polyethylene Tubing PE/10 .024" OD X .011" ID | HRS Scientific | C314CT | For Laboratory Constructed Probes |
| Polyethylene Tubing PE/50 .038" OD X .023" ID | HRS Scientific | C313CT | For Laboratory Constructed Probes |
| 30S WIRE ST.ST 0.008X 1’ Long | HRS Scientific | 008BSH/30S | For Laboratory Constructed Probes |
| Polymicro Technologies Flexible Fused Silica Capillary Tubing Inner Diameter 50µm, Outer Diameter 150µm | Molex LLC Polymicro Technologies | 106815-0015 | For Laboratory Constructed Probes |
| Spectra Por 132294 Micro-Dialysis Hollow Fiber Membranes 13 kD MWCO | Spectrum Labs | FSSP9778671 | For Laboratory Constructed Probes |
| Stainless Steel Collar | Sirnay In.c | 304 | For Laboratory Constructed Probes / Custome made |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Concussion Apparatus | |||
| Brass Weight | Rapido Métal Inc. | Attach metal loop to base | |
| Metal Loop | Rona Inc. | Available at most hardware stores | |
| PVC Guide Tube | Rona Inc. | Available at most hardware stores | |
| Alluminum Foil | Alcan | Available at most grocery stores | |
| Tape | Available commercially | ||
| GSC Cast Iron Support Ring Stand | Fisher Scientifique | S13748 | |
| U-Shaped Plexiglas Frame | Présentoirs PlexiPlus Inc. | Custom made | |
| Foam Cushion | Mousse D&R Foam Inc. | Custom made | |
| Razor Blades | VWR International | 55411-055 | |
| Super Strong Trilene XT 20 lb. Berkley | Canadian Tire | Available at most hardware stores | |
| Isoflurane | Baxter | CA2L9100 | |
| Stop Watch | Available at most sporting goods retailer | ||
| Animal Preparation | |||
| Sprague Dawley Rats | Charles River Laboratories | SAS SD 40 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Microdialysis Guide Cannula Implantation Surgery | |||
| Ketamine Hydrochloride (100 mg/ml) | Bioniche | 1989529 | |
| Xylazine Hydrochloride (100 mg/ml) | Bimeda | 8XYL004C | |
| Solution of Chlorhexidine Gluconate 2% and Isopropyl Alcohol 2% | Carefusion | 260100C | |
| Lidocaine Hydrochloride | Alveda Pharma | 0122AG01 | |
| Bupivacaine Hydrochloride | Hospira | 1559 | |
| Ophthalmic Ointment | Baussh and Lomb inc. | 2125706 | |
| Stereotaxic Frame | Stoelting | 51600 | |
| Stereotaxic Cannula Holder Arm | Harvard Apparatus | 72-4837 | |
| Drill | Dremel | 8050-N/18 | |
| Suture Thread Coated Vicryl Rapide 4-0 | Ethicon | VR2297 | |
| Dental Acrylic Cement | Harvard Apparatus | 72-6906 | |
| Screws | JI Morris Company | P0090CE125 | |
| Isoflurane | Baxter | CA2L9100 | |
| Cannula Gauge 20 10.55mm | HRS Scientific | C311G/SPC | |
| Dummy-Cannula 10.55mm | HRS Scientific | C311DC/1/SPC | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Microdialysis Procedure | |||
| CMA 402 Syringe Pump | Harvard Apparatus Canada | CMA-8003110 | |
| Microsyringe 2.5ml Glass | Harvard Apparatus Canada | CMA-8309021 | |
| Syringe Clip Medium For 1-2.5ml | Harvard Apparatus Canada | CMA-3408310 | |
| Low-Torque Dual Channel Quartz-Lined Swivel | Instech Laboratories Inc. | 375/D/22QM | |
| GSC Cast Iron Support Ring Stand | Fisher Scientifique | S13748 | |
| Fisherbrand Castaloy Adjustable-Angle Clamps | Fisher Scientifique | 05769Q | |
| NaHCO3 Sodium Bicarbonate | Sigma-Aldrich Canada | S5761-500G | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| MgCl2 Magnesium Chloride | Sigma-Aldrich Canada | M8266-100G | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| NaCl Sodium Chloride | Sigma-Aldrich Canada | S7653-1KG | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| L-Ascorbic Acid | Sigma-Aldrich Canada | A5960-25G | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| KCl Potassium Chloride | Sigma-Aldrich Canada | P9333-500G | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| NaH2PO4 Sodium Phosphate Monobasic | Sigma-Aldrich Canada | S0751-1KG | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| CaCl2 Calcium Chloride | Sigma-Aldrich Canada | 383147-100G | For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF) |
| Lighter | Canadian Tire | For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores | |
| Epoxy Glue | Canadian Tire | For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores | |
| Super Glue Gel | Canadian Tire | For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores | |
| Heat Shrink Tube 0.063" Inner Diameter Gardner Bender | Canadian Tire | For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores | |
| Cut-Off Wheels Dremel #409 | Canadian Tire | For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores | |
| BD Needle 26 Gauge 0.5 Inch PrecisionGlide Sterile 305111 | Fisher Scientifique | 14-826-15 | For Laboratory Constructed Probes |
| BD Needle 21 Gauge 1.5 Inch PrecisionGlide Sterile 305167 | Fisher Scientifique | 14-826-5B | For Laboratory Constructed Probes |
| 26G Stainless Steel Tubing One Foot | HRS Scientific | SST-26/FT | For Laboratory Constructed Probes |
| Polyethylene Tubing PE/20 .024" OD X .015" ID | HRS Scientific | C315CT | For Laboratory Constructed Probes |
| Polyethylene Tubing PE/10 .024" OD X .011" ID | HRS Scientific | C314CT | For Laboratory Constructed Probes |
| Polyethylene Tubing PE/50 .038" OD X .023" ID | HRS Scientific | C313CT | For Laboratory Constructed Probes |
| 30S WIRE ST.ST 0.008X 1’ Long | HRS Scientific | 008BSH/30S | For Laboratory Constructed Probes |
| Polymicro Technologies Flexible Fused Silica Capillary Tubing Inner Diameter 50µm, Outer Diameter 150µm | Molex LLC Polymicro Technologies | 106815-0015 | For Laboratory Constructed Probes |
| Spectra Por 132294 Micro-Dialysis Hollow Fiber Membranes 13 kD MWCO | Spectrum Labs | FSSP9778671 | For Laboratory Constructed Probes |
| Stainless Steel Collar | Sirnay In.c | 304 | For Laboratory Constructed Probes / Custome made |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Concussion Apparatus | |||
| Brass Weight | Rapido Métal Inc. | Attach metal loop to base | |
| Metal Loop | Rona Inc. | Available at most hardware stores | |
| PVC Guide Tube | Rona Inc. | Available at most hardware stores | |
| Alluminum Foil | Alcan | Available at most grocery stores | |
| Tape | Available commercially | ||
| GSC Cast Iron Support Ring Stand | Fisher Scientifique | S13748 | |
| U-Shaped Plexiglas Frame | Présentoirs PlexiPlus Inc. | Custom made | |
| Foam Cushion | Mousse D&R Foam Inc. | Custom made | |
| Razor Blades | VWR International | 55411-055 | |
| Super Strong Trilene XT 20 lb. Berkley | Canadian Tire | Available at most hardware stores | |
| Isoflurane | Baxter | CA2L9100 | |
| Stop Watch | Available at most sporting goods retailer |
References
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