Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

تحريض من منتشر إصابة الدماغ أكسونال في الفئران على أساس تسارع التناوب

Published: May 9, 2020 doi: 10.3791/61198
Automatic Translation
*1, *2, 3, 1, 1, 4, 4, 5, 1, 1
1Division of Anesthesia and Critical Care, Soroka University Medical Center and the Faculty of Health Sciences, Ben-Gurion University of the Negev, 2Department of Neurosurgery, Soroka University Medical Center and the Faculty of Health Sciences, Ben-Gurion University of the Negev, 3Department of Anesthesiology, Yale University School of Medicine, 4Recanati School for Community Health Professions, Faculty of Health Sciences, Ben-Gurion University of the Negev, 5Department of microbiology and immunology, Faculty of Health Sciences, Ben-Gurion University of the Negev
* These authors contributed equally

Summary

هذا البروتوكول بالتحقق من صحة موثوق بها وسهلة الأداء واستنساخ نموذج القوارض من الدماغ منتشر إصابة المحور (DAI) الذي يسبب تلف المادة البيضاء على نطاق واسع دون كسور الجمجمة أو كدمات.

Abstract

إصابة الدماغ الرضية (TBI) هي السبب الرئيسي للوفاة والعجز. الإصابة المحورة المنتشرة (DAI) هي الآلية الغالبة للإصابة في نسبة كبيرة من مرضى TBI الذين يحتاجون إلى دخول المستشفى. DAI ينطوي على ضرر عصبي واسع النطاق من اهتزاز, دوران أو إصابة الانفجار, مما يؤدي إلى إصابة التمدد المحوري السريع والتغيرات المحورية الثانوية التي ترتبط مع تأثير طويل الأمد على الانتعاش الوظيفي. تاريخيا، النماذج التجريبية من DAI دون إصابة البؤري كان من الصعب تصميم. هنا نحن التحقق من صحة نموذج القوارض بسيطة وموثوق بها واستنساخ من DAI الذي يسبب تلف المادة البيضاء على نطاق واسع دون كسور الجمجمة أو كدمات.

Introduction

إصابة الدماغ الرضية (TBI) هي سبب رئيسي للوفاة والعجز في الولايات المتحدة. TBIs تساهم في حوالي 30٪ من جميع الوفيات المرتبطة بالإصابات1,2. تختلف الأسباب الرئيسية لـ TBI بين الفئات العمرية وتشمل السقوط والاصطدامات عالية السرعة أثناء الرياضة وإيذاء الذات المتعمد وحوادث السيارات والاعتداءات1و2و3.

إصابة محورية منتشر في الدماغ (DAI) هي نوع معين من TBI الناجمة عن تسارع الدوران أو الهز أو إصابة الانفجار في الدماغ الناتجة عن حركة الرأس غير المقيدة في لحظة بعد الإصابة4،5،6،7،8. DAI ينطوي على أضرار عصبية واسعة النطاق مما يؤدي إلى ضعف عصبي طويل الأمد يرتبط بالنتيجة السيئة ، وتكاليف الرعاية الصحية المرهقة ، ومعدل الوفيات 33-64٪1،2،4،,5،9،10،11. على الرغم من البحوث الهامة الأخيرة في الإمراض من DAI, لم يكن هناك توافق في الآراء حول أفضل خيارات العلاج11,,12,,13,,14.

على مدى العقود الماضية، حاولت العديد من النماذج التجريبية لتكرار بدقة جوانب مختلفة من DAI11،12،15،16. ومع ذلك، هذه النماذج لديها قيود نظرا للعرض الفريد من DAI بالمقارنة مع الإصابات البؤرية الأخرى. هذه النماذج السابقة ليس فقط تسبب إصابة محورية في مناطق المادة البيضاء ولكن أيضا يؤدي إلى إصابات الدماغ البؤري. سريريا، ويرافق DAI نزيف صغير، والتي قد تشكل سببا رئيسيا للضرر الذي يلحق بالمادة البيضاء.

وقد ثبت نموذجين فقط على الحيوانات لتكرار السمات السريرية الرئيسية لDAI. أنتجت Gennarelli وزملاؤه أول جهاز دوران الرأس الجانبي في عام 1982 ، وذلك باستخدام تسارع دوران الرأس غير الارتقان للحث على الغيبوبة مع DAI في نموذج الرئيسيات غير البشرية15. هذا النموذج الرئيسي اتّهم بالتناوب المتحكم به للتسارع والتباطؤ لإزاحة الرأس من خلال 60 درجة في غضون 10-20 مللي ثانية، وكانت هذه التقنية قادرة على محاكاة ضعف الوعي والضرر المحوري على نطاق واسع الذي يشبه آثار TBI الشديدة التي لوحظت في أدمغة الإنسان. ومع ذلك، نماذج4الرئيسيات مكلفة جدا4،11،,16. استنادا إلى نموذج سابق, نموذج خنزير من تسارع دوران إصابات الدماغ تم تصميمه في 1994 (روس وآخرون.) مع نتائج مماثلة14.

وقد أضاف هذان النموذجان الحيوانيان ، على الرغم من أنهما أنتجا عروضًا مختلفة من علم الأمراض النموذجي ، إلى حد كبير إلى مفاهيم التهاب الإمراض DAI. يتم قبول دوران الرأس السريع بشكل عام كأفضل طريقة لتحفيز DAI ، وتوفر القوارض نموذجًا أقل تكلفة لدراسات دوران الرأس السريع11،16. هنا، نحن التحقق من صحة نموذج القوارض بسيطة وموثوق بها واستنساخ من DAI الذي يسبب تلف المادة البيضاء على نطاق واسع دون كسور الجمجمة أو كدمات. هذا النموذج الحالي سوف تمكن من فهم أفضل للفيزيولوجيا المرضية من DAI وتطوير علاجات أكثر فعالية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

وأجريت التجارب بناء على توصيات إعلاني هلسنكي وطوكيو وللمبادئ التوجيهية لاستخدام الحيوانات التجريبية للجماعة الأوروبية. وقد وافقت لجنة رعاية الحيوانات التابعة لجامعة بن غوريون في النقب على هذه التجارب.

1. إعداد الفئران للإجراء التجريبي

ملاحظة: حدد الفئران الذكور الكبار سبراغ-داولي وزنها 300-350 غرام.

  1. الحصول على الموافقة على إجراء هذه التجارب من اللجنة المؤسسية لرعاية الحيوان واستخدامه.
  2. الحفاظ على الفئران في درجة حرارة الغرفة من 22 ± 1 درجة مئوية، مع ضوء 12 ساعة ودورات مظلمة 12 ساعة. توفير تشاو الفئران والمياه الإعلانية libitum.
  3. إجراء جميع التجارب بين الساعة 6:00 صباحاً و12:00 ظهراً.
  4. استخدام نظام إدارة الإيزوفدران المستمر للحث على التخدير. تأكد من أن نظام المبخّر مليء بالإيزوفدران.
    1. قم بأضاة الفئران بـ 2% من الإيزوفيران
    2. تأكد من أن الفئران هو مُسبّس بالكامل من خلال ملاحظة نقص الحركة أو انعكاس الدواسة استجابة لمحفزات خارجية.

2. تحريض من إصابة عصبيّة منتشر

ملاحظة: يتكون الجهاز من المكونات التالية: 1) اسطوانة بلاستيكية شفافة، 2) وزن الحديد (1308 ز)، 3) آلية دوران تتكون من أنبوب أسطواني، ومحامل اثنين يدور عليها المحور ومثبت الرأس (لدبابيس الأذن)؛ 4) منصة أفقية التي هي ثابتة اثنين محامل.

  1. ضع الجهاز على طاولة مختبر ثقيلة ومستقرة.
  2. إرفاق الوزن إلى سلسلة التي يتم رفعها إلى ارتفاع 120 سم.
  3. السماح للوزن السقوط بحرية لتصل إلى الترباس، وتفعيل آلية التناوب. باستخدام جهاز دوران الرأس الجانبي ، يتم تشغيل رأس القوارض بسرعة من 0 إلى 90 درجة.
  4. بعد تحريض إصابة الدماغ المحوري المنتشر، نقل الفئران إلى غرفة الإنعاش.

3. قياس المعالم الحركية الدورانية / البيوميكانيكية.

  1. قياس الحركية الدورانية / المعلمات الميكانيكية الحيوية على النحو التالي:
    Equation 1
    Equation 2
    Equation 3
    حيث Fس - القوة المطبقة على رأس الحيوان (كجم)؛ M - لحظة القوة؛ K – الطاقة الحركية; م – كتلة من انخفاض الوزن; ز - تسارع الجاذبية؛ ح – الارتفاع (سم)؛ د – المسافة بين دبابيس الأذن (سم).
    ملاحظة: لحساب القوة المطبقة على رأس الحيوان (Fo)،من الضروري معرفة كتلة الوزن المتساقط، والطول الذي يسقط عليه الوزن، والمسافة بين دبابيس الأذن. تبقى المعلمات الأخرى دون تغيير.

4. تقييم درجة شدة عصبية بعد 48 ساعة

ملاحظة: تم تقييم العجز العصبي وتصنيفه باستخدام درجة شدة عصبية، كما سبق وصفه17،18،19. يتم تقييم التعديلات في الوظيفة الحركية والسلوك من قبل نظام نقطة بحيث درجة الحد الأقصى من 24 يمثل خلل عصبي حاد. تشير درجة 0 إلى حالة عصبية سليمة. يتم تقييم الوظائف السلوكية التالية.

  1. تقييم عدم قدرة الجرذ على الخروج من دائرة (قطرها 50 سم) عند تركها في وسطها. قم بإجراء هذا لثلاث جلسات فردية تدوم 30 دقيقة و60 دقيقة وأكثر من 60 دقيقة.
  2. اختبار الفئران لفقدان رد الفعل الحق في ثلاث جلسات تستمر 20 دقيقة، 40 دقيقة، وأكثر من 60 دقيقة.
  3. إجراء اختبار لhemiplegia، وعدم قدرة الفئران على مقاومة التغيرات القسرية في الموقف.
  4. رفع الجرذ من ذيله لاختبار الانثناء من المؤخرة.
  5. ضع الجرذ على الأرض لاختبار قدرته على المشي مباشرة.
  6. اختبار لثلاث ردود فعل منفصلة: رد الفعل pinna، رد الفعل القرنية، ومنعكس الانعكس البجل.
  7. معدل الفئران مع الصف السريري على أساس فقدان البحث عن السلوك والسجود.
  8. اختبار ردود الفعل الطرفللوضع. إجراء الاختبار على الأطراف الأمامية اليسرى واليمنى، ومن ثم الأطراف الخلفية اليسرى واليمنى.
  9. إجراء اختبار وظيفي عبر مهمة موازنة الحزمة. يجب أن يقيس الشعاع 1.5 سم. قم بتشغيل الاختبار لجلسات من 20 s و 40 s وأكثر من 60 s.
  10. إجراء اختبار المشي شعاع على الفئران مع الحزم من ثلاثة عروض مختلفة: 8.5 سم واسعة، 5 سم واسعة، و 2.5 سم واسعة.

5. جمع الدماغ للفحص النسيجي بعد 48 ساعة

  1. في 48 ساعة بعد الإصابة، القتل الرحيم الفئران عن طريق استبدال خليط الغاز مستوحاة مع 20٪ O2/ 80٪ CO2. ضمان تسليمثاني أكسيد الكربون بمعدل محدد مسبقًا وفقًا للمبادئ التوجيهية للجنة رعاية الحيوانات واستخدامها المؤسسية.
    1. ضمان تأكيد الوفاة وفقًا للمبادئ التوجيهية للجنة مؤسسية لرعاية الحيوان واستخدامه.
  2. عبر القلب يبشر الفئران مع 0.9٪ الهيل الهيبارين في درجة حرارة 4 °C، تليها 500 مل من 4٪ باراماديهايد في 0.1 M الفوسفات العازلة المالحة (درجة الحموضة 7.4).
  3. بعد التبرّق، قم بعملية قطع الرأس بمقصلة.
  4. إجراء جمع الدماغ عن طريق إزالة calvarias مع ملقط قطع العظام لتجنب تلف أنسجة الدماغ.
  5. إزالة الدماغ على الفور وإصلاح في محلول الفورمالديهايد المخزنة مؤقتا 4٪ لمدة 48 ساعة في 4 درجة مئوية.
  6. كتلة العقول في أقسام إكليلية 5 ملم من وجه لمبة شمي ة إلى القشرة البصرية وتقسيم المخيخ وينبع الدماغ.
  7. بعد تضمين البارافين، قطع أقسام التاجية وsagittal (5 ميكرون) بعيدا عن المهاد عن طريق المقاطع الميكروتومي.

6. تلطيخ المناعة الكيميائية والفحص

  1. ضع الشرائح برفق على شرائح زجاجية مع فرشاة ناعمة، شريحة واحدة لكل شريحة.
  2. إنتاج تلطيخ كيميائي من αAPP.
    1. شرائح Deparaffinize مع الزيلين (3 مرات لمدة 5 دقيقة لكل منهما) وإعادة الترطيب مع تركيزات الإيثانول منخفضة تدريجيا في درجة حرارة الغرفة: 3 دقيقة في الإيثانول 100٪ مرتين، 3 دقيقة في 95٪ الإيثانول مرتين، 3 دقيقة في 90٪ الإيثانول، 3 دقيقة في الإيثانول 70٪ الإيثانول، و 3 دقيقة في DDW.
    2. علاج أقسام الدماغ deparaffinized وrehydrated مع 3٪ H2O2 لمدة 15 دقيقة في درجة حرارة الغرفة لمنع نشاط البيروكسيداز الذاتي.
    3. أقسام الاحتضان مع سترات الصوديوم 0.01 M (درجة الحموضة 6.0) في 98 درجة مئوية لمدة 5 دقيقة لاسترجاع المستضد.
    4. الحفاظ على الشرائح في المخزن المؤقت لمدة 20 دقيقة في درجة حرارة الغرفة لتبرد.
    5. غسل المقاطع مع محلول المالحة المخزنة مؤقتاً (PBS) مرتين لمدة 5 دقيقة.
    6. منع المقاطع مع 2.5٪ مصل الحصان العادي لمدة 1 ساعة في درجة حرارة الغرفة واحتضان بين عشية وضحاها في 4 درجة مئوية في الأرنب الرئيسي المضادة APP (1:4000) المخفف في مصل الحجب.
    7. بعد الحضانة في الأجسام المضادة الأولية، وغسل أقسام في برنامج تلفزيوني في درجة حرارة الغرفة.
    8. تحضن أقسام في الأجسام المضادة الثانوية المخففة بشكل مناسب لمدة 15 دقيقة وتغسل مع PBS لمدة 3 دقيقة مرتين في درجة حرارة الغرفة.
    9. الاحتضان في العقديات-البيروكسيداز لمدة 15 دقيقة ويغسل مرة أخرى في برنامج تلفزيوني لمدة 3 دقيقة مرتين في درجة حرارة الغرفة.
    10. أقسام الحاضنة مع محلول الركيزة العازلة (درجة الحموضة 7.5) التي تحتوي على بيروكسيد الهيدروجين و3،3-diaminobenzidine chromogen الحل وحماية من الضوء حتى يتم تطوير اللون.
    11. احتضان الشرائح مع DDW في درجة حرارة الغرفة لمدة 5 دقيقة من أجل وقف رد الفعل.
    12. مقاطع مضادة مع الهيماتوكسيلين لمدة 3 دقيقة في درجة حرارة الغرفة ويغسل لمدة 5 دقيقة مع مياه الصنبور المتدفقة.
    13. تجفيف الشرائح مع زيادة تركيزات الإيثانول تدريجيا في درجة حرارة الغرفة: 2 دقيقة في DDW، 2 دقيقة في 70٪ الإيثانول، 2 دقيقة في 90٪ الإيثانول، 2 دقيقة في الإيثانول 95٪، 2 دقيقة في الإيثانول 100٪، و 3 دقيقة في الزيلين ثلاث مرات.
    14. الجافة وجبل مع المتوسطة المتصاعدة.
  3. فحص شرائح تحت المجهر التكبير من 200x مع عدسة الهدف 20 ملم باستخدام المجهر.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ويوضح الجدول 1 الجدول الزمني للبروتوكول. وكان معدل الوفيات في هذا النموذج من DAI 0٪. وأشار اختبار مان ويتني إلى أن العجز العصبي كان أكبر بكثير بالنسبة للفئران 15 DAI مقارنة بالفئران الصورية الـ 15 في 48 ساعة بعد التدخل (Mdn = 1 مقابل 0)، U = 22.5، p & 0.001، r = 0.78 (انظر الجدول 2). يتم قياس البيانات في العد ويتم تقديمها كنطاق متوسط و25-75 مئناً.

وترد الصور الضوئية التمثيلية للأقسام المهاد من أنسجة الدماغ في الشكل 1. كشفت الصور الضوئية عن الأنشطة المناعية المحورية والعصبية التي تتبع DAI المعزول في الفئران بعد الإصابة 48 ساعة مقارنة بالمجموعة التحكمية (67.46 ± 30 مقابل 0 ± 0) ، U = 0 ، p & 1.1E-06 ، r = 0.92. يتم قياس البيانات كعد وعرضها كمتوسط ± SD.

مجموعات الوقت الاجراءات
DAI (15 الفئران) 0 ساعة التعريفي منتشر إصابة أكسونال
شام (15 جرذان) 48 ساعة تقييم نقاط الشدة العصبية،
DAI (15 الفئران) تلطيخ كيميائي من BAPP.

الجدول 1: عرض زمني للبروتوكول. وتظهر مجموعات مختلفة من الفئران في أوقات مختلفة: DAI = إصابة الدماغ المحاور المنتشر في بداية التجربة; في 48 ساعة، تم تحديد درجة شدة عصبية وتم إجراء تلطيخ كيميائي مناعي من αAPP في كلتا المجموعتين.

قيم NSS للمجموعات المختلفة في 48 ساعة
مجموعة الحيوانات ن NSS 48 ساعة بعد DAI
الشام 15 0 (0-0)
داي 15 1 (1-1)*

الجدول 2: درجة شدة عصبية. العجز العصبي 48 ساعة بعد DAI لمجموعتين دراسيين. وأشار اختبار مان ويتني إلى أن العجز العصبي كان أكبر بكثير للفئران DAI 15 مقارنة مع الفئران الصورية 15 في 48 ساعة بعد التدخل (Mdn = 1 مقابل 0)، U = 22.5، p & 0.001، ص = 0.78. يتم قياس البيانات في العد ويتم تقديمها كنطاق متوسط و25-75 مئناً.

Figure 1
الشكل 1: الفحص الكيميائي المناعي. كشفت الصور الضوئية التمثيلية للأقسام المهاد من أنسجة الدماغ عن أنشطة المناعة المحورية والعصبية بعد DAI المعزول في الفئران (B) بعد 48 ساعة من الإصابة مقارنة بالمجموعة الخاضعة للتحكم (A). تم الكشف عن النشاط المناعي في المنطقة التي تهم جميع الفئران DAI الـ 15 ، وليس على الإطلاق في أي من الفئران التي تعمل بصور. وأشار اختبار مان ويتني إلى أن عدد المحاور الإيجابية التي تبلغ من العمر 15 جرذانًا من نوع DAI أكبر بكثير من عدد الحيوانات المصابة بالعار بنسبة 48 ساعة بعد DAI (67.46 ± 30 مقابل 0 ± 0) ، U = 0 ، p & lt; 1.1E-06 ، r = 0.92. الصور هي في التكبير الأصلي * 200. يتم قياس البيانات كعد وعرضها على أنها متوسط ± SD. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

يصف هذا البروتوكول نموذج القوارض من DAI. في DAI، يؤدي التسارع الدوراني على الدماغ إلى تأثير القص الذي يؤدي إلى تغييرات عصبية وكيميائية حيوية تؤدي إلى فقدان الوظيفة المحورية في عملية تدريجية. يتم إنتاج التغيرات المحورية الثانوية من قبل إصابة التمدد المحوري السريع وهي متغيرة في مداها وشدتها4،5،10. في غضون ساعات إلى أيام بعد الإصابة الأولية ، ستؤدي التغيرات الكيميائية الحيوية إلى فقدان الوظيفة المحورية4،5،10. بعد الإصابة ، تتغير نفاذية غشاء المحور ، مما يسمح بتدفق الكالسيوم الهائل. تناول الكالسيوم يسبب الميتوكوندريا لتضخم وكسر, الإفراج عن كاسباس والزناد caspase بوساطة الموت الخلايا التقدمية4,,5,,10,,11,,20. يمكن أن تقدم الإصابة المحورية الثانوية في شكل المصابيح المحورة في النهاية الممزقة أو في شكل دوالي على طول محور عصبي4،21،22. يتم التعبير عن فقدان انتقال النبض العصبي من خلال تجميع بروتين السلائف α-amyloid (αAPP) ، وهو بروتين واحد عبر الغشاء الموجود في معظم الخلايا والأنسجة4،23،24،25،26. التحليل المناعي لتراكم αAPP هو حاليا تقنية الذهب القياسية السريرية والتجريبية لتقييم DAI4،9،10،20،27. وقد أبلغت الدراسات عن النشاط المناعي لـ αAPP الذي يبدأ بعد حوالي ساعتين من الإصابة، ولكن هناك أدلة على أن التغيرات المستمرة تستمر لمدة سنة أو أكثر بعد الإصابة23،28،29. المناطق الأكثر عرضة للخطر هي جذع الدماغ، المادة البيضاء parasagittal من قشرة الدماغ، وكالوسوم كوربوس11.

شائعة في نماذج الحيوانات الحي من DAI هي نموذج قرع السائل الجانبي30،31، إصابة تسارع الاصطدام32،33 ونموذج التأثير القشري ة الخاضعة للرقابة34،35،36. توفر هذه النماذج بعض النتائج المفيدة ولكن مع قيود كبيرة.

نماذج قرع السوائل في النماذج الحيوانية تحفز إصابة الدماغ عن طريق حقن كميات متفاوتة من المالحة في تجويف الجمجمة المغلق في منتصف الخط، وخاصة في نماذج القط والأرانب، أو بشكل لاحق في نماذج القوارض30،31. يمكن أن تختلف شدة الإصابة من خفيفة إلى شديدة عن طريق ضبط ضغط السوائل. على الرغم من أن هذا النموذج موثوق به واستنساخها، فإنه ليس نموذجا مثاليا لDAI الإنسان، لأن إصابة قرع تنتج كدمة و / أو نزيف تحت العنكبوتية ونوع التأثير الأولي يختلف عن إصابات الحياة الحقيقية37،38. وعلاوة على ذلك، فإن آثار هندسة الدماغ والهيكل داخل الجمجمة على الاتجاه والإزاحة والسرعة تجعل من الصعب جدا إجراء تحليل بيوميكانيكي دقيق للإصابة39.

تأثير تسارع إصابة نموذج32,33 يستخدم الأوزان النحاسية مجزأة السقوط الحر من ارتفاع محدد من خلال أنبوب دليل Plexiglas على خوذة معدنية ثابتة من قبل الاكريليك الأسنان إلى قمة الجمجمة من الفئران. هذا النموذج غير مكلفة, سهلة الأداء, ويمكن أن تنتج DAI متدرج, ولكن هناك أيضا إمكانية الكدمات وكسور الجمجمة, المساس استنساخ النموذج. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الإصابة المستحثة تنطوي على حجم أقل بشكل غير متناسب من الدماغ مما كانت عليه في البشر39.

نموذج تأثير القشرية التي تسيطر عليها يستخدم جهاز تأثير هوائي أو الكهرومغناطيسية لدفع تأثير جامدة على المكشوفة, دورا كله من خلال عملية الكرنيوات أحادية الجانب, مما يؤدي إلى تشوه القشرة الكامنة16,17. ضغط الهواء هو المسؤول عن سرعة الارتطام ، ويتم تنظيم عمق تشوه القشرية عن طريق التعديل الرأسي للعارضة حيث يتم إرفاق الاسطوانة. مثل نموذج قرع السائل، فإنه يسبب أساسا إصابة البؤري.

وفيما يتعلق بهذه العيوب، تم تطوير نموذج جديد للقوارض المعدلة مع افتتاح ماتر دورا على نصف الكرة الأرضية الأضلاع لإنتاج إصابة أكثر انتشارا ً في المحور المحوري40. ومع ذلك، تتطلب معظم النماذج السابقة عملية التَزَلُر، وقد تتأثر نتائج الإمراض المحوري بالإصابة بالرضوات والنزف الذي يظهر عادة في النماذج السابقة. وعلاوة على ذلك، فإن آلية الإصابة في هذه النماذج تختلف عن DAI الإنسان الناجم عن حركات التسارع والتباطؤ في الدماغ.

هناك عدة خطوات في البروتوكول حاسمة وتستحق دراسة متأنية. يجب على المرء أن ينظر إلى أن رئيس الجرذ يجب أن يكون مثبتا بإحكام على دبابيس الأذن ، أو قد يسقط الجرذ من الجهاز. عند السقوط، قد تلعب قوى أخرى دوراً سيؤثر على دقة أي حسابات. أيضا، يجب أن يكون وزن الحديد وزن معين وانخفضت في ارتفاع معين لوحظ في هذا البروتوكول. وقد حُددت هذه القياسات تجريبياً وهي شروط إلزامية لاستنساخ النموذج. يجب أن يكون تركيب الاسطوانة البلاستيكية بزاوية 90 درجة نسبة إلى آلية الدوران ، وهي الترباس. وذلك لأنه هو ضرب إلى الترباس الذي يدفع آلية التناوب. خلاف ذلك ، يتم إدخال احتكاك وزن الحديد بالنسبة للأسطوانة البلاستيكية ، مما سيؤدي إلى انخفاض في القوة المطبقة على رأس الجرذ.

هناك بعض القيود على هذا النموذج. تطوير DAI في البشر هو أساسا الثانوية لتأثير من كائن آخر. في هذه الحالة، إما أن يتحرك الشخص نحو الكائن، أو يتحرك الكائن نحو الشخص، أو يتحرك كلاهما نحو بعضهما البعض. في مثل هذا الاصطدام ، يصاب المريض بإصابة في الرأس ، حيث لا يكون الضرر المحوري المنتشر سوى جزء من TBI. هنا ، فإن التسارع التناوبي المطبق هو الآلية الرئيسية التي تؤدي إلى تطوير DAI دون عناصر أخرى من إصابة الرأس.

النموذج المقترح هنا يبدو للتخفيف من مضاعفات كسور الجمجمة والكدمات التي تسببت في ضرر المادة البيضاء على نطاق واسع دون إصابة إضافية محدودة. على غرار نماذج القوارض الحديثة الأخرى ، فإن هذا النموذج فعال ويوفر مستوى منخفض (0٪ ) معدل الوفيات. وهو تقنية قابلة للاستنساخ وبأسعار معقولة التي يمكن أن تكون بمثابة مورد قيمة لفهم أفضل للفيزيولوجيا المرضية من DAI لتطوير علاجات أكثر فعالية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.

Acknowledgments

ويعرب المؤلفان عن امتنانهما للدكتور ناثان كليورين (قسم الهندسة الميكانيكية، جامعة بن غوريون في النقب) على مساعدته في القياسات الميكانيكية الحيوية. كما نشكر البروفيسورة أولينا سيفيلنوفسكا، ومارينا كوشينيفا، وماكسيم كريفونوسوف، وداريا ياكومينيكو، وإيفجينيا غونتشاريك من قسم علم وظائف الأعضاء، كلية البيولوجيا، والبيئة، والطب، جامعة أوليس هونشار دنيبرو، دنيبرو، أوكرانيا على دعمها ومساهماتها المفيدة في مناقشاتنا.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.01 M sodium citrate SIGMA - ALDRICH
2.5% normal horse serum SIGMA - ALDRICH H0146 Liquid
4 % buffered formaldehyde solution
Anti-Amyloid Precursor Protein, C - terminal antibodyproduced in rabbit SIGMA - ALDRICH Lot 056M4867V
biotinylated secondary antibody Vector BA-1000-1.5 10 mM sodium phosphate, pH 7.8, 0.15 M NaCl, 0.08% sodium azide, 3 mg/ml bovine serum albumin
bone-cutting forceps
DAB Peroxidase (HRP) Substrate Kit (with Nickel), 3,3’-diaminobenzidine vector laboratory
embedding cassettes
ethanol 99.9 % ROMICAL Flammable Liquid
guillotine
Hematoxylin SIGMA - ALDRICH H3136-25G
Hydrogen peroxide solution Millipore 88597-100ML-F
Isofluran, USP 100% Piramamal Critical Care, Inc
Olympus BX 40 microscope Olympus
paraffine paraplast plus leica biosystem Tissue embedding medium
phosphate-buffered saline (PBS) SIGMA - ALDRICH P5368-10PAK Contents of one pouch, when dissolved in one liter of distilled or deionized water, will yield 0.01 M phosphate buffered saline (NaCl 0.138 M; KCl - 0.0027 M); pH 7.4, at 25 °C.
Streptavidin HRP ABCAM ab64269 Streptavidin-HRP for use with biotinylated secondary antibodies during IHC / immunohistochemistry.
xylene

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Faul, M., Wald, M. M., Xu, L., Coronado, V. G. Traumatic brain injury in the United States; emergency department visits, hospitalizations, and deaths, 2002-2006. US Government. , (2010).
  2. Taylor, C. A., Bell, J. M., Breiding, M. J., Xu, L. Traumatic Brain Injury-Related Emergency Department Visits, Hospitalizations, and Deaths - United States, 2007 and 2013. MMWR Surveillance Summaries. 66, 1-16 (2017).
  3. Peterson, A. B., Xu, L., Daugherty, J., Breiding, M. J. Surveillance report of traumatic brain injury-related emergency department visits, hospitalizations, and deaths, United States, 2014. US Government. , (2014).
  4. Su, E., Bell, M. Diffuse axonal injury. Translational Research in Traumatic Brain Injury. 57, 41 (2016).
  5. Hammoud, D. A., Wasserman, B. A. Diffuse axonal injuries: pathophysiology and imaging. Neuroimaging Clinics. 12, 205-216 (2002).
  6. Adams, J. H., Graham, D. I., Gennarelli, T. A., Maxwell, W. L. Diffuse axonal injury in non-missile head injury. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 54, 481-483 (1991).
  7. Slazinski, T., Johnson, M. C. Severe diffuse axonal injury in adults and children. Journal of Neuroscience Nursing. 26, 151-154 (1994).
  8. Gentleman, S. M., et al. Axonal injury: a universal consequence of fatal closed head injury. Acta Neuropathologica. 89, 537-543 (1995).
  9. Marehbian, J., Muehlschlegel, S., Edlow, B. L., Hinson, H. E., Hwang, D. Y. Medical Management of the Severe Traumatic Brain Injury Patient. Neurocritical Care. 27, 430-446 (2017).
  10. Adams, J. H., et al. Diffuse axonal injury in head injury: definition, diagnosis and grading. Histopathology. 15, 49-59 (1989).
  11. Xiao-Sheng, H., Sheng-Yu, Y., Xiang, Z., Zhou, F., Jian-ning, Z. Diffuse axonal injury due to lateral head rotation in a rat model. Journal of Neurosurgery. 93, 626-633 (2000).
  12. Ross, D. T., Meaney, D. F., Sabol, M. K., Smith, D. H., Gennarelli, T. A. Distribution of forebrain diffuse axonal injury following inertial closed head injury in miniature swine. Experimental Neurology. 126, 291-299 (1994).
  13. Bullock, R. Opportunities for neuroprotective drugs in clinical management of head injury. Journal of Emergency Medicine. 11, Suppl 1 23-30 (1993).
  14. Gennarelli, T. A. Mechanisms of brain injury. Journal of Emergency Medicine. 11, Suppl 1 5-11 (1993).
  15. Gennarelli, T. A., et al. Diffuse axonal injury and traumatic coma in the primate. Annals of Neurology. 12, 564-574 (1982).
  16. Xiaoshengi, H., Guitao, Y., Xiang, Z., Zhou, F. A morphological study of diffuse axonal injury in a rat model by lateral head rotation trauma. Acta Neurologica Belgica. 110, 49-56 (2010).
  17. Zlotnik, A., et al. beta2 adrenergic-mediated reduction of blood glutamate levels and improved neurological outcome after traumatic brain injury in rats. Journal of Neurosurgical Anesthesiology. 24, 30-38 (2012).
  18. Boyko, M., et al. An Alternative Model of Laser-Induced Stroke in the Motor Cortex of Rats. Biological Procedures Online. 21, 9 (2019).
  19. Boyko, M., et al. The neuro-behavioral profile in rats after subarachnoid hemorrhage. Brain Research. 1491, 109-116 (2013).
  20. Ma, J., Zhang, K., Wang, Z., Chen, G. Progress of Research on Diffuse Axonal Injury after Traumatic Brain Injury. Neural Plasticity. 2016, 9746313 (2016).
  21. Medana, I. M., Esiri, M. M. Axonal damage: a key predictor of outcome in human CNS diseases. Brain. 126, 515-530 (2003).
  22. Tang-Schomer, M. D., Johnson, V. E., Baas, P. W., Stewart, W., Smith, D. H. Partial interruption of axonal transport due to microtubule breakage accounts for the formation of periodic varicosities after traumatic axonal injury. Experimental Neurology. 233, 364-372 (2012).
  23. Johnson, V. E., Stewart, W., Smith, D. H. Traumatic brain injury and amyloid-beta pathology: a link to Alzheimer's disease. Nature Reviews Neuroscience. 11, 361-370 (2010).
  24. Sherriff, F. E., Bridges, L. R., Sivaloganathan, S. Early detection of axonal injury after human head trauma using immunocytochemistry for beta-amyloid precursor protein. Acta Neuropathologica. 87, 55-62 (1994).
  25. Reichard, R. R., White, C. L., Hladik, C. L., Dolinak, D. Beta-amyloid precursor protein staining of nonaccidental central nervous system injury in pediatric autopsies. Journal of Neurotrauma. 20, 347-355 (2003).
  26. Gentleman, S. M., Nash, M. J., Sweeting, C. J., Graham, D. I., Roberts, G. W. Beta-amyloid precursor protein (beta APP) as a marker for axonal injury after head injury. Neuroscience Letters. 160, 139-144 (1993).
  27. Smith, D. H., Hicks, R., Povlishock, J. T. Therapy development for diffuse axonal injury. Journal of Neurotrauma. 30, 307-323 (2013).
  28. McKenzie, K. J., et al. Is beta-APP a marker of axonal damage in short-surviving head injury. Acta Neuropathologica. 92, 608-613 (1996).
  29. Wilkinson, A., Bridges, L., Sivaloganathan, S. Correlation of survival time with size of axonal swellings in diffuse axonal injury. Acta Neuropathologicaogica. 98, 197-202 (1999).
  30. Thompson, H. J., et al. Lateral fluid percussion brain injury: a 15-year review and evaluation. Journal of Neurotrauma. 22, 42-75 (2005).
  31. Alder, J., Fujioka, W., Lifshitz, J., Crockett, D. P., Thakker-Varia, S. Lateral fluid percussion: model of traumatic brain injury in mice. Journal of Visualized Experiments. , e3063 (2011).
  32. Povlishock, J., Marmarou, A., McIntosh, T., Trojanowski, J., Moroi, J. Impact acceleration injury in the rat: evidence for focal axolemmal change and related neurofilament sidearm alteration. Journal of Neuropathology & Experimental Neurology. 56, 347-359 (1997).
  33. Heath, D. L., Vink, R. Impact acceleration-induced severe diffuse axonal injury in rats: characterization of phosphate metabolism and neurologic outcome. Journal of Neurotrauma. 12, 1027-1034 (1995).
  34. Lighthall, J. W. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model. Journal of Neurotrauma. 5, 1-15 (1988).
  35. Palmer, A. M., et al. Traumatic brain injury-induced excitotoxicity assessed in a controlled cortical impact model. Journal of Neurochemistry. 61, 2015-2024 (1993).
  36. Hamm, R. J., et al. Cognitive deficits following traumatic brain injury produced by controlled cortical impact. Journal of Neurotrauma. 9, 11-20 (1992).
  37. Nyanzu, M., et al. Improving on Laboratory Traumatic Brain Injury Models to Achieve Better Results. International Journal of Medical Sciences. 14, 494-505 (2017).
  38. Xiong, Y., Mahmood, A., Chopp, M. Animal models of traumatic brain injury. Nature Reviews Neuroscience. 14, 128-142 (2013).
  39. Lighthall, J. W., Dixon, C. E., Anderson, T. E. Experimental models of brain injury. Journal of Neurotrauma. 6, 83-97 (1989).
  40. Meaney, D. F., et al. Modification of the cortical impact model to produce axonal injury in the rat cerebral cortex. Journal of Neurotrauma. 11, 599-612 (1994).

Tags

علم الأعصاب، العدد 159، إصابة المحاور المنتشر (DAI)، إصابة الدماغ الرضية (TBI)، تسارع الدوران، نموذج الفئران، المادة البيضاء، إصابة التمدد
تحريض من منتشر إصابة الدماغ أكسونال في الفئران على أساس تسارع التناوب
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Frank, D., Melamed, I., Gruenbaum,… More

Frank, D., Melamed, I., Gruenbaum, B. F., Grinshpun, J., Kuts, R., Shvartsur, R., Azab, A. N., Assadi, M. H., Vinokur, M., Boyko, M. Induction of Diffuse Axonal Brain Injury in Rats Based on Rotational Acceleration. J. Vis. Exp. (159), e61198, doi:10.3791/61198 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter