Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Induktion av diffus axonal hjärnskada hos råttor baserat på rotationsacceleration

Published: May 9, 2020 doi: 10.3791/61198
* These authors contributed equally

Summary

Detta protokoll validerar en pålitlig, lätt att utföra och reproducerbara gnagare modell av hjärnan diffusa axonal skada (DAI) som inducerar utbredd vit fråga skada utan skalle frakturer eller kontusioner.

Abstract

Traumatisk hjärnskada (TBI) är en viktig orsak till dödsfall och funktionshinder. Diffusa axonal skada (DAI) är den dominerande mekanismen för skada i en stor andel av TBI patienter som kräver sjukhusvistelse. DAI innebär omfattande axonal skador från skakningar, rotation eller blast skada, vilket leder till snabb axonal stretch skada och sekundära axonal förändringar som är associerade med en långvarig inverkan på funktionella återhämtning. Historiskt sett har experimentella modeller av DAI utan fokal skada varit svåra att utforma. Här validerar vi en enkel, reproducerbar och pålitlig gnagare modell av DAI som orsakar omfattande vit materia skada utan skallfrakturer eller kontusioner.

Introduction

Traumatisk hjärnskada (TBI) är en viktig orsak till dödsfall och funktionshinder i USA. Tbi bidrar till cirka 30 % av alla skaderelaterade dödsfall1,2. De främsta orsakerna till TBI skiljer sig mellan åldersgrupper och inkluderar fall, snabba kollisioner under sport, avsiktlig självskada, motorfordon kraschar och överfall1,2,3.

Hjärnan diffusa axonal skada (DAI) är en specifik typ av TBI framkallas av rotationsacceleration, skakning eller blast skada i hjärnan till följd av obegränsad huvudrörelse i omedelbar efter skada4,5,6,7,8. DAI innebär omfattande axonal skador som leder till långvariga neurologiska nedskrivningar som är förknippade med dåligt resultat, betungande sjukvårdskostnader, och en 33-64% dödlighet1,,2,4,5,9,10,11. Trots betydande ny forskning om patogenesen vid DAI, har det inte funnits en enighet om bästa behandlingsalternativ11,12,13,14.

Under de senaste decennierna har många experimentella modeller försökt att exakt replikera olika aspekter av DAI11,12,15,16. Dessa modeller har dock begränsningar med tanke på den unika presentationen av DAI jämfört med andra fokalskador. Dessa tidigare modeller inte bara orsaka axonal skada i vita frågor regioner men också resultera i fokal cerebrala skador. Kliniskt åtföljs DAI av mikro blödningar, som kan utgöra en viktig orsak till skador på vit materia.

Endast två djurmodeller har visat sig replikera de viktigaste kliniska funktionerna i DAI. Gennarelli och kollegor producerade den första laterala huvudrotationsenheten 1982, med hjälp av icke-effekt huvudrotationsacceleration för att inducera koma med DAI i en icke-mänsklig primatmodell15. Denna primat modell används kontrollerad enda rotation för acceleration och retardation att tränga huvudet genom 60 ° inom 10-20 ms. Denna teknik kunde efterlikna nedsatt medvetande och utbredd axonal skada som liknade effekterna av allvarliga TBI observerats i mänskliga hjärnor. Men primatmodeller är mycket dyra4,,11,16. Baserat delvis på den tidigare modellen, en gris modell av roterande acceleration hjärnskada utformades 1994 (Ross et al.) med liknande resultat14.

Dessa två djurmodeller, även om de producerade olika presentationer av typiska patologi, har lagt mycket till begreppen DAI patogenes. Snabb huvudrotation är allmänt accepterad som den bästa metoden för att inducera DAI, och gnagare ger en billigare modell för de snabba huvudrotationsstudierna11,16. Här validerar vi en enkel, reproducerbar och pålitlig gnagare modell av DAI som orsakar omfattande vit materia skada utan skallfrakturer eller kontusioner. Denna nuvarande modell kommer att möjliggöra bättre förståelse av patofysiologi av DAI och utveckling av effektivare behandlingar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Experimenten utfördes i enlighet med rekommendationerna i Förklaringarna från Helsingfors och Tokyo och i riktlinjerna för användning av försöksdjur i Europeiska gemenskapen. Experimenten godkändes av Animal Care Kommittén ben-Gurion University of the Negev.

1. Förbereda råttor för försöksförfarandet

OBS: Välj vuxna hanråttor med Sprague-Dawley som väger 300-350 g.

  1. Få godkännande för att utföra dessa experiment från institutionsvårds- och användningskommittén.
  2. Håll råttorna vid en rumstemperatur på 22 ± 1 °C, med 12 timmars ljus och 12 timmars mörka cykler. Ge råttsoppa och vatten ad libitum.
  3. Utför alla experiment mellan 06:00 och 12:00
  4. Använd ett kontinuerligt isofluranadministrationssystem för att framkalla anestesi. Se till att spridarsystemet är fyllt med isofluran.
    1. Söva råttorna med 2% isofluran.
    2. Bekräfta att råttan är helt sövd genom att observera brist på rörelse eller pedalreflex som svar på en yttre stimuli.

2. Induktion av diffus axonal skada

OBS: Anordningen består av följande komponenter: 1) transparent plastcylinder, 2) järnvikt (1308 g), 3) rotationsmekanism bestående av ett cylindriskt rör, två lager på vilka axeln roterar och en huvudfixering (för öronstift); 4) horisontell plattform på vilken är fasta två lager.

  1. Placera enheten på ett tungt, stabilt laboratoriebord.
  2. Fäst vikten på en sträng som är förhöjd till en höjd av 120 cm.
  3. Låt den fritt fallande vikten träffa bulten och aktivera rotationsmekanismen. Med hjälp av den laterala huvudrotationsanordningen vrids gnagarens huvud snabbt från 0 till 90°.
  4. Efter induktion av diffus axonal hjärnskada, överför råttan till ett återhämtningsrum.

3. Mätning av roterande kinematik/biomekaniska parametrar.

  1. Mät roterande kinematik/biomekaniska parametrar enligt följande:
    Equation 1
    Equation 2
    Equation 3
    Där Fo - kraft som appliceras på djurhuvudet (kg), M – krafttillfälle; K – kinetisk energi; m – massan av den fallande vikten; g - gravitationell acceleration; h – höjd (cm); D – avståndet mellan öronstiften (cm).
    OBS: För att beräkna den kraft som appliceras på djurets huvud (Fo),är det nödvändigt att känna till massan av den fallande vikten, den höjd vid vilken vikten faller och avståndet mellan öronstiften. De andra parametrarna förblir oförändrade.

4. Utvärdering av neurologisk allvarlighetsgrad efter 48 timmar

OBS: Neurologiska underskott bedömdes och graderades med hjälp av en neurologisk allvarlighetsgrad, som tidigare beskrivits17,18,19. Förändringar i motorisk funktion och beteende bedöms av ett punktsystem så att en maximal poäng på 24 representerar svår neurologisk dysfunktion. Poängen 0 indikerar intakt neurologisk status. Följande beteendefunktioner bedöms.

  1. Bedöm råttans oförmåga att gå ut från en cirkel (50 cm i diameter) när den lämnas i mitten. Utför detta för tre individuella sessioner som varar 30 min, 60 min och mer än 60 min.
  2. Testa råttan för en förlust av rätande reflex i tre sessioner som varar 20 min, 40 min och över 60 min.
  3. Utför testet för hemiplegi, råttans oförmåga att motstå påtvingade förändringar i position.
  4. Lyft råttan med svansen för att testa baklimbens flexion.
  5. Placera råttan på golvet för att testa dess förmåga att gå rakt.
  6. Testa för tre separata reflexer: pinna reflex, hornhinnans reflex, och skrämma reflex.
  7. Betygsätt råttan med en klinisk kvalitet baserat på förlust av att söka beteende och prostration.
  8. Testa lemreflexer för placering. Utför testet på vänster och höger framben, och sedan vänster och höger bakben.
  9. Utför ett funktionstest via strålbalanseringsuppgiften. Balken ska vara 1,5 cm bred. Kör testet för sessioner på 20 s, 40 s och mer än 60 s.
  10. Utför strålvandringstest på råttan med balkar av tre olika bredder: 8,5 cm brett, 5 cm brett och 2,5 cm brett.

5. Hjärnsamling för histologiska undersökning efter 48 timmar

  1. Vid 48 timmar efter skada, avliva råttorna genom att ersätta deras inspirerade gasblandning med 20% O2/80% CO2. Se till att CO2 levereras i förutbestämt pris i enlighet med institutional animal care and use committees riktlinjer.
    1. Säkerställa död bekräftelse i enlighet med institutionella Animal Care and Use Committee riktlinjer.
  2. Transcardiacally perfuse råtta med 0.9% heparinized saltlösning vid temperatur 4 °C, följt av 500 ml av 4% paraformaldehyd i 0.1 M fosfat buffert salin (pH 7.4).
  3. Efter perfusion, utför halshuggning med en giljotin.
  4. Utför hjärnan insamling genom att ta bort calvarias med benskärande pincett för att undvika att skada hjärnvävnad.
  5. Ta omedelbart bort hjärnan och fixa i en 4% buffrad formaldehydlösning för 48 timmar vid 4 °C.
  6. Blockera hjärnor i 5 mm koronalsektioner från luktbulbens ansikte mot synbarken och bisect lillhjärnor och hjärnstammar.
  7. Efter paraffininbäddning, skär koronal och sagittal sektioner (5 μm) bort från talamus genom mikrotomsektionering.

6. Immunkemisk färgning och undersökning

  1. Placera försiktigt skivorna på glasrutschbanor med en mjuk borste, 1 skiva per rutschkana.
  2. Producera immunkemisk färgning av βAPP.
    1. Deparaffinisera skivor med xylen (3 gånger i 5 min vardera) och återfukta med gradvis reducerade koncentrationer av etanol vid rumstemperatur: 3 min i 100% etanol två gånger, 3 min i 95% etanol två gånger, 3 min i 90% etanol, 3 min i 70% etanol och 3 min i DDW.
    2. Behandla deparaffinerade och rehydrerade hjärnsektioner med 3% H2O2 i 15 min vid rumstemperatur för att blockera endogen peroxidasaktivitet.
    3. Inkubera sektioner med 0,01 M natriumcitrat (pH 6.0) vid 98 °C i 5 min för antigenhämtning.
    4. Håll bilderna i bufferten i 20 minuter i rumstemperatur för att svalna.
    5. Tvätta sektioner med fosfatbuffrad saltlösning (PBS) två gånger i 5 min.
    6. Blockera sektionerna med 2,5 % normalt hästserum i 1 h vid rumstemperatur och inkubera över natten vid 4 °C i primär kanin anti-APP (1:4000) utspätt i det blockerande serumet.
    7. Efter inkubation i primär antikropp, tvätta sektioner i PBS vid rumstemperatur.
    8. Inkubera sektioner i lämpligt utspädd biotinylerad sekundär antikropp i 15 min och tvätta med PBS i 3 min två gånger vid rumstemperatur.
    9. Inkubera i streptavidin-peroxidas i 15 min och tvätta igen i PBS i 3 min två gånger vid rumstemperatur.
    10. Inkubera sektioner med buffrad substratlösning (pH 7.5) som innehåller väteperoxid och 3,3-diaminobenzidinkroomogenlösning och skyddar mot ljus tills färgen har utvecklats.
    11. Inkubera bilderna med DDW i rumstemperatur i 5 min för att stoppa reaktionen.
    12. Motstäm sektioner med Hematoxylin i 3 min vid rumstemperatur och tvätta i 5 min med strömmande kranvatten.
    13. Torka ut bilderna med gradvis ökande koncentrationer av etanol vid rumstemperatur: 2 min i DDW, 2 min i 70% etanol, 2 min i 90% etanol, 2 min i etanol 95%, 2 min i 100% etanol och 3 min i xylen tre gånger.
    14. Torka och montera med monteringsmedium.
  3. Undersök skivorna under mikroskopförstoring av 200x med en 20 mm objektiv lins med hjälp av ett mikroskop.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Tabell 1 illustrerar protokolltidslinjen. Dödligheten i denna modell av DAI var 0%. Ett Mann-Whitney-test visade att det neurologiska underskottet var betydligt större för de 15 DAI-råttorna jämfört med de 15 bluffråttor vid 48 timmar efter ingripandet (Mdn = 1 jämfört med 0), U = 22,5, p < 0,001, r = 0,78 (se tabell 2). Uppgifterna mäts i antal och presenteras som median- och 25–75 percentilintervall.

Representativa fotomikrofotografer av thalamiska delar av hjärnvävnaden visas i figur 1. Fotomikrografer visade axonal och neuronal βAPP immunoreactivities efter isolerade DAI hos råttor 48 timmar efter skada jämfört med kontrollgruppen (67,46 ± 30 vs 0 ± 0), U = 0, p < 1.1E-06, r = 0,92. Uppgifterna mäts som räknas och presenteras som medelvärde ± SD.

Grupper Tid Förfaranden
DAI (15 råttor) 0 h Induktion diffus axonal skada
Sham (15 råttor) 48 timmar Bedömning av neurologiska allvarlighetsgrader,
DAI (15 råttor) Immunokemisk färgning av BAPP.

Tabell 1: Demonstration av protokollets tidslinje. De olika grupperna av råttor vid olika tidpunkter visas: DAI = Diffus axonal hjärnskada i början av experimentet; Vid 48 timmar fastställdes en neurologisk allvarlighetsgrad och immunokemisk färgning av βAPP utfördes i båda grupperna.

NSS-värden för de olika grupperna vid 48 timmar
Djurgrupp N NSS 48 timmar efter DAI
Bluff 15 0 (0-0)
Dai 15 1 (1-1)*

Tabell 2: Neurologisk svårighetsgrad poäng. Neurologiska underskott 48 timmar efter DAI för 2 studiegrupper. En Mann-Whitney test visade att neurologiska underskottet var betydligt större för 15 DAI råttor jämfört med 15 bluff råttor vid 48 timmar efter ingripande (Mdn = 1 vs 0), U = 22,5, p < 0,001, r = 0,78. Uppgifterna mäts i antal och presenteras som median- och 25–75 percentilintervall.

Figure 1
Figur 1: Immunkemisk undersökning. Representativa fotomikrografer av thalamic delar av hjärnvävnad visade axonal och neuronal immunoreactivities efter isolerade DAI hos råttor (B) 48 timmar efter skada jämfört med kontrollgruppen (A). βAPP immunoreactivity upptäcktes i regionen av intresse i alla 15 DAI råttor, och inte alls i någon av de bluff-opererade råttor. Mann-Whitney-testet visade att antalet βAPP-positiva axoner var signifikant större för 15 DAI-råttor än för skenskadade djur vid 48h efter DAI (67,46 ± 30 jämfört med 0 ± 0), U = 0, p < 1.1E-06, r = 0,92. Bilderna är vid den ursprungliga förstoringen * 200. Uppgifterna mäts som räknas och presenteras som medelvärde ± SD. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Detta protokoll beskriver en gnagare modell av DAI. I DAI, roterande acceleration på hjärnan orsakar en skjuvning effekt som utlöser axonal och biokemiska förändringar som leder till förlust av axonal funktion i en progressiv process. Sekundära axonal förändringar produceras av en snabb axonal stretch skada och varierar i sin omfattning och svårighetsgrad4,5,10. Inom några timmar till dagar efter den primära skadan, biokemiska förändringar kommer att leda till förlust av axonal funktion4,5,10. Efter skadan förändras axonmembranets permeabilitet, vilket möjliggör en massiv kalciumtillströmning. Intaget av kalcium orsakar mitokondrierna att svälla och bryta, släppa caspases och utlöser caspase medierad progressiv cell död4,5,10,11,20. Sekundär axonal skada kan presentera i form av axonal lökar vid den brusten änden eller i form av varicosities längs längden av axon4,21,22. Förlusten av nervimpulsövergång uttrycks genom aggregering av β-amyloid-prekursorproteinet (βAPP), ett enda transmembranprotein som finns i de flesta celler och vävnader4,,23,24,25,26. Immunohistochemical analys av βAPP ackumulering är för närvarande guldmyntfoten klinisk och experimentell teknik för bedömning av DAI4,9,10,20,27. Studier har rapporterat βAPP immunoreactivity börjar cirka 2 timmar efter skada, men det finns bevis för att pågående förändringar fortsätter för ett eller flera år efter skada23,,28,29. De mest sårbara områdena är hjärnstammen, parasagittal vit substans i hjärnbarken, och corpus callosum11.

Vanliga in vivo djurmodeller av DAI är den laterala vätskeslagsmodell30,,31, slagacceleration skada32,,33 och den kontrollerade närslag modell34,35,36. Dessa modeller ger några användbara resultat men med betydande begränsningar.

Vätskeslag modeller i djurmodeller framkalla hjärnskada genom att injicera varierande volymer av saltlösning i den slutna hjärnskålen vid mittlinjen, särskilt i katt och kanin modeller, eller i sidled i gnagare modeller30,31. Skadans svårighetsgrad kan varieras från mild till svår genom att justera vätsketrycket. Även om denna modell är tillförlitlig och reproducerbar, är det inte en idealisk modell av mänskliga DAI, eftersom slagverk skada producerar kontusion och / eller subarachnoid blödning och vilken typ av primär påverkan skiljer sig från verkliga livet skador37,38. Dessutom gör effekterna av hjärnans geometri och intrakraniell struktur på riktning, förskjutning och hastighet det mycket svårt att utföra en exakt biomekanisk analys av skadan39.

Slagacceleration skada modell32,33 använder segmenterade mässing vikter fritt faller från en viss höjd genom en Plexiglas guide röret på en metallisk hjälm fast av tand akryl till skallen vertex av råtta. Denna modell är billig, lätt att utföra, och kan producera graderad DAI, men det finns också en möjlighet till kontusioner och skallfrakturer, vilket äventyrar reproducerbarheten av modellen. Dessutom innebär den inducerad skadan en oproportionerligt mindre volym av hjärnan än hos människor39.

Modellen av kontrollerad närsverkan använder en pneumatisk eller elektromagnetisk slaganordning för att driva en styv provkropp på den exponerade, hela dura genom en ensidig craniotomy, vilket leder till deformation av den underliggande cortex16,17. Lufttrycket är ansvarigt för islagshastigheten, och djupet av kortikal deformation regleras genom vertikal justering av tvärstången där cylindern är fäst. Liksom flytande slagverk modell, det orsakar främst fokal skada.

När det gäller dessa nackdelar, en ny modifierad gnagare modell har utvecklats med öppnandet av dura mater över kontralaterala halvklotet för att producera mer utbredd axonal skada40. De flesta tidigare modeller kräver dock craniotomy, och resultaten av axonal patogenes kan påverkas av kontusion och blödning som vanligtvis förekommer i tidigare modeller. Dessutom är mekanismen för skada i dessa modeller skiljer sig från den mänskliga DAI orsakas av acceleration-retardation rörelser i hjärnan.

Det finns flera steg i protokollet som är kritiska och förtjänar noggrant övervägande. Man bör överväga att chefen för råttan bör vara tätt fast på öronstiften, eller råttan kan falla från enheten. När de faller kan andra krafter spela en roll som påverkar noggrannheten i eventuella beräkningar. Dessutom måste järnvikten vara den specifika vikten och släppas på den specifika höjd som anges i detta protokoll. Dessa mätningar har fastställts empiriskt och är obligatoriska villkor för reproduktion av modellen. Installationen av plastcylindern bör vara i en vinkel på 90° i förhållande till rotationsmekanismen, nämligen bulten. Detta beror på att det är träffen till bulten som driver rotationsmekanismen. Annars införs friktionen av järnvikten i förhållande till plastcylindern, vilket kommer att leda till en minskning av den kraft som appliceras på råttans huvud.

Det finns vissa begränsningar i denna modell. Utvecklingen av DAI hos människor är huvudsakligen sekundär till en inverkan från ett annat objekt. I det här fallet rör sig antingen personen mot objektet, objektet rör sig mot personen eller så rör de sig båda mot varandra. Vid en sådan kollision utvecklar en patient en kombinerad huvudskada, där diffus axonal skada är endast en del av TBI. Här är den tillämpade rotationsaccelerationen den viktigaste mekanismen som leder till utveckling av DAI utan andra delar av huvudskada.

Den modell som föreslås här verkar lindra komplikationer av skallfrakturer och kontusioner som orsakade omfattande vit substans skada utan begränsad ytterligare skada. I likhet med andra senaste gnagare modeller, denna modell är effektiv och ger en låg (0%) Dödligheten. Det är en reproducerbar och prisvärd teknik som skulle kunna fungera som en värdefull resurs för att bättre förstå patofysiologi AV DAI att utveckla effektivare behandlingar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Författarna erkänner tacksamt Dr Nathan Kleeorin (Institutionen för maskinteknik, Ben-Gurion University of the Negev) för hans hjälp med biomekaniska mätningar. Vi tackar också professor Olena Severynovska, Maryna Kuscheriava, Maksym Kryvonosov, Daryna Yakumenko och Evgenia Goncharyk vid institutionen för fysiologi, fakulteten för biologi, ekologi och medicin, Oles Honchar Dnipro University, Dnipro, Ukraina för hennes stöd och användbara bidrag till våra diskussioner.

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

Neurovetenskap Diffus axonal skada (DAI) traumatisk hjärnskada (TBI) roterande acceleration råtta modell vit fråga stretch skada
Induktion av diffus axonal hjärnskada hos råttor baserat på rotationsacceleration
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