Summary
Qui, presentiamo un modello di ratto con lesione cerebrale traumatica lieve (mTBI) a testa chiusa e la sua convalida che mostra una notevole somiglianza con l'mTBI umano per quanto riguarda le manifestazioni comportamentali durante le fasi acute e subacute.
Abstract
I modelli animali sono fondamentali per far progredire la nostra comprensione delle lesioni cerebrali traumatiche lievi (mTBI) e guidare la ricerca clinica. Per ottenere informazioni significative, è essenziale sviluppare un modello animale stabile e riproducibile. In questo studio, riportiamo una descrizione dettagliata di un modello di mTBI a testa chiusa e un metodo di validazione rappresentativo che utilizza ratti Sprague-Dawley per verificare l'effetto di modellazione. Il modello prevede la caduta di un peso di 550 g da un'altezza di 100 cm direttamente sulla testa di un ratto su una superficie distruttibile, seguita da una rotazione di 180 gradi. Per valutare la lesione, i ratti sono stati sottoposti a una serie di valutazioni neurocomportamentali 10 minuti dopo l'infortunio, tra cui il tempo di perdita di coscienza, il tempo di primo comportamento di ricerca, la capacità di fuga e il test di capacità di equilibrio del raggio. Durante le fasi acute e subacute successive all'infortunio, sono stati condotti test comportamentali per valutare la capacità di coordinazione motoria (Beam task), l'ansia (Open Field test) e le capacità di apprendimento e memoria (Morris Water Maze test). Il modello mTBI a testa chiusa ha prodotto una risposta coerente alle lesioni con una mortalità minima e ha replicato situazioni di vita reale. Il metodo di convalida ha verificato efficacemente lo sviluppo del modello e ha garantito la stabilità e la coerenza del modello.
Introduction
La lesione cerebrale traumatica lieve (mTBI), o commozione cerebrale, è il tipo più diffuso di lesione e può portare a vari sintomi a breve termine e cronici1. Questi sintomi possono includere vertigini, mal di testa, depressione e anedonia, tra gli altri, portando a una sofferenza significativa per le persone affette da mTBI2. Poiché la maggior parte degli mTBI sono causati da traumi da corpo contundente3, diventa imperativo sviluppare modelli animali che imitino accuratamente tali lesioni. Questi modelli sono essenziali per ottenere una migliore comprensione della lesione e dei suoi meccanismi sottostanti, offrendo un ambiente controllato con variabilità ed eterogeneità ridotte rispetto agli studi sull'uomo.
Sono stati sviluppati numerosi modelli di roditori ben consolidati per le lesioni cerebrali traumatiche (TBI), tra cui la lesione da percussione fluida (FPI)4, l'impatto corticale controllato (CCI)5, la lesione da caduta di peso6, la lesione cerebrale traumatica da esplosione7 e altre. Tuttavia, questi modelli si concentrano principalmente sulla replica di scenari di trauma cranico da moderato a grave. Al contrario, i modelli sperimentali specificamente progettati per simulare l'mTBI hanno ricevuto relativamente meno attenzione e rimangono poco esplorati8. Pertanto, c'è un bisogno critico di stabilire un modello animale stabile e riproducibile che rappresenti accuratamente l'mTBI. Un tale modello migliorerebbe significativamente la nostra comprensione delle conseguenze neurobiologiche e comportamentali associate all'mTBI.
Non è possibile distinguere i deficit funzionali nei ratti con mTBI rispetto ai ratti normali attraverso l'osservazione casuale dopo che gli effetti dell'anestesia sono svaniti. Pertanto, è necessario somministrare test specifici. Nell'uomo, un'ampia gamma di valutazioni cliniche viene utilizzata per valutare i pazienti 9,10,11. Allo stesso modo, la creazione di un modello di successo nel modello di ratto richiede anche l'utilizzo di strumenti di valutazione rapida per determinarne la validità.
In questo studio, presentiamo un modello di ratto mTBI a testa chiusa, che consente di studiare l'mTBI in un modo che assomiglia molto alla condizione umana. La descrizione dettagliata del modello e della sua procedura di validazione fornisce una comprensione completa dell'approccio sperimentale utilizzato nello studio dell'mTBI.
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Protocol
Gli esperimenti sugli animali sono stati approvati dal Comitato per la cura e l'uso degli animali della Central South University. Tutti gli studi sono stati condotti in linea con il benessere e i principi etici degli animali da laboratorio.
1. Alimentazione degli animali e procedura di anestesia
- Il gruppo ospita ratti maschi di Sprague-Dawley da 280-320 g e li mantiene in un ciclo luce/buio di 12 ore/12 ore con accesso a cibo e acqua ad libitum. Eseguire lo studio dopo che i ratti si sono acclimatati per 6 giorni.
- Anestetizzare il ratto con isoflurano al 3% a 0,6 L/min di flusso d'aria in una scatola a induzione fino a quando non risponde al pizzicamento della zampa o della coda. Mantenere la portata per 30 s.
NOTA: I farmaci antidolorifici non sono stati utilizzati in quanto avrebbero interferito con la risposta del ratto nelle valutazioni neurocomportamentali.
2. Configurazione preoperatoria
- Posizionare una spugna con un valore di durezza di 35D (peso di 35 kg/m3 di spugna), di lunghezza e larghezza identiche ma con uno spessore di 12 cm, all'interno di una scatola acrilica (15 cm x 22 cm x 43 cm) priva di coperchio superiore.
- Taglia un foglio di stagnola (uno spessore di 20 μm) e fissalo sulla scatola acrilica usando del nastro adesivo per formare una superficie distruttibile in grado di sostenere il peso di un ratto. Inoltre, segna una linea di taglio di circa 10 cm come posizione designata per posizionare la testa del ratto.
- Con l'aiuto di un supporto di ferro, fissare saldamente il tubo in PVC in posizione. Preparare un peso perforato, del peso di 550 grammi con un diametro di 18 millimetri. Fissare il peso a una lenza da pesca ad un'altezza di 1 metro all'interno di un tubo in cloruro di polivinile o PVC. e regolare la posizione del tubo guida 3 centimetri sopra la carta stagnola.
- Prepara un casco e un cuscino. Realizza un casco utilizzando un disco in acciaio inossidabile di 10 mm di diametro e 3 mm di spessore. Prepara un cuscino di spugna a forma di cuneo da posizionare sotto la testa del ratto, assicurandoti che sia perpendicolare alla direzione di gravità.
NOTA: Un diagramma schematico dell'apparato d'urto è presentato nella Figura 1. Il casco ha lo scopo di identificare il punto di impatto e migliorare la distribuzione della forza esterna. Il cuscino viene utilizzato per garantire danni uniformi e stabili.
3. Induzione mTBI
- Posiziona rapidamente il ratto anestetizzato sul petto sulla carta stagnola.
NOTA: Per l'induzione di mTBI sono necessari due operatori, uno per la preparazione e l'altro per la verifica. - Preparazione: Posiziona il cuscino sotto il ratto, assicurandoti che la sua testa sia parallela alla carta stagnola. Allineare il casco con le orecchie del topo e fissarlo in posizione.
- Verifica: Verificare che il tubo in PVC sia posizionato direttamente sopra il casco. Una volta che entrambi gli operatori hanno confermato la corretta configurazione, procedere al passaggio successivo.
- Induzione della rotazione della testa: Rilasciare il peso, lasciandolo cadere e colpire la testa del ratto, inducendo una caduta sulla spugna e una rotazione di 180°.
- Metti il topo sulla schiena in una gabbia pulita.
4. Induzione fittizia
- Trattare il ratto allo stesso modo della precedente descrizione dell'induzione mTBI, ma non sottoporlo all'impatto con la testa.
5. Procedura di validazione: valutazioni neurocomportamentali acute
NOTA: Le seguenti valutazioni sono state modificate in base ai punteggi di gravità neurologica9 e al protocollo di Flierl et al.10. Tutte queste valutazioni sono state eseguite 10 minuti dopo che il ratto aveva recuperato il riflesso di raddrizzamento.
- Tempo di perdita di coscienza: Registrare la durata da quando il ratto viene anestetizzato a quando recupera il riflesso di raddrizzamento.
NOTA: Il riflesso di raddrizzamento è il processo in cui il ratto si gira quando viene posizionato sulla schiena. La perdita del riflesso di raddrizzamento deve essere considerata come un punto finale umano e l'animale deve essere soppresso secondo le linee guida istituzionali. - Tempo del primo comportamento di ricerca: Registrare il tempo che intercorre tra il momento in cui il ratto viene anestetizzato e il momento in cui mostra il comportamento di ricerca per la prima volta.
NOTA: Il comportamento di ricerca è un segno di interesse per l'ambiente, una risposta fisiologica. - Capacità di fuga
- Posizionare il ratto al centro di un apparecchio circolare (0,5 m di diametro e 0,3 m di altezza) con un'uscita (12,5 cm di lunghezza e 9 cm di larghezza).
- Registra il tempo che il topo impiega per uscire dal cerchio.
NOTA: Se il ratto non esce dal cerchio entro 180 s, registrare il tempo come 180 s.
- Test di capacità di bilanciamento del fascio
- Posiziona il ratto su una trave larga 3 cm, 2 cm e 1.5 cm per 1 minuto.
- Se il ratto mantiene un equilibrio con una postura stabile sulla trave, assegna un punteggio pari a 0.
- Se il topo afferra il lato della trave, assegna un punteggio di 1. Se il topo abbraccia la trave e un arto cade da essa, segnalo come 2.
- Se il topo abbraccia la trave e i due arti cadono da essa o ruotano su di essa (>60 s), segnalo come 3.
- Se il topo tenta di stare in equilibrio sulla trave ma cade (> 40 s), segnalo come 4.
- Se il topo tenta di stare in equilibrio sulla trave ma cade (>20 s), segnalo come 5.
- Se il ratto non tenta di stare in equilibrio o di aggrapparsi alla trave e cade entro 20 s, segnalo come 6.
NOTA: Il test di bilanciamento del fascio non richiede una pre-prova.
6. Procedura di validazione: valutazione del neurocomportamento
NOTA: Prima degli esperimenti comportamentali, i ratti sono stati manipolati per 2 minuti al giorno per 3 giorni consecutivi per ridurre al minimo lo stress e l'interruzione della novità. Tutti gli esperimenti comportamentali sono stati eseguiti ponendo gli animali nell'ambiente di prova per 60 minuti prima dell'inizio dell'esperimento.
- Capacità di coordinazione motoria (compito della trave)
- Configurazione sperimentale
- Posiziona i ratti su un'estremità della trave di equilibrio (lunga 1,5 m e a 75 cm dal pavimento). Posiziona una scatola di fuga (una gabbia obliqua per la casa della lettiera) sull'altra estremità.
- Posizionare un'imbottitura in schiuma sotto la trave per mitigare il potenziale rischio di lesioni ai ratti in caso di cadute durante la prova.
- Accendere la videocamera.
- Pianifica i giorni di test in momenti specifici dopo l'infortunio o dopo il trattamento fittizio (ad esempio, giorno 1, giorno 3 e giorno 7).
- Fase di formazione (2 giorni)
- Addestra i ratti ad attraversare il raggio largo 4 cm 3 volte consecutive, seguito da due prove sul raggio largo 2 cm.
- Durante l'addestramento, guida delicatamente i ratti attraverso la trave fino a quando non riescono ad attraversarli facilmente senza interferenze.
- Esperimento del fascio di equilibrio
- Posiziona i ratti sulla trave larga 2 cm per 5 prove consecutive.
- Registra l'inizio e la fine di ogni prova quando il naso del topo attraversa rispettivamente la linea di partenza e di arrivo.
- Riportare i ratti nelle loro gabbie alla fine dell'esperimento.
- Test di base
- Condurre l'esperimento della trave di equilibrio prima della lesione o del trattamento.
- Calcolare i valori medi di questi 5 studi consecutivi per stabilire il basale per ciascun ratto.
- Analisi dei dati
- Analizza il tempo necessario per attraversare la trave e il numero totale di scivolamenti del retropiede utilizzando l'analisi video di ricercatori ciechi alle condizioni sperimentali.
- Configurazione sperimentale
- Ansia (test in campo aperto)
- Configurazione sperimentale
- Prepara l'arena in campo aperto, assicurandoti che sia pulita e priva di eventuali segnali odorosi precedenti. Dividi l'arena in tre zone: una zona interna centrale (33 cm x 33 cm), una zona centrale (66 cm x 66 cm) e una zona esterna.
- Fase di collaudo
- Posiziona un topo al centro dell'arena in campo aperto e avvia il timer. Consenti al topo di esplorare l'arena per 5 minuti liberamente. Dopo 5 minuti, rimetti con cura e delicatezza il ratto nella sua gabbia di casa.
- Raccolta dei dati
- Misurare la distanza totale percorsa dal ratto durante il periodo di esplorazione di 5 minuti. Determina il tempo che il ratto trascorre nelle zone centrali interne, centrali ed esterne.
- Analisi dei dati
- Utilizzare la distanza totale percorsa come misura del comportamento esplorativo complessivo e dell'abilità locomotoria. Calcola il tempo trascorso nella zona interna centrale come indicatore di risposte ansiose.
- Configurazione sperimentale
- Capacità di apprendimento e memoria (test del labirinto d'acqua di Morris)
- Assicurarsi che l'apparato del labirinto d'acqua sia in condizioni adeguate. Tingi l'acqua di nero e posiziona le stecche nelle quattro direzioni cardinali. Posizionare la piattaforma 2.5 cm sotto la superficie dell'acqua.
- Impostare un sistema di monitoraggio per registrare e osservare il comportamento dei ratti.
- Giornata di trail
- Posiziona rapidamente il topo nel labirinto d'acqua. Se il topo non riesce a raggiungere la piattaforma entro 2 minuti, guidalo delicatamente usando il bastone di legno.
- Lascia che il topo familiarizzi con l'ambiente del labirinto mentre si trova sulla piattaforma per 20 secondi, quindi rimuovilo. Una volta che il topo è sulla piattaforma, lascialo riposare per 20 secondi, quindi rimuovilo.
- Ripetizione quotidiana
- Ripeti la procedura del giorno di addestramento, posizionando il ratto nell'acqua da diversi quadranti. Ripetere il passaggio 6.3.3. Continuare l'allenamento per 5 giorni consecutivi.
- Giorno del test della sonda: Il 6° giorno, rimuovere la piattaforma e posizionare il ratto nello stesso quadrante per 2 minuti.
- Osservazione e registrazione: utilizzare il sistema di monitoraggio per monitorare il comportamento del ratto nei giorni di prova e di test della sonda.
- Pulizia: Dopo aver rimosso il ratto dal labirinto d'acqua, usa un asciugamano per asciugarlo accuratamente.
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Representative Results
L'apparecchio utilizzato in questo lavoro era una versione modificata del modello Kane e del modello pediatrico11,12 di Richelle Mychasiuk. In questo studio, i ratti SD sono stati assegnati a gruppi sham e mTBI. Per dimostrare la riproducibilità di questo modello, abbiamo condotto tre repliche indipendenti di questo modello insieme alla valutazione neurocomportamentale acuta, con ogni esperimento che ha coinvolto 8-12 ratti. In questo studio, abbiamo utilizzato più di 30 ratti con mTBI, con 2 ratti che hanno sperimentato la mortalità a causa dell'anestesia. Tuttavia, nessun ratto ha ceduto a lesioni cerebrali durante l'esperimento. I risultati di questi esperimenti sono presentati nella Figura 2. Inoltre, le valutazioni neurocomportamentali sono state effettuate durante le fasi acute e subacute (Figura 3, Figura 4 e Figura 5).
Risultati della valutazione neurocomportamentale acuta
Tutte queste valutazioni sono state eseguite dopo anestesia/impatto 0 min (tempo di perdita di coscienza e tempo di primo comportamento di ricerca) o 10 min (uscita dal cerchio e bilanciamento del raggio), rispettivamente.
Come mostrato nella Figura 2A, i ratti con mTBI hanno trascorso molto più tempo a riprendersi dallo stato di incoscienza, il che è in linea con i risultati ottenuti in studi precedenti12,13. Il comportamento di ricerca nei ratti, considerato un'attività fisiologica normale, ha mostrato un aumento statisticamente significativo del periodo di recupero all'interno del gruppo mTBI (Figura 2B). Questa scoperta suggerisce che i ratti mTBI hanno richiesto una durata più lunga per riacquistare le loro capacità di locomozione, olfatto, sondaggio tattile e scansione ambientale.
Il test circolatorio esistente ha sostituito i test sensoriali originali nel punteggio di gravità neurologica, che in precedenza si basava sulle osservazioni soggettive degli esaminatori come i test di posizionamento e propriocettivi. I ratti con mTBI hanno trascorso un tempo significativamente più lungo uscendo dal cerchio rispetto ai ratti fittizi (Figura 2C). L'analisi statistica utilizzando un'ANOVA bidirezionale per il tempo di uscita dal cerchio ha mostrato un effetto principale significativo della lesione (F [1, 36] = 21,29, p < 0,0001), indicando una differenza tra i gruppi mTBI e sham. Tuttavia, diversi studi non hanno avuto alcun effetto significativo (F [2, 36] = 0,1396, p = 0,87).
I risultati del test di bilanciamento del fascio sono stati analizzati utilizzando un'ANOVA a due vie, seguita da confronti multipli di Bonferroni per le differenze tra le medie di gruppo (Figura 2D). C'è stato un effetto complessivo significativo della lesione in tutte le attività a fascio largo (3 cm: F = 13,89, p < 0,001; 2 cm: F = 42,7, p < 0,001; 1,5 cm: F = 27,25, p < 0,001), indicando che i ratti mTBI hanno mostrato una compromissione dell'equilibrio rispetto ai ratti fittizi dopo 10 minuti dall'impatto. Secondo tre ripetuti esperimenti indipendenti, il fascio di bilanciamento largo 2 cm e 1,5 cm ha mostrato una migliore discriminazione tra i gruppi sham e mTBI rispetto al fascio largo 3 cm.
Risultati della valutazione neurocomportamentale
La capacità di coordinazione motoria è stata valutata utilizzando il compito del fascio a 1 giorno prima dell'anestesia/lesione e 1 giorno, 3 giorni e 7 giorni dopo l'anestesia/lesione (Figura 3). Il numero totale di scivolamenti degli arti posteriori (Figura 3A) è stato analizzato mediante ANOVA bidirezionale misurata ripetuta e i confronti multipli di Bonferroni hanno rilevato che i ratti con mTBI mostravano un numero significativamente maggiore di scivolamenti degli arti posteriori al giorno 1 dopo l'infortunio rispetto ai ratti fittizi (Figura 3A; p < 0,01). Tuttavia, dopo un recupero di 2 giorni, non sono state osservate alterazioni negli errori posteriori, con un numero totale di errori che si è risolto a livelli fittizi dopo 7 giorni. In particolare, tutti e 6 i ratti con mTBI hanno avuto più scivolamenti degli arti posteriori post-impatto rispetto alle loro prestazioni di base. Il leggero aumento degli slittamenti degli arti posteriori nei ratti finti potrebbe essere associato alla mancanza di pratica del raggio di equilibrio. A 1 giorno e 3 giorni dopo l'infortunio, i ratti con mTBI hanno trascorso più tempo a percorrere il fascio di 150 cm (39,8 s ± 3,79 s contro 28,68 s ± 0,82 s, 37,06 s ± 4,06 s contro 29,28 s ± 3,42 s), anche se non ci sono state differenze tra ratti mTBI e ratti sham nel tempo impiegato per attraversare il fascio in tutti i punti temporali (Figura 3B).
Non ci sono state differenze significative nella distanza percorsa tra i gruppi sham e mTBI (Figura 4A). Il comportamento ansioso è stato valutato misurando il tempo trascorso nella zona centrale durante il test in campo aperto. Sia a 3 giorni che a 7 giorni dopo l'infortunio, i ratti con mTBI hanno mostrato una significativa riduzione del tempo trascorso nella zona centrale rispetto ai ratti fittizi. Questo risultato indica che i ratti mTBI hanno mostrato livelli più elevati di comportamento ansioso dopo l'impatto entro 7 giorni (Figura 4B,C).
I risultati dei giorni di apprendimento del labirinto d'acqua di Morris hanno rivelato che i ratti mTBI hanno richiesto più tempo per localizzare la piattaforma nascosta rispetto ai ratti fittizi, indicando un apprendimento spaziale e una memoria compromessi nel gruppo mTBI (Figura 5). Successivamente, durante la prova della sonda, i ratti mTBI hanno mostrato deficit nel trattenere la memoria spaziale, come evidenziato dal fatto che hanno trascorso meno tempo a cercare la piattaforma rimossa. In particolare, non è stata osservata alcuna differenza significativa nella velocità di nuoto tra i gruppi sham e mTBI, supportando i risultati coerenti osservati nell'analisi della distanza percorsa condotta nel test in campo aperto. Questi risultati suggeriscono che l'impatto non ha avuto un effetto percepibile sulla funzione locomotoria spontanea.
Figura 1: Apparato d'urto per mTBI nei ratti. (A) La vista dall'alto e la vista laterale del cuscino e dell'elmetto nella posizione relativa della testa del ratto. La linea rossa tratteggiata mostra la posizione del casco. (B) Un'immagine dell'intero gruppo che mostra un tubo guida verticale per il peso caduto posizionato sopra lo stadio di ratto e la spugna di raccolta. (C) Un fermo immagine catturato da un video di impatto che mostra la rotazione di 180° del ratto in seguito all'impatto con la testa e la successiva accelerazione/rotazione. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Risultati della valutazione neurocomportamentale acuta a seguito di ratti sham, mTBI, ripetuti tre volte in modo indipendente. (A) Significativamente aumentato il tempo di perdita di coscienza dopo l'interruzione dell'anestesia nei ratti che hanno ricevuto un mTBI rispetto ai ratti fittizi. C'è stato un effetto di gruppo significativo (P < 0,0001, ANOVA bidirezionale) ma nessun effetto significativo di tempo (P = 0,6226) o un'interazione di gruppo x tempo (P = 0,5803). (B) I ratti con mTBI hanno mostrato il loro primo comportamento di ricerca dopo l'anestesia. (C) I ratti fittizi hanno impiegato meno tempo a sfuggire al cerchio di 60 cm (*p < 0,01, **p < 0,001, t-test spaiato). (D) Le prestazioni nel punteggio di bilanciamento del fascio di 3 cm, 2 cm e 1,5 cm di larghezza. I risultati dei confronti multipli di Bonferroni per ciascun gruppo sono riportati nelle figure. Dati presentati come media ± errore standard della media. N = 8-12 ratti sono stati utilizzati per esperimento. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Le prestazioni dell'attività della trave prima dell'impatto e dopo l'impatto il giorno 1, il giorno 3 e il giorno 7. (A) I ratti mTBI hanno effettuato più scivolamenti degli arti posteriori al giorno 1 post-infortunio (*p < 0,001, ANOVA a 2 vie misurata ripetutamente). (B) Il tempo medio di attraversamento dei ratti fittizi è inferiore a quello dei ratti con mTBI. Dati presentati come media ± errore standard della media (N = 6/gruppo). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Le prestazioni del test in campo aperto nel giorno 1 e nel giorno 1, nel giorno 3, nel giorno 7 e nel giorno 14 prima dell'infortunio. (A) Non c'era differenza tra ratti fittizi e mTBI nella distanza percorsa. (B) i ratti con mTBI hanno trascorso meno tempo al centro rispetto ai ratti fittizi al giorno 3 e al giorno 7 (*p < 0,01, **p < 0,001, ANOVA a 2 vie misurata ripetutamente), senza differenze apparenti al giorno 1 pre-infortunio e al giorno 1 e al giorno 14 post-infortunio. (C) Traccia la mappa dei ratti con mTBI nel giorno 1, nel giorno 3, nel giorno 7 e nel giorno 14 dopo mTBI. Dati presentati come media ± errore standard della media (N = 6-10/gruppo). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Le prestazioni nel labirinto d'acqua di Morris. (A) Non c'era alcuna differenza di velocità nel test di abilità di nuoto tra i ratti sham e mTBI. (B) Latenza alla piattaforma nascosta dell'attività di memoria di riferimento il giorno della prova. (C) I ratti hanno attraversato la piattaforma più volte nella prova di prova della sonda di 2 minuti dopo 5 giorni di prova. Sham (5,14 ± 0,65) vs. mTBI (3,56 ± 0,6), (*p < 0,01, t-test spaiato). Dati presentati come media ± errore standard della media (N = 9/gruppo). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
Questo modello simula con successo un mTBI a testa chiusa senza la necessità di un'incisione del cuoio capelluto o dell'apertura del cranio, fornendo una rappresentazione più accurata dello scenario di impatto osservato nei casi umani. Evitare l'incisione del cuoio capelluto aiuta a prevenire risposte infiammatorie che potrebbero non essere in linea con la situazione reale. Rispetto al modello pediatrico12 di Richelle Mychasiuk, il modello utilizzato in questo studio è specificamente adattato per ratti adulti di peso compreso tra 280 e 320 g, consentendoci di ottenere preziose informazioni sugli effetti dell'mTBI su individui adulti. Inoltre, l'incorporazione di componenti chiave come un cuscino e un casco facilita l'erogazione di una forza d'impatto più uniforme e aiuta l'operatore a identificare con precisione l'area target per l'impatto.
È importante sottolineare che la procedura di impatto nei ratti è stata condotta senza mantenimento dell'anestesia, quindi la profondità dell'anestesia è stata confermata prima di iniziare l'impatto. Ci siamo assicurati che i ratti non avessero alcuna risposta scuotendo delicatamente la scatola di induzione dell'anestesia ed estendendo il tempo di anestesia di altri 30 secondi per garantire un livello adeguato di anestesia. Si consiglia di completare l'intero processo di impatto entro 1 minuto.
L'apparato di impatto descritto in questo studio è relativamente facile da costruire e può essere replicato in quasi tutti i laboratori utilizzando le specifiche fornite. Ciò promuove una maggiore standardizzazione e comparabilità dei dati sperimentali in diversi contesti di ricerca. Inoltre, i dati di convalida ottenuti da questo studio rappresentano una risorsa preziosa per i ricercatori nell'affrontare specifiche questioni scientifiche. Analizzando i risultati neurocomportamentali osservati in questo studio, i ricercatori possono prendere decisioni informate e adattare l'approccio sperimentale per allinearsi con i loro specifici obiettivi di ricerca. Ciò migliora la qualità complessiva e la rilevanza degli studi futuri sull'mTBI e facilita i progressi nella nostra comprensione dei suoi meccanismi sottostanti e dei risultati associati.
Questo studio ha coinvolto esclusivamente ratti maschi per o per l'implementazione del modello mTBI a testa chiusa. Date le ricerche precedenti che indicano variazioni sesso-specifiche nel comportamento ansioso e sintomi cognitivi e somatici persistenti correlati a mTBI14,15, studi futuri dovrebbero essere eseguiti su roditori femmine.
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Disclosures
Gli autori non hanno alcun interesse finanziario da divulgare.
Acknowledgments
Vogliamo ringraziare tutti i borsisti del Dipartimento di Animali da Laboratorio della Central South University. Questo studio è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (n. 81971791); Laboratorio Chiave di Medicina Legale di Shanghai, Laboratorio Chiave di Scienze Forensi, Ministero della Giustizia, Cina (Accademia di Scienze Forensi) (No. KF202104).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acrylic box | In-house | N/A | 15 cm x 22 cm x 43 cm |
| Anesthesia Machine | RWD Life Science Co. | R540 Mice & Rat Animal Anesthesia Machine | |
| Helmet | In-house | N/A | Stainless-steel disk measuring 10 mm in diameter and 3 mm in thickness |
| Morris water maze | RWD Life Science Co. | Diameter 150 cm, height 50 cm,platform diameter 35 cm | |
| Open field | RWD Life Science Co. | 63007 | Width100 cm, height 40 cm |
| Panlab SMART V3.0 | RWD Life Science Co. | SMART v3.0 | |
| Perforated weight | In-house | N/A | Weight of 550 g and diameter of 18 mm |
| Pillow | In-house | N/A | Wedge-shaped sponge to place beneath the rat's head |
References
- Silverberg, N. D., Duhaime, A. C., Iaccarino, M. A.
- Kim, K., Priefer, R.
- Peeters, W., et al.
- Kabadi, S. V., Hilton, G. D., Stoica, B. A., Zapple, D. N., Faden, A. I. Fluid-percussion-induced traumatic brain injury model in rats. Nature Protocols. 5 (9), 1552-1563 (2010).
- Smith, D. H., et al. A model of parasagittal controlled cortical impact in the mouse: cognitive and histopathologic effects. Journal of Neurotrauma. 12 (2), 169-178 (1995).
- Feeney, D. M., Boyeson, M. G., Linn, R. T., Murray, H. M., Dail, W. G. Responses to cortical injury: I. Methodology and local effects of contusions in the rat. Brain Research. 211 (1), 67-77 (1981).
- Cernak, I., et al. The pathobiology of blast injuries and blast-induced neurotrauma as identified using a new experimental model of injury in mice. Neurobiology of Disease. 41 (2), 538-551 (2011).
- Shultz, S. R., et al. The potential for animal models to provide insight into mild traumatic brain injury: Translational challenges and strategies. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 76 (Pt B), 396-414 (2017).
- Chen, J., et al. Therapeutic benefit of intravenous administration of bone marrow stromal cells after cerebral ischemia in rats. Stroke. 32 (4), 1005-1011 (2001).
- Flierl, M. A., et al. Mouse closed head injury model induced by a weight-drop device. Nature Protocols. 4 (9), 1328-1337 (2009).
- Kane, M. J., et al. A mouse model of human repetitive mild traumatic brain injury. J Neuroscience Methods. 203 (1), 41-49 (2012).
- Mychasiuk, R., Farran, A., Esser, M. J. Assessment of an experimental rodent model of pediatric mild traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 31 (8), 749-757 (2014).
- Pham, L., et al. Mild closed-head injury in conscious rats causes transient neurobehavioral and glial disturbances: A novel experimental model of concussion. Journal of Neurotrauma. 36 (14), 2260-2271 (2019).
- Jacotte-Simancas, A., Molina, P., Gilpin, N. W. Repeated mild traumatic brain injury and JZL184 produce sex-specific increases in anxiety-like behavior and alcohol consumption in Wistar rats. Journal of Neurotrauma. , (2023).
- Levin, H. S., et al. Association of sex and age with mild traumatic brain injury-related symptoms: A TRACK-TBI study. JAMA Network Open. 4 (4), e213046 (2021).
