השפעת דגם קליפת המוח מבוקר לפגיעה מוחית טראומטית
Summary
Traumatic brain injuries (TBIs) remain a serious health problem. Using the controlled cortical impact surgery model, research on the effects of TBI and possible treatment methods may be performed.
Abstract
Every year over a million Americans suffer a traumatic brain injury (TBI). Combined with the incidence of TBIs worldwide, the physical, emotional, social, and economical effects are staggering. Therefore, further research into the effects of TBI and effective treatments is necessary. The controlled cortical impact (CCI) model induces traumatic brain injuries ranging from mild to severe. This method uses a rigid impactor to deliver mechanical energy to an intact dura exposed following a craniectomy. Impact is made under precise parameters at a set velocity to achieve a pre-determined deformation depth. Although other TBI models, such as weight drop and fluid percussion, exist, CCI is more accurate, easier to control, and most importantly, produces traumatic brain injuries similar to those seen in humans. However, no TBI model is currently able to reproduce pathological changes identical to those seen in human patients. The CCI model allows investigation into the short-term and long-term effects of TBI, such as neuronal death, memory deficits, and cerebral edema, as well as potential therapeutic treatments for TBI.
Introduction
פגיעה מוחית טראומטית (TBI) מוגדרת כשינוי בתפקוד המוח, או ראיות אחרות של פתולוגיה במוח, שנגרמו על ידי כוח חיצוני 1. TBIs להישאר בעיה בריאותית חמורה ברחבי העולם, במיוחד בארצות הברית. על פי המרכז לבקרת מחלות ומניעתן, לפחות 1.7 מיליון TBIs מתרחש מדי שנה בארצות הברית וכתוצאה מכך 30.5% מכל מקרי המוות הקשורים לפציעה. ב2000, העלויות רפואיות הישירות ועלויות עקיפות של TBIs הסתכמו משוער 76500000000 $ בארצות הברית לבדה. למרות התקדמות טכנולוגית וטיפולית בעשרות שנים שקדמו שיפרה את האיכות ואורך חיים של אלה הסובלים מTBIs, אין תרופות יעילות או טיפולים מונעים קיימות כיום. בשל המורכבות וההשפעות רחבות היקף של TBIs, כולל נגעי רקמות, מוות של תאים, וניוון האקסון, אין שתי פציעות הן זהות; וכך, אין מודל TBI הנוכחי לבעלי חיים במדויק מתרבהכל ההיבטים של TBI ראו כמו אצל בני אדם. עם זאת, מודלים של בעלי החיים שמספקים את היכולת לייצר פציעות כמעט זהות דרושה כדי לחקור את ההשפעות שונות של TBI בתקווה להבין עוד יותר את הביטויים הקליניים של TBIs.
המודל המבוקר השפעת קליפת המוח (CCI) משתמש במערכת השפעה, כדי לספק השפעה פיזית לדורה חשופה של בעלי חיים. זה גורם TBIs החל מתון עד חמור דומה לאלה שחוו על ידי בני אדם. פגיעה זו התאפיינה ראשונה בחמוס 2 ומאוחר יותר הותאמה לשימוש בעכבר 3,4, העכבר 5-7, וכבשים 8. מאז האפיון הראשון, האתר של פציעה כבר הניח את שני מעל 2,9 קו האמצע ורוחב הקליפה 10. CCI מספק שיטה קלה ומדויקת של חקירת תופעות וטיפולים פוטנציאליים לTBIs.
בנוסף למודל CCI, כלי הקשה נוזלים וירידה במשקל דגמים הם שיתוףmmonly משמש לייצור TBIs. עם זאת, מודלים אלו מגבלות הווה, כוללים פחות שליטה על פרמטרים פציעה, הפקת שינויי histopathalogical לא ראו בTBIs האנושי, ושכיחות גבוהה יותר של מוות בתאונה בעכברים 3,5,10. מודל גל ההדף משמש גם כדי לייצר TBIs. למרות שמודל גל ההדף לא לשחזר את שינויי histopathalogical ראו בעקבות השפעה מכאנית, מודל זה אינו מדויק לייצר TBIs חווה במיוחד על ידי אנשי צבא 11. מודל השפעת קליפת המוח המבוקר הוא קל לשלוט בשל השליטה המדויקת על פרמטרים עיוות כגון זמן, מהירות, ואת עומק של השפעה 5. דיוק כזה עושה משכפלים את הפציעות כמעט זהות על פני קבוצה שלמה של בעלי חיים אפשריים יותר. והכי חשוב, CCI מתרבה TBIs עם תכונות ראו בTBIs אדם 12. עם זאת, אין מודל חיה יחיד שהוא לגמרי מוצלח בלשחזר את הספקטרום של צ'אן פתולוגי המלאGES נצפה לאחר TBI. מחקר נוסף הוא הכרחי כדי לחשוף באופן מלא את השינויים אקוטיים וכרוניים המתרחשים לאחר TBI.
שני סוגים של פציעות להתרחש בעקבות TBI: פציעות ראשוניות ומשנית. הפגיעה העיקרית מתרחשת ברגע של השפעה ואינה רגיש לטיפולים רפואיים; עם זאת, הפציעות משניות שנמשכות לאחר הפגיעה הראשונית כפופות לטיפולים 13. מודל השפעת קליפת המוח המבוקר מייצר את הפגיעה העיקרית, ובכך מאפשר לחוקרים כדי לחקור את ההשפעות של TBI וטיפולי פוטנציאל להשפעות פוטנציאליים ארוך טווח של פציעות משני. תחומי מחקר פוטנציאלי באמצעות מודל CCI כוללים מוות עצבי, בצקת מוחית, נוירוגנזה, אפקטים וכלי דם, שינויי histopathalogical, וגירעונות זיכרון ועוד 3,13-16.
Protocol
Representative Results
Discussion
השלבים הקריטיים ביותר ליצירת ההצלחה TBIs העקבי באמצעות מערכת השפעת המגנט אלקטרונית כדי לגרום CCI הם: 1) יציבות קיבוע ראש העכבר במסגרת stereotactic; 2) שהניבו באותו הגודל של חלון עצם בין עכברים והסרת העצם מבלי לפגוע הדורה מתחתיו במהלך craniectomy; 3) בצורה נכונה מיקום קצה ההשפעה במרכז ?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מימון מכבל אינדיאנה השדרה ומענקי מחקר פגיעה מוחי (SCBI 200-12), ראלף וו וגרייס מ 'וולטר פרס מחקר, אוניברסיטת אינדיאנה גרנט המחקר הביולוגי, RR025761 מענקי NIH ו1R21NS072631-01A.
Materials
| Povidone-iodine 7.5% | Purdue product L.P. | Surgical scrub | |
| Cotton tipped applicators | Henry Schein | 100-6015 | Remove blood and debris |
| scissor | Fine Science Tools | 14084-08 | Surgery |
| forcept | Fine Science Tools | 11293-00 | Surgery |
| hemostat | Fine Science Tools | 13021-12 | Surgery |
| Rechargeable Cordless Micro Drill | Stoelting | 58610 | Combine with Burrs for generating the bone window |
| Burrs for Micro Drill | Fine Science Tools | 19007-05 | |
| Suture monofilament | Ethicon | G697 | Suture |
| tert-Amyl alcohol | Sigma | 152463-250ML | Making 2.5% Avertin |
| 2,2,2-Tribromoethanol | Sigma | T48402-25G | Making 2.5% Avertin |
Referenzen
- Menon, D. K., Schwab, K., et al. Position statement: definition of traumatic brain injury. Arch Phys Med Rehabil. 91 (11), 1637-1640 (2010).
- Lighthall, J. W., Dixon, C. E., et al. Experimental models of brain injury. J Neurotrauma. 6 (2), 83-97 (1989).
- Dixon, C. E., Clfton, G. L., et al. A controlled cortical impact model of traumatic brain injury in the rat. J Neurosci Methods. 39 (3), 253-262 (1991).
- Scheff, S. W., Baldwin, S. A., et al. Morris water maze deficits in rats following traumatic brain injury: lateral controlled cortical impact. J Neurotrauma. 14 (9), 615-627 (1997).
- Smith, D. H., Soares, H. D., et al. A model of parasagittal controlled cortical impact in the mouse: cognitive and histopathologic effects. J Neurotrauma. 12 (2), 169-178 (1995).
- Hannay, H. J., Feldman, Z., et al. Validation of a controlled cortical impact model of head injury in mice. J Neurotrauma. 16 (11), 1103-1114 (1999).
- Natale, J. E., Ahmed, F., et al. Gene expression profile changes are commonly modulated across models and species after traumatic brain injury. J Neurotrauma. 20 (10), 907-927 (2003).
- Anderson, R. W., Brown, C. J., et al. Impact mechanics and axonal injury in a sheep model. J Neurotrauma. 20 (10), 961-974 (2003).
- Lighthall, J. W. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model. J Neurotrauma. 5 (1), 1-15 (1988).
- Chen, S., Pickard, J. D., et al. Time course of cellular pathology after controlled cortical impact injury. Exp Neurol. 182 (1), 87-102 (2003).
- Long, J. B., Bentley, T. L., et al. Blast overpressure in rats: recreating a battlefield injury in the laboratory. J Neurotrauma. 26 (6), 827-840 (2009).
- Clark, R. S., Schiding, J. K., et al. Neutrophil accumulation after traumatic brain injury in rats: comparison of weight drop and controlled cortical impact models. J Neurotrauma. 11 (5), 499-506 (1994).
- Werner, C., Engelhard, K. Pathophysiology of traumatic brain injury. Br J Anaesth. 99 (1), 4-9 (2007).
- Colicos, M. A., Dixon, C. E., et al. Delayed, selective neuronal death following experimental cortical impact injury in rats: possible role in memory deficits. Brain Res. 739 (1-2), 111-119 (1996).
- Raghavendra Rao, V. L., Dogan, A., et al. Traumatic brain injury leads to increased expression of peripheral-type benzodiazepine receptors, neuronal death, and activation of astrocytes and microglia in rat thalamus. Exp Neurol. 161 (1), 102-114 (2000).
- Gao, X., Chen, J. Moderate traumatic brain injury promotes neural precursor proliferation without increasing neurogenesis in the adult hippocampus. Exp Neurol. 239, 38-48 (2013).
