पार्श्व द्रव टक्कर: चूहों में अभिघातजन्य मस्तिष्क चोट के मॉडल
Summary
पार्श्व द्रव (LFP) तालवाद्य, चूहों में अभिघातजन्य मस्तिष्क चोट की एक मॉडल की स्थापना, प्रदर्शन किया है. LFP पशु मॉडल के लिए तीन प्रमुख मापदंड को पूरा: वैधता, विश्वसनीयता, और नैदानिक प्रासंगिकता. प्रक्रिया, शल्य चिकित्सा craniotomy से मिलकर हब के निर्धारण चोट के शामिल द्वारा पीछा किया, फोकल और फैलाना चोटों में जिसके परिणामस्वरूप में वर्णित है.
Abstract
Traumatic brain injury (TBI) research has attained renewed momentum due to the increasing awareness of head injuries, which result in morbidity and mortality. Based on the nature of primary injury following TBI, complex and heterogeneous secondary consequences result, which are followed by regenerative processes 1,2. Primary injury can be induced by a direct contusion to the brain from skull fracture or from shearing and stretching of tissue causing displacement of brain due to movement 3,4. The resulting hematomas and lacerations cause a vascular response 3,5, and the morphological and functional damage of the white matter leads to diffuse axonal injury 6-8. Additional secondary changes commonly seen in the brain are edema and increased intracranial pressure 9. Following TBI there are microscopic alterations in biochemical and physiological pathways involving the release of excitotoxic neurotransmitters, immune mediators and oxygen radicals 10-12, which ultimately result in long-term neurological disabilities 13,14. Thus choosing appropriate animal models of TBI that present similar cellular and molecular events in human and rodent TBI is critical for studying the mechanisms underlying injury and repair.
Various experimental models of TBI have been developed to reproduce aspects of TBI observed in humans, among them three specific models are widely adapted for rodents: fluid percussion, cortical impact and weight drop/impact acceleration 1. The fluid percussion device produces an injury through a craniectomy by applying a brief fluid pressure pulse on to the intact dura. The pulse is created by a pendulum striking the piston of a reservoir of fluid. The percussion produces brief displacement and deformation of neural tissue 1,15. Conversely, cortical impact injury delivers mechanical energy to the intact dura via a rigid impactor under pneumatic pressure 16,17. The weight drop/impact model is characterized by the fall of a rod with a specific mass on the closed skull 18. Among the TBI models, LFP is the most established and commonly used model to evaluate mixed focal and diffuse brain injury 19. It is reproducible and is standardized to allow for the manipulation of injury parameters. LFP recapitulates injuries observed in humans, thus rendering it clinically relevant, and allows for exploration of novel therapeutics for clinical translation 20.
We describe the detailed protocol to perform LFP procedure in mice. The injury inflicted is mild to moderate, with brain regions such as cortex, hippocampus and corpus callosum being most vulnerable. Hippocampal and motor learning tasks are explored following LFP.
Protocol
Discussion
LFP विधि यहाँ प्रस्तुत neuropathalogical और व्यवहार परिणामों के कई मॉडल के लिए अभिघातजन्य मस्तिष्क चोट है जिसका कारण है कि यह एक व्यापक रूप से प्रयोग किया जाता TBI के पशु मॉडल बन गया है उदारवादी हल्के वहाँ कई महत्वपूर्ण कदम करने के क्रम में इस तकनीक की वैधता और विश्वसनीयता में वृद्धि पर विचार कर रहे हैं. उदाहरण के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि केवल जानवरों जिसमें craniectomy दौरान dura की अखंडता से समझौता नहीं किया है LFP के अधीन हो सकता है और अध्ययन में प्रयोग किया जाता है. इसके अलावा, अगर craniectomy किसी भी गोंद या सीमेंट द्वारा occluded है craniectomy नीचे ऐसे dura के उस भाग तरल दबाव के बल को उजागर नहीं है, पशु अध्ययन से समाप्त किया जाना चाहिए. अंत में, अगर ठीक पलटा समय या मृत्यु दर वांछित सीमा के भीतर नहीं है, पशु अध्ययन में शामिल नहीं करना चाहिए. दबाव नाड़ी की तीव्रता और अधिक गंभीर चोटों उत्पन्न करने के लिए बढ़ाया जा सकता है.
जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, LFP डिवाइस के विन्यास अपेक्षाकृत सरल है और चोट की डिग्री के reproducibility आस्टसीलस्कप पर दबाव की निगरानी वायुमंडल द्वारा बनाए रखा है. आस्टसीलस्कप का पता लगाने पर वक्र चिकनी आकार इंगित करता है कि तरल पदार्थ है कि LFP चोट की प्रेरण के साथ हस्तक्षेप कर सकता है में कोई हवाई बुलबुले हैं. चोट उत्प्रेरण के लिए एक परीक्षण पल्स पहले वितरित करना चाहिए और अगर आस्टसीलस्कप ट्रेस एक चिकनी वक्र प्रदर्शन नहीं करता है, हवा बुलबुले हटाया जाना चाहिए. नाड़ी की अवधि लगभग 20 मिसे जो प्रेरण क्रैश टेस्ट सिमुलेशन में मापा समय का प्रतिनिधित्व करता है. कम दालों के चोट लगने की घटनाएं अधिक फोकल चोटों के उत्पादन की संभावना है. इसलिए, नाड़ी मॉडल की इस अवधि के TBI के मानव.
LFP निम्नलिखित morphological और सेलुलर परिवर्तन के रूप में अच्छी तरह के रूप में astrocytes और मैक्रोफेज के रूप में चित्रा 2 में प्रदर्शन की संख्या में वृद्धि के ऊतकों को शारीरिक क्षति शामिल हैं. यह अच्छी तरह से स्थापित है कि चोट की बानगी के संकेत astrocytes के hyperplasia और एक glial निशान के गठन है. glial निशान दोनों लाभकारी और हानिकारक 24 प्रभाव है दिखाया गया है. इसी तरह, मैक्रोफेज चरण चोट के बाद के दौरान विभिन्न ऊतकों में जमा है जब चिकित्सा की प्रक्रिया 25 शुरू होता है के लिए जाना जाता है. इस प्रकार LFP नकली नियंत्रण के लिए रिश्तेदार नमूने में GFAP और MAC1 सकारात्मक कोशिकाओं की संख्या में वृद्धि चोट की प्रेरण का संकेत है. नकली नियंत्रण में उन सेल विशिष्ट मार्करों की अभिव्यक्ति की कमी को इंगित करता है कि शल्य चिकित्सा अकेले जोड़तोड़ मस्तिष्क के ऊतकों के स्वास्थ्य पर नकारात्मक परिणाम और प्रोटीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन चोट प्रतिमान के लिए विशिष्ट हैं नहीं है.
हल्के चित्रा 3 में सचित्र LFP के व्यवहार परिणामों संज्ञानात्मक और मोटर घाटे में शामिल हैं. MWM नतीजों से संकेत मिलता है कि LFP चूहों अंततः कार्य लेकिन नकली चूहों की तुलना में धीमी दर में और जानने के लिए वे प्रशिक्षण के बाद एक दिन के रूप में अच्छी तरह से काम याद नहीं. इस प्रकार, भी हल्का घायल चूहों बाहरी cues का उपयोग प्रक्रिया, मजबूत, और स्थानिक जानकारी है, जो बाद में परीक्षण के दौरान पुनः प्राप्त किया जाना चाहिए की दुकान पर नकली चूहों की तुलना में कम कुशल हैं. वातानुकूलित डर प्रतिक्रिया के रूप में अन्य hippocampal निर्भर संज्ञानात्मक कार्य के लिए 26 LFP के अधीन चूहों में प्रभावित हो दिखाया गया है . अंत में, कम विलंबता LFP नकली चूहों के सापेक्ष चूहों द्वारा rotarod प्रतिमान में गिर करने के लिए हल्के चोट के बाद 3 सप्ताह के लिए एकीकृत vestibulomotor और ज्ञानेन्द्रिय समारोह में घाटे का एक संकेतक है. एक और अधिक उदार चोट संज्ञानात्मक और मोटर समारोह में अधिक हड़ताली परिवर्तन प्रकट रूप में 27-30 अन्य समूहों द्वारा दिखाया गया है .
संक्षेप में, LFP मानव TBI के लिए एक वैध मॉडल है क्योंकि यह अपेक्षित मानदंडों के कई पूरा है. LFP निर्माण वैधता प्रदान करता है कि यह etiological प्रक्रियाओं है कि मानव में TBI प्रेरित recreates. विशेष रूप से, बल और मृत्यु दर के परिमाण जो हल्के और मध्यम और खेल चेतावनी है कि पूर्व चोट शल्य हस्तक्षेपों पशु मॉडल के लिए अद्वितीय हैं के साथ कार से संबंधित चोटों में होता है के लिए इसी तरह की है. LFP भी कि LFP शारीरिक, जैव रासायनिक, neuropathological और व्यवहार में मनाया मानव TBI के प्रभाव के कई recapitulates में चेहरा वैधता दर्शाती है. वहाँ दोनों फोकल और फैलाना LFP के बाद पता चला परिवर्तन और प्रभाव के lateralization हैं एक कि contralateral तरफ चोट के ipsilateral पक्ष पर morphological क्षति की तुलना करने की अनुमति देता है. एक चेतावनी है कि संज्ञानात्मक और मोटर प्रभाव केवल एक गोलार्द्ध घायल का एक परिणाम के के रूप में और अधिक सूक्ष्म हो सकता है. अंत में, LFP भविष्य कहनेवाला वैधता दर्शाती है और LFP तकनीक की विश्वसनीयता 20 चोट के अधिष्ठापन के पहले या बाद में विभिन्न औषधीय और आनुवंशिक जोड़तोड़ के मूल्यांकन के लिए सक्षम बनाता है. रक्तचाप, रक्त पीएच और रक्त जैसे शारीरिक चरgasses के लिए और परीक्षण करने के लिए एक चिकित्सीय एजेंट की कार्रवाई के तंत्र का निर्धारण दवा की उपस्थिति या अनुपस्थिति में मापा जा आवश्यकता होगी. हालांकि, TBI के प्राथमिक और माध्यमिक परिणामों के जटिल प्रकृति के कारण, यह एक एकल हस्तक्षेप है कि लक्षणों के सभी कम कर सकते हैं की पहचान करने के लिए एक मुश्किल कार्य है.
LFP तकनीक के लिए एक भविष्य पर विचार सूक्ष्म द्रव परकशन का उपयोग हो सकता है जो 15 द्रव में एक माइक्रोप्रोसेसर नियंत्रित, pneumatically संचालित साधन पेंडुलम द्वारा दिया बल calibrating के लिए समाप्त करने की जरूरत है और हवा बुलबुले के रूप में परिचालन चर से बचने के लिए रोजगार . हालांकि, मानक LFP दृष्टिकोण कई शोधकर्ताओं द्वारा सिद्ध किया गया है आणविक क्षति और वसूली TBI जो बेहतर उपायों और चिकित्सा के लिए नेतृत्व करेंगे अंतर्निहित तंत्र का पता लगाने के लिए एक विश्वसनीय और सरल तकनीक.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
दिमागी चोट अनुसंधान पर इस काम के न्यू जर्सी आयोग द्वारा वित्त पोषित है.
Materials
- Stereotaxic alignment instrument for mice (Kopf Instruments)
- Mouse gas anesthesia head holder (Kopf Instruments)
- Anesthesia machine with O2 flush (Parkland Scientific)
- Anesthesia machine with O2 flush (Parkland Scientific)
- Buprenorphrine (Webster Animal Supply)
- Refresh Lacri Lube eye ointment (Fisher)
- Bupivacaine/Marcaine (Webster Animal Supply)
- Povidone-iodine solution (Fisher)
- 20 g 1 ½” needles (Becton Dickinson)
- Scalpel blade (#15) and holder (Becton Dickinson)
- Bulldog clamps (Fine Science Tools)
- Dental tool or bone scraper (Fine Science Tools)
- Side grasping forceps Dumont #6 (Fine Science Tools)
- 3mm outer diameter trephine (Research Instrumentation Shop, University of Pennsylvania)
- Solid nylon cord (1.7 mm diameter, e.g. weed trimmer line)
- Super glue gel
- Loctite cyanoacrylate glue (Loctite 444 Tak Pak) (Henkel Corporation)
- Jet Acrylic Liquid (Butler Schein)
- Perm Reline/Repair Resin (Butler Schein)
- Storage Oscilloscope TDS 1001B, 40 mHz, 500MS/s (Tektronix)
- Trauma Inducer Pressure Transducer Amplifier (Custom Design and Fabrication, Virginia Commonwealth University)
- LFP device (Custom Design and Fabrication, Virginia Commonwealth University)
- High-pressure tubing, length 41cm, volume 2ml (Baxter)
- 3M Vetbond Tissue Adhesive (Fisher)
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