外傷性脳損傷のための制御皮質衝撃モデル
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
外傷性脳損傷（TBI）は、脳機能の変化、又は外力1によって引き起こされる脳病理の他の証拠として定義される。オーバフローなし、特に米国では、世界中で深刻な健康問題のまま。疾病管理予防センターによると、少なくとも170万のTBiSは、すべての傷害に関連した死亡の30.5％になり、米国で毎年起こる。 2000年には、直接医療費とのTBiSの間接的なコストは、米国だけで推定765億ドルとなりました。前の数十年の技術と治療の進歩がオーバフローなしで苦しむ人々の生活の質と長さを改善しているものの、有効な医薬品または予防治療は現在存在しません。により複雑さと組織病変、細胞死、および軸索変性を含むのTBiSの広い及ぶ影響で、どの2つの負傷者が同一ではありません。このように、動物には、現在のTBIのモデルを正確に再現していませんTBIのすべての側面は、ヒトにおいて見られる。しかし、動物モデルは、さらにのTBiSの臨床症状を理解するのを期待して、TBIの様々な影響を調査するために必要なほとんど同一の傷害を生成する能力を提供します。
制御皮質衝撃（CCI）モデルでは、動物の露出硬膜に物理的な衝撃を配信するためにインパクト方式を使用しています。これは、軽度から人間が経験と同様の深刻なまでのTBiSを誘導する。この損傷は、第2のフェレットを特徴とし、それ以降3,4ラット、マウス5-7、およびヒツジ8で使用するために適合させた。最初に特性化するので、損傷部位は正中線2,9と横皮質10上の両方に置かれています。 CCIはオーバフローなしのための効果や治療の可能性を調査する簡単かつ正確な方法を提供します。
CCIモデルに加えて、流体打楽器および体重降下モデルは同時であるmmonlyのTBiSを生成するために使用される。しかし、これらのモデルより少ない傷害パラメータを制御、人間のTBiSでは見られないhistopathalogical変化をもたらす、マウス3,5,10中の事故死の高い発生率を含めて、本制限は、。爆風モデルものTBiSを生成するために使用される。爆風モデルは機械的衝撃後に見histopathalogical変化を再現していませんが、このモデルは、正確に、特に軍関係者11が経験したのTBiSを生み出すん。制御皮質衝撃モデルは、インパクト5時、速度、深さなどの変形パラメータを正確に制御するため、制御が容易である。このような精度はより実現可能動物のグループ全体でほぼ同一の傷害を複製することができます。最も重要なことは、CCIは、人間のTBiS 12に見られるような機能を持つのTBiSを再生する。しかし、病理学ちゃんの完全なスペクトルを再現する完全に成功している単一の動物モデルは存在しないTBIの後に観察GES。さらなる研究は、完全TBI後に生じる急性および慢性の変化を明らかにすることが必要である。
プライマリとセカンダリの負傷：負傷の2つのタイプがTBI後に発生する。主な損傷はインパクトの瞬間に発生し、治療上の処置に敏感ではありません。しかし、最初の損傷後も持続二次傷害は治療13の対象となります。制御皮質衝撃モデルは、このように研究者が二次的傷害の可能性のある長期的な効果のためのTBIと潜在的な治療処置の効果を調査することができ、主要な傷害を生成します。 CCIモデルを使用して潜在的な研究の分野は、神経細胞死、脳浮腫、神経発生、血管作用、histopathalogical変化、記憶障害や3,13-16などが含まれます。
Protocol
Representative Results
Discussion
成功したCCIを引き起こす電子の磁石の影響システムを使用して一貫性のあるのTBiSを発生させるための最も重要なステップは次のとおりです。1）安定的定位フレームにマウスの頭を固定。 2）マウスとの間の骨窓の同じサイズを生成し、頭蓋骨切除術の間に、その下の硬膜を損傷することなく骨を除去する工程; 3）が正しくオープンエリアの中心にインパクトチップを配置し、影響を与える前…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、インディアナ州脊髄·脳損傷研究費補助金（SCBI 200-12）からの資金によってラルフ·W·グレースM·ショーウォルター研究賞、インディアナ大学の生物学的研究助成、NIHの助成金RR025761と1R21NS072631-01Aをサポートされていました。
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 |
References
- 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).
