Råttmodell av lindrig traumatisk skada med stängt huvud och dess validering

Summary

Här presenterar vi en modell av råttor med lindrig traumatisk hjärnskada (mTBI) med stängt huvud och dess validering som uppvisar anmärkningsvärd likhet med mänsklig mTBI när det gäller beteendemässiga manifestationer under de akuta och subakuta stadierna.

Abstract

Djurmodeller är avgörande för att öka vår förståelse av mild traumatisk hjärnskada (mTBI) och vägleda klinisk forskning. För att uppnå meningsfulla insikter är det viktigt att utveckla en stabil och reproducerbar djurmodell. I denna studie redovisar vi en detaljerad beskrivning av en mTBI-modell med slutet huvud och en representativ valideringsmetod med hjälp av Sprague-Dawley-råttor för att verifiera modelleringseffekten. Modellen går ut på att släppa en vikt på 550 g från en höjd av 100 cm direkt på huvudet på en råtta på en förstörbar yta, följt av en 180-graders sväng. För att bedöma skadan genomgick råttorna en serie neurobeteendebedömningar 10 minuter efter skadan, inklusive tid för medvetslöshet, tid för första sökbeteende, flyktförmåga och test av strålbalansförmåga. Under de akuta och subakuta stadierna efter skadan genomfördes beteendetester för att bedöma motorisk koordinationsförmåga (Beam-uppgift), ångest (Open Field test) och inlärnings- och minnesförmåga (Morris Water Maze-test). MTBI-modellen med stängt huvud gav en konsekvent skaderespons med minimal dödlighet och replikerade verkliga situationer. Valideringsmetoden verifierade effektivt modellutvecklingen och säkerställde modellens stabilitet och konsistens.

Introduction

Lindrig traumatisk hjärnskada (mTBI), eller hjärnskakning, är den vanligaste typen av skada och kan leda till olika kortvariga och kroniska symtom¹. Dessa symtom kan bland annat inkludera yrsel, huvudvärk, depression och anhedoni, vilket leder till betydande lidande för individer som drabbats av mTBI². Eftersom de flesta mTBI orsakas av trubbigt våld³ blir det absolut nödvändigt att utveckla djurmodeller som exakt efterliknar sådana skador. Dessa modeller är viktiga för att få en bättre förståelse för skadan och dess underliggande mekanismer, vilket ger en kontrollerad miljö med minskad variabilitet och heterogenitet jämfört med studier på människor.

Många väletablerade gnagarmodeller har utvecklats för traumatisk hjärnskada (TBI), inklusive fluid percussion injury (FPI)⁴, controlled cortical impact (CCI)⁵, weight-drop injury⁶, blast traumatic brain injury⁷ och andra. Dessa modeller fokuserar dock främst på att replikera måttliga till svåra TBI-scenarier. Däremot har de experimentella modeller som är specifikt utformade för att simulera mTBI fått relativt mindre uppmärksamhet och är fortfarande underutforskade⁸. Därför finns det ett kritiskt behov av att etablera en stabil och reproducerbar djurmodell som korrekt representerar mTBI. En sådan modell skulle avsevärt öka vår förståelse för de neurobiologiska och beteendemässiga konsekvenserna i samband med mTBI.

Man kan inte särskilja de funktionella bristerna hos mTBI-råttor jämfört med normala råttor via tillfällig observation efter att effekterna av anestesi har avtagit. Därför är det nödvändigt att administrera specifika tester. Hos människor används ett brett spektrum av kliniska bedömningar för att utvärdera patienter ^9,10,11. På samma sätt kräver upprättandet av en framgångsrik modell i råttmodellen också att man använder snabba bedömningsverktyg för att avgöra dess giltighet.

I denna studie presenterar vi en mTBI-råttmodell med stängt huvud, vilket gör det möjligt att undersöka mTBI på ett sätt som liknar det mänskliga tillståndet. Den detaljerade beskrivningen av modellen och dess valideringsprocedur ger en omfattande förståelse för det experimentella tillvägagångssättet som används för att studera mTBI.

Protocol

Djurförsöken godkändes av Central South University Animal Care and Use Committee. Alla studier har genomförts i enlighet med försöksdjurens välfärd och etiska principer. 1. Utfodring och bedövningsförfarande Grupphus 280-320 g Sprague-Dawley-hanråttor och håll dem på en 12 h/12 timmars ljus/mörkercykel med tillgång till mat och vatten ad libitum. Utför studien efter att råttorna acklimatiserat sig i 6 dagar. Bedöva råttan med 3 % isofluran vid 0,…

Representative Results

Apparaten som användes i detta arbete var en modifierad version av Kane-modellen och Richelle Mychasiuks pediatriska modell11,12. I denna studie delades SD-råttor in i sken- och mTBI-grupper. För att demonstrera reproducerbarheten av denna modell genomförde vi tre oberoende replikat av denna modell tillsammans med den akuta neurobeteendebedömningen, där varje experiment involverade 8-12 råttor. I denna studie använde vi me…

Discussion

Denna modell simulerar framgångsrikt en mTBI med slutet huvud utan behov av hårbottensnitt eller skallöppning, vilket ger en mer exakt representation av det påverkansscenario som observerats i mänskliga fall. Att undvika snitt i hårbotten hjälper till att förhindra inflammatoriska reaktioner som kanske inte stämmer överens med den faktiska situationen. Jämfört med Richelle Mychasiuks pediatriska modell¹² är modellen som används i denna studie specifikt anpassad för vuxna råttor som…

Materials

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