Waiting
Elaborazione accesso...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

En roman och translationell råtta modell av hjärnskakning kombinera kraft och rotation med in vivo cerebral microdialys

Published: July 12, 2019 doi: 10.3791/59585
Automatic Translation
1, 2, 1, 1, 2, 1
1Research Center, Hôpital du Sacré-Cœur de Montréal, 2Research Center, Douglas Institute

Summary

Signalsubstansen förändring är en mekanism av neurala dysfunktion som uppstår efter hjärnskakning och bidrar till de ibland katastrofala långsiktiga konsekvenserna. Denna råtta modell kombinerar mikrodialys, vilket möjliggör in vivo signalsubstans kvantifiering, med en vikt-droppe teknik utövar snabb acceleration och retardation av huvudet och bålen, en viktig faktor för mänskliga kraniocerebrala trauma.

Abstract

Ihållande kognitiva och motoriska symtom är kända konsekvenser av hjärnskakning/mild traumatisk hjärnskada (mTBIs) som delvis kan tillskrivas förändrad neurotransmission. Faktum, cerebral mikrodialys studier på gnagare har visat en överdriven extracellulära glutamat release i hippocampus inom de första 10 min efter trauma. Mikrodialys erbjuder en klar fördel av in vivo signalsubstans kontinuerlig provtagning utan att behöva offra djuret. Förutom den ovannämnda tekniken, en sluten skada modell som utövar snabb acceleration och retardation av huvudet och bålen behövs, eftersom en sådan faktor är inte tillgänglig i många andra djurmodeller. Den Wayne State vikt-Drop modell härmar denna väsentliga del av mänskliga kraniocerebrala trauma, vilket gör att induktion av en inverkan på huvudet av en ohämmad gnagare med en fallande vikt. Vår roman och translationella råtta modell kombinerar cerebral microdialys med Wayne State vikt-Drop modell för att studera, i lätt sövda och ohämmade vuxna råttor, de akuta förändringarna i extracellulära signalsubstansen nivåer efter hjärnskakning. I detta protokoll, mikrodialys sonden sattes in inne i hippocampus som region av intresse, och lämnades in i hjärnan vid påverkan. Det finns en hög densitet av terminaler och receptorer i hippocampus, vilket gör det till en relevant region för att dokumentera förändrade neurotransmission efter hjärnskakning. När den appliceras på vuxna Sprague-Dawley råttor, vår kombinerade modell inducerade ökningar av hippocampus extracellulära glutamatkoncentrationer inom de första 10 min, i överensstämmelse med den tidigare rapporterade efter hjärnskakning symptomologi. Denna kombinerade vikt-Drop modell ger ett tillförlitligt verktyg för forskare att studera tidiga terapeutiska svar på hjärnskakning förutom repetitiv hjärnskada, eftersom detta protokoll inducerar en sluten-Head mild trauma.

Introduction

Syftet med denna metod är att förse forskare med ett tillförlitligt verktyg som troget återger biomekanik av mänskliga kraniocerebrala trauma samtidigt som longitudinell karakterisering av de molekylära effekterna av hjärnskakning/mild traumatisk hjärna skada (mTBIs). Denna metod kombinerar cerebral mikrodialys med Wayne State vikt-Drop modell för att dokumentera, i lätt sövda och ohämmade vuxna råttor, de akuta förändringarna i extracellulära signalsubstansen nivåer efter hjärnskakning. Med denna minimalt invasiva metod, signalsubstanser såsom Glutamat, GABA, taurin, glycin och serin kan snabbt och kontinuerligt kvantifieras efter trauma, in vivo, utan att behöva offra djuret.

Hjärnskakning/mTBI är en patofysiologisk störning som påverkar hjärnans funktion orsakad av en extern kraft mekanism. Concussion/mTBI är den vanligaste formen av traumatisk hjärnskada, som står för 70-90% av fallen1. De flesta av de akuta funktionella störningar efter en hjärnskakning kan hänföras till en primär och en sekundär hjärnskada2,3: (1) den primära hjärnskada induceras av snabb acceleration och retardation av huvudet och bålen som skadar hjärnans vävnader genom kompression följt av stretching och klippning av axoner under motreaktion4,5,6 och (2) den sekundära hjärnskada är den indirekta cellulära svar på trauman. Det äger rum timmar och dagar efter den primära hjärnskadan och leker en viktig roll i det motoriskt, och kognitiv försämring som observeras över tid. Många av symtomen kan hänföras till förändrad neurotransmission såsom tidigare visat överdriven extracellulär glutamat release i de första 10 min efter skada7,8,9. Med tanke på dess höga densitet av terminaler och receptorer, Hippocampus är en hjärnstruktur särskilt sårbara för denna excitotoxic svar efter skada. Att vara starkt involverad i kognitiv funktion10,11, studier på gnagare rapporterade att Hippocampus skada i samband med hjärnskakning kan leda till försämringar i rädsla konditionering och inlärning rumsliga minne12 , 13. det primära syftet med denna metod var att arbeta fram en råtta modell av hjärnskakning/mtbi, med hjälp av Wayne State slutna huvudet vikt-Drop förfarande för att troget reproducera mekanismerna i den primära hjärnskada, och införliva cerebral microdialys att studera in vivo, den akuta extracellulära signalsubstansen förändringar på grund av den sekundära hjärnskada efter en hjärnskakning. Koncentrationer av extracellulära glutamat och GABA mättes i hippocampus att fungera som representativa resultat av vår metod.

Tidigare gnagare studier har kombinerat mikrodialys och andra modeller av skada, såsom öppen skalle vikt droppe och kontrollerad kortikal effekt, att demonstrera de akuta förändringarna i extracellulära signalsubstansen nivåer efter en skada av varierande svårighetsgrad grader14,15,16,17. Men förutom den höga graden av variation, det translationella värdet av modeller som den öppna skalle vikt droppe och kontrollerad kortikal påverkan hämmas av en inneboende brist på ekologisk giltighet på grund av 2 faktorer: (1) dessa modeller inducerar skador mycket allvarligare än idrottsrelaterade Hjärnskakningar som drabbar människor, som involverar direkt hjärn belastning och (2) dessa modeller nödvändiggör en kraniektomi eller en kraniotomi, huvudet av gnagare är helt återhållen i en stereotaxic ram, hindrar den snabba acceleration och retardation av huvudet och bålen, vilket dåligt reproducera biomekanik av hjärnskakning.

Microdialys är en minimalinvasiv metod som ger en klar fördel av provtagning signalsubstanser såsom Glutamat, GABA, taurin, glycin och serin, in vivo och kontinuerligt efter trauma, utan att behöva offra djuret. Förutom de fördelar som erbjuds av microdialys, Wayne State University utvecklat en sluten skalle vikt-Drop modell (i motsats till Open-skull från andra modeller), som gör att induktion av en mTBI på en lätt sövda och ohämmad gnagare, vilket möjliggör snabb acceleration och retardation av huvudet och bålen18. Som tidigare nämnts, accelerationen och retardation av huvudet och överkroppen är en grundläggande biomekaniska inslag i idrottsrelaterade hjärnskakning ses hos människor som tidigare gnagare mTBI modeller har misslyckats med att ta itu. Den vikt-Drop förfarande kan göras mycket snabbt och inte kräver någon tidigare operation eller hårbotten snitt. Efter induktion av hjärnskakning, gnagare återvinna rätande reflex nästan spontant och inte upplever förlamning, kramper eller andnöd efter en enda effekt. Intrakraniella blödningar och skallfrakturer är sällsynta, och endast mindre underskott i motorisk koordination har rapporterats hos gnagare. Denna råtta modell är lätt att använda, Billigt och underlättar kvantifiering av signalsubstanser som frigörs i den akuta fasen efter en hjärnskakning utan att ta bort mikrodialys sonden under påverkan.

Vår råtta modell som kombinerar mikrodialys och hjärnskakning är lämplig för forskare som vill karakterisera longitudinellt de molekylära effekterna av hjärnskakning och kan användas i en mängd olika terapeutiska studier. Faktum är att trots flera års forskning och ett överväldigande behov, inget läkemedel för att förhindra de långsiktiga effekterna av hjärnskakning har passerat den kliniska prövningen fas19. En av de potentiella orsakerna till dessa misslyckanden kan vara användningen av djurmodeller som inte troget reproducera de traumatiska biomekaniska krafter av hjärnskakning som upplevs av människor. Den metod som presenteras här uppfyller definitionen av mänskliga hjärnskakning som anger att den primära hjärnskada induceras av en trubbig effekt samt snabb acceleration och retardation av huvudet och bålen2,3.

Dessutom är vår kombinerade modell lämplig för forskare som studerar effekterna av upprepad mild traumatisk hjärnskada (rmTBI) eftersom en av dess viktigaste egenskaper som skiljer den från andra djurmodeller av hjärnskakning är att det gör det möjligt att inducera upprepade, lindriga skador i samma fall18. Hos människa är rmtbi förknippat med allvarligare posttraumatiska symtom, längre återhämtningstider och förvärrade motoriska och kognitiva funktionsnedsättningar som tenderar att spridas över tiden20,21. Andra relevanta djurmodeller har också gjort det möjligt att bättre förstå den posttraumatiska patofysiologin hos rmtbi22,23,24,25,26,27 . Ökad hjärn sårbarhet har visats hos gnagare efter minst 5 mTBI vid 24 h intervall. Neuroinflammation ökar med antalet erfarna mTBI och markörer för neurodegeneration visas28. Upprepade mtbi skulle förhindra övergången av mikroglia från en proinflammatorisk läge till en normal metod för återhämtning, vilket resulterar i långvarig excitotoxic aktivitet och aktivering av neurodegenerativa mekanismer 29. Med vår modell, råttor kunde utsättas för 1 effekt per dag under perioden 1 vecka för totalt 5 exponeringar. Med tanke på enkelheten i denna djurmodell, det skulle kunna underlätta karakterisering av de kumulativa effekterna av den akuta urskillna signalsubstansen release uppstår omedelbart efter en mTBI.

Denna modell tillåter också djur att vara lätt utsätts för 2 effekter per dag, vilket gör det möjligt att studera ännu allvarligare villkor som när en idrottare får en annan traumatisk effekt inom en kort tid från första slaget30. Som visats i en tidigare studie31, tidpunkten för ett andra slag mot huvudet kan dramatiskt påverka vaskulär och axonal skada. Ju närmare det andra slaget är till första slaget, desto skadligare blir konsekvenserna. Denna modell är lämplig för att undersöka hur detta särskilda villkor påverkar extracellulär neurotransmittor release.

I denna metod, Hippocampus användes som region av intresse på grund av dess relevans i hjärnskakning forskning men mikrodialys prover kan samlas in från andra regioner av intresse samt. Emellertid, någon annan hjärnregion måste övervägas på grund av det utrymme som lämnas av Impact platsen från guiden kanyl, inklusive tandcement som omger det, kan ta upp en avsevärd mängd utrymme på råttans huvud. Utöver detta kan de parametrar för mikrodialys som presenteras i denna metod såsom membranets molekylvikt cut-off och aktiva längd, provtagnings intervallen och flödet justeras beroende på vilken typ av molekyl som studeras. Den effektiva insamlingen av pro-inflammatoriska cytokiner inblandade i hjärnskakning, till exempel, skulle kräva ett membran med en mycket större porstorlek.

Protocol

Djur protokollet för detta projekt erhöll godkännande från djur vårds kommittén i Hopital du Sacre-Cœur de Montreal i enlighet med riktlinjerna från det kanadensiska rådet för djuromsorg.

Anmärkning: en Schematisk beskrivning av forsknings protokollet presenteras i figur 1.

1. djur beredning

  1. För Sprague-Dawley råttor från en standard laboratorium djur leverantör som skall levereras mellan 43 och 50 dagar ålder och med en vikt mellan 151 och 200 g.
  2. Hus alla råttor individuellt i en cykel av 12:12 h ljus: mörker, vid 24-26 ° c med AD libitum tillgång till vatten och mat.
  3. Under 2 veckor innan protokollet, hantera råttor för 5 min på en daglig basis för att underlätta deras tillvänjning i kontakt med forskare. Råttor bör vara äldre ca 10 veckor gammal och deras vikt bör vara mellan 295 och 351 g vid tidpunkten för hjärnskakning eller bluff skada induktion.

2. mikrodialys guide kanyl Implantations kirurgi

  1. Utför operationen under sterila förhållanden. Använd sterila handskar, en hårhuv och en kirurgisk mask under hela proceduren. Autoklav och sterilisera alla material och kirurgiska instrument i förväg. Rengör och desinficera arbetsområdet och stereotaxic-apparaten grundligt med en etanollösning (70%).
  2. Anesthetize djuren genom att injicera en cocktail av ketamin (70 mg/kg) och xylazin (10 mg/kg) intraperitonealt. Åsnor anestesidjup genom att testa reflex till en tå nypa.
  3. Ta bort päls från djur huvudet med hjälp av elektriska Clippers. Rengör rakat huvud med en lösning av 2% isopropylalkohol och 2% klorhexidingglukonat (3 gånger). Applicera smörj ögonsalva under anestesi för att förhindra torrhet.
  4. Drapera-off det kirurgiska fältet så att endast huvudet av djuret är utsatt. Placera huvudet av råtta i en stereotaxic apparat, sätt in öron stänger i hörselgångar med stor omsorg sedan dra åt näsan klämman. Fäst en 26 G rostfrittstål guide kanyl till hållaren armen på stereotaxic apparaten.
  5. Lokalt injicera en bedövningsmedel cocktail av bupivakain (1,5 mg/kg) och lidokain (1,5 mg/kg) subkutant på huvudet, 10 min före incision.
  6. Upprätthålla anestesi under hela proceduren genom att leverera natrium isofluran (2,5%) vid 0,5 L/min syre flöde med en näsa kon.
  7. Gör en mittlinje snitt (3 cm) längs hårbotten med en skalpell. Lämna skallen klar genom att installera 4 klämmor runt snittet.
  8. Skrapa fast periostet från skallen med ett kirurgiskt blad tills Bregma och lambda suturer är synliga. Upprätthålla fast tryck på skallen med en kompress pad eller bomull tippas applikatorn om det finns blödning.
  9. Kontrollera om skallen är korrekt justerad på stereotaxic apparaten genom att jämföra dorsoventral koordinater Bregma och lambda suturer. Identifiera anteroposterior, snett och dorsoventral koordinater bregma sutur som referenspunkter för koordinaterna för guide kanyl.
  10. Med bregma sutur koordinater som referenser, beräkna koordinaterna för guide kanyl implantation plats i hippocampus.
    Anmärkning: Följande koordinater bestämdes enligt rått hjärn Atlas från Paxinos och Watson (anteroposterior:-0,60 cm; mediolateral: ± 0,58 cm; dorsoventral:-0,16 cm, figur 2A)32.
  11. Markera den exakta implantations platsen med en markör.
  12. Borra ett hål på 0,5 mm genom kraniet på målplatsen för guide kanyl. Borra 3 andra hål ca 5 mm runt denna punkt till gänga 3 ankare skruvar i skallen som kommer att stelna kanylen efter akryl tandcement appliceras.
  13. Sätt in kanylen i hippocampus och fixera den med tandcement. Denna kanyl kommer att användas för att sätta in sonden i den region av intresse 7 dagar senare under microdialys förfarandet. Var försiktig så att du inte spiller överskott av tandcement runt den plats där vikten kommer att släppas.
  14. Låt cementen torka i 2 min, ta sedan bort hållaren armen från kanyl. Sätt i en löstagbar obturatorn i rostfrittstål i kanylet för att undvika cerebrospinalvätska läckage och risker för infektion.
  15. Ta bort 4 klämmor, dra tillbaka tillbakadragen hud och sy den med en Kirurgisk suturtråd 4-0.
  16. Ta bort råttan från apparaten och injicera buprenorfin subkutant för att behandla smärta (0,05 mg/kg, efter operation sedan en gång per dag under de följande 2 dagarna). Placera gnagare tillbaka i sin bur med en värmedyna under tills den blir medveten, sedan returnera den till djurvård anläggningen för en 7 dagar återhämtningsperiod under noggrann övervakning.

3. microdialys förfarande

  1. När du utför microdialys proceduren, bära sterila handskar, en hårhuv och en kirurgisk mask. Sju dagar efter kanylimplantations operationen, söva råtta med natrium isofluran (2,5%) vid 0,5 L/min syre flöde.
  2. Ta bort obturatorn från kanyl och sakta in en mikrodialys sond, parfymera med artificiell cerebral spinal Fluid (ACSF) (26 mmol/L NaHCO3, 3 mmol/l NaH2Po4, 1,3 mmol/l mgcl2, 2,3 mmol/l CaCl2, 3,0 mmol/L KCl, 126 mmol/L NaCl, 0,2 mmol/L-askorbinsyra), genom kanyl i hippocampus eller annan region av intresse.
    Anmärkning: Råttor måste vara sövda endast när du tar bort obturatorn och sätta in mikrodialys sonden, och under induktion av hjärnskakning eller simulerad skada. Sonderna används här är laboratorie-konstruerade, I-formad, och består av smält sida-vid-sida kiseldioxid inlopp-utlopp [inre diameter (ID): 50 μm] innesluten i polyeten rör (ID: 0,58-0,38 mm). Änden av kanyl säkras med en längd av regenererad ihåliga cellulosa membran [molekylvikt cut-off: 13 kDa, yttre diameter (OD): 216 μm; ID: 200 μm] med hjälp av cyanoakrylatlim och spetsen förseglad med epoxi. Det aktiva membranet mäter 2,5 mm för implantation i hippocampus men kan justeras efter djupet i regionen av intresse. Anslutningen av den inneboende kanyl av råttan till sonden är säkrad med en monterad, gängade rostfrittstål krage.
  3. Fäst sonden församlingen till en rostfrittstål fjäder bundna till en flytande Swivel och motvikt spaken armen upphängd ovanför buren med en ring stativ och klämmor så att djuret kan röra sig fritt i sin bur. Tjudrade råttor tillbringar hela varaktigheten av microdialys förfarandet med AD libitum tillgång till vatten och mat.
  4. Använd en mikroinfusionspump för att skicka parfymerade till sonderna och samla upp dialysatet från den smält kiseldioxid utloppsledningen (död volym: 0,79 μL).
  5. Minst 1 h och 30 min innan proceduren börjar, Vrid upp sonden till dess arbetsflöde (1 μL/min). Kontrollera att avsöknings flödet är konsekvent genom att mäta volymen över tid med en pipett.
    Anmärkning: Flödeshastigheten kan vara mer eller mindre beroende på de signalsubstanser som urvalet och hjärnregionen av intresse. Dialys prover tas före, under och efter hjärnskakning eller simulerad skada induktion. Provtagnings intervallet beror på hjärnregionen av intresse, signalsubstanser som analyseras, dialysatkoncentrationer av analyten och känsligheten hos den analytiska kemi utrustning som används. De samla faser som görs här i hippocampus för glutamat och GABA provtagning är följande:
    1. baseline: vid början av experimentet, samla in dialys prov med 10 minuters mellanrum för 60 min.
    2. efter hjärnskakning eller bluff skada: efter hjärnskakning eller bluff skada, samla prover för en ytterligare 90 min (9 prover).
  6. Samla varje dialysatprov i en bråkdel injektionsflaska som är förladdad med 1 μL 0,25 mol/L perklorsyra för att förhindra analytnedbrytning. Förvara proverna vid 4 ° c för efterföljande analys.
  7. Efter insamlingen av det sista dialysatprovet, återanesthetize råttan med en noskon som levererar natrium isofluran (2,5%) vid 0,5 L/min syre flöde.
  8. Ta bort mikrodialys sonden från kanyl, sätt in obturatorn igen och Återvänd sedan till djur vårds anläggningen.

4. installation av hjärnskakning

  1. Före inledandet av förfarandet, karva en vikt som skall användas för att tillfoga hjärnskakning (19 mm i diameter) från massiv mässing för att få en massa av 450 g. sätt i en metall slinga på toppen av mässing vikt. Borra hål preliminärt på ett avstånd av 1,0 m inuti en vertikal polyvinylklorid (PVC) Guide röret.
  2. Slit en aluminiumplåt med en vass rakblad. Den slitsade aluminiumplåt bör stödja vikten av råtta (295 till 351 g) utan att störa accelerationen av dess kropp efter huvud påverkan från mässing vikt.
  3. Tejpa den slitsade aluminiumplåten tätt till en U-formad plexiglas ram (38 cm lång x 27 cm bred x 30 cm djup, figur 3a, B) som innehåller en skum kudde (37 cm lång x 26 cm bred x 12 cm djup).
  4. Placera Plexiglasramen under ett PVC-stödrör (20 mm diameter x 1,5 m längd).
  5. Håll PVC-ledröret på plats med ett kläm stativ 3,5 cm ovanför det slitsade aluminiumet.
  6. Fäst en nylonflug fiskelina (kapacitet på 9,1 kg, 0,46 mm diameter) genom metall slingan så att botten av vikten hänger 2,5 cm över den slitsade aluminium för att förhindra flera träffar När råttan faller på skum kudden efter påverkan.
  7. Fäst nylonflug fiskelina till kläm stativet.
  8. Dra upp vikten genom PVC-röret med nylon flugfiske linje sedan hålla den på plats genom att sätta in en hexnyckel genom de preliminära borrade hålen på 1,0 m.

5. hjärnskakning induktion

  1. Efter baslinjen fasen av dialys prover insamling, återanesthetize råttan lätt genom att placera en näsa kon leverera natrium isofluran (2,5% isofluran på 0,5 L/min syre flöde) tills det som inget svar på en tå nypa (som nämns i avsnitt 3,1).
  2. Placera djuret på bröstet på den slitsade aluminiumplåt så att dess huvud är placerad direkt i vägen för mässing vikt (figur 3c, D). Upprätthålla anestesi med näsan konen för att se till att råttan inte röra sig eller vakna upp innan vikten slår den.
  3. Ta bort näsan konen och dra i hexnyckeln. Vikten kommer att falla vertikalt genom PVC-röret och påverka huvudet av råttan. Råttan kommer att genomgå en snabb 180 ° rotation och landa på ryggen (figur 3E).
  4. Ta bort råttan från skum kudden och placera den på ryggen i sin bur.
  5. Använd en digital timer för att mäta den rätande reflex tiden som ett tecken på återhämtning och skadans svårighetsgrad. Den rätande reflex tiden är den totala tiden från påverkan tills gnagare vaknar och spontant rätt sig till den liggande positionen från rygg positionen, eller börja gå. Notera eventuella tecken på dödsfall, fraktur eller blödning.
    Anmärkning: Förfarandet kan upprepas på samma ämne vid olika tidpunkter för upprepad hjärnskakning.

6. simulerad induktion

  1. Efter baslinjens fas av dialys provinsamling, återanesthetize råttan lätt genom att placera en näsa kon leverera natrium isofluran (2,5%) vid 0,5 L/min syre flöde tills det som inget svar på en tå nypa (som nämns i avsnitt 3,1).
  2. Placera djuret på bröstet på den slitsade aluminiumplåt så att huvudet lägger direkt i vägen för mässing vikt. Upprätthålla anestesi med näsan konen att se till att råtta inte flytta eller vakna upp.
  3. Ta bort näsan konen och ta bort djuret från aluminiumplåt utan att dra i hexnyckeln. Råttan kommer inte att genomgå en snabb 180 ° rotation.
  4. Placera råttan på ryggen i sin bur.
  5. Använd en digital timer för att mäta den rätande tiden som en indikator på neurologisk restaurering.

7. vätskekromatografi med hög prestanda

  1. Bestäm signalsubstansen nivåer (i.e., glutamat och GABA) genom precolumn derivatisering med hjälp av högpresterande vätskekromatografi med snabb separation fluorescens upptäckt, och ett system som består av en snabb separation autosampler och en pump kopplad till en analytisk kolonn 3,0 x 50 mm 5 μm.
  2. Förbered en mobil fas med 100 mmol/L natriumfosfat dibasiskt (na2HPO4), 3,5% acetonitril och 20% metanol. Justera pH till 6,7 med fosforsyra (85%) efter behov.
  3. Ställ in flödeshastigheten till 0,5 mL/min.
  4. Förbered fräscha dagliga derivatiseringsreagenser och arbetsstandarder (100 ng/mL) från lagerlösningar. Fyll på dem i en kyld (10 ° c) snabb separerautosampler med prover.
  5. Blanda varje fraktion sekventiellt i den analytiska kolonnen med 20 μL 3-merkaptopropionsyra (0,071 mol/L) utspädd med H2O och 20 μl O-ftaldehyd (0,0143 mol/l) utspädd med 0,1 mol/l Natriumtetraborat. Tillåt 10 minuter för blandningen att reagera.
  6. För att förhindra kontaminering av nästa prov, spola injektions slingan med metanol (20%), efter varje injektion.
    Anmärkning: Den glutamat retentionstiden skulle vara av 1 min ungefär i detta protokoll, för en total körningstid på 30 min för varje prov.
  7. Vid analys av kromatografiska toppar, identifiera okända toppar med hjälp av prover matchade efter retentionstiden från kända standarder. Nivåer av analyter som μg/mL.

8. histologi

  1. En månad efter microdialys förfarande och hjärnskakning eller bluff skada induktion, söva djuren genom att injicera en cocktail av ketamin (70 mg/kg) och xylazin (10 mg/kg) intraperitonealt och euthanize dem genom PARAFORMALDEHYD (4%) och saltlösning intrakardiell perfusion.
  2. Halshugga gnagare sedan dissekera hjärnor.
  3. Förvara hjärnorna i PARAFORMALDEHYD (4%) och därefter kryoskydda dem i en lösning av sackaros (30%).
  4. Skiva hjärnor i koronala sektioner av 50 μm med en kryostat.
  5. Fläcken hjärnan skivor med cresyl violett för histologisk kontroll av skada och sond placering (Nissl färgning).

Representative Results

Använda vår modell av hjärnskakning som kombinerar kraft och rotation med in vivo cerebral mikrodialys, den akuta extracellulära glutamat och GABA förändringar över tiden efter en hjärnskakning eller bluff skada undersöktes i 21 manliga, vuxna, Sprague-Dawley råttor av implantation av en guide kanyl i regionen CA1 i hippocampus.

Histologisk verifiering av sond placering och skada
Inga morfologiska förändringar såsom massiva intracerebral blödningar eller kontusioner rapporterades efter den histologiska kontrollen av hippocampus vävnadsskada på sektioner färgade med cresyl violett. Guide kanyl implantation och microdialys sond insättning inducerade mindre och liknande skador mellan skadade och bluff fall. Dessutom, inte ta bort sonden rätt innan bluff skada eller hjärnskakning induktion inte ger någon distinguishable Hippocampus vävnad skada som ses i ett mikroskop (figur 2b, C, respektive), med membranet av sonden fortfarande intakt efteråt (figur 2D, E). Hjärnskakning och bluff skada hjärnor parfymera med PARAFORMALDEHYD (4%) 1 månad efter mikrodialys förfaranden är omöjlig att skilja vid visuell inspektion (figur 2F, G).

Rätande reflex tid
Djur från den skadade gruppen hade en signifikant ökad rätande hävarmen tid i genomsnitt kontra bluff fall (Students t-test, p = 0,042801) (figur 4) och verkade bedövade på att återfå medvetandet. Av de 10 fall från hjärnskakning gruppen, ett enda djur visade mindre tecken på blödning under påverkan platsen efter vikt-Drop. Inga andra tecken på skallfraktur eller intrakraniell blödning observerades.

In vivo cerebral mikrodialys
Att fungera som representativa resultat av vår metod, 15 10 μL prover av dialysat extraherades från Hippocampus, in vivo, med intervaller på 10 min och en flödeshastighet av 1 μL/min. extracellulära nivåer av glutamat och GABA mättes från 6 prover under baseline ( 60 min) och från 9 prover efter induktion av simulerad skada eller hjärnskakning (90 min).

Extracellulära koncentrationer av glutamat
Signifikanta ökningar av extracellulära glutamatkoncentrationer observerades i CA1 regionen i hippocampus under de första 10 min efter induktion av trauma jämfört med bluff skada (Mann-Whitney U test, p = 0,009175) (figur 5). Ingen annan skillnad i glutamatkoncentrationer observerades mellan grupper vid någon annan tidpunkt.

Extracellulära koncentrationer av GABA
Ingen signifikant förändring i GABA koncentrationer observerades i CA1 regionen i hippocampus under de första 10 min efter induktion av trauma jämfört med bluff skada (Mann-Whitney U test, p = 0,943861) (figur 6). Det fanns ingen annan signifikant skillnad i GABA koncentrationer vid någon annan tidpunkt mellan hjärnskakning fall och bluff skada fall.

Figure 1
Figur 1: Schematisk översikt över forsknings protokollet. Denna siffra har modifierats från IO masse 2018. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: histologisk kontroll av sonden placering och skada. (A) koronalvy av mikrodialys sonden och guide kanyl placeringsplats i hippocampus med hjälp av stereotaxic Atlas av paxinos och Watson. B) representativ photomicrograph av hippocampus vävnadsskada (cresyl violett) som framställts av en mikrodialys sond och guide kanyl från en bluff skada fall. C) representativ photomicrograph av hippocampus vävnadsskada (cresyl violett) som framställts av en mikrodialys sond och guide kanyl från ett hjärnskakning fall. D) representativ photomicrograph av en mikrodialys sond före induktion av hjärnskakning. E) representativ photomicrograph av en mikrodialys sond efter induktion av hjärnskakning. Membranet är fortfarande intakt. (F-G). Representativ photomicrograph av en bluff (F) och hjärnskakning (G) skadad hjärna efter perfusion med 4% PARAFORMALDEHYD vid 1 månad efter simulerad skada eller hjärnskakning förfarande. Vid visuell inspektion, de 2 hjärnor är omöjlig att skilja. Denna siffra har modifierats från IO masse 2018. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: hjärnskakning apparater och microdialys instrument väsentliga komponenter skildringar. A) ett fotografi av hela församlingen som består av ett vertikalt polyvinylklorid (PVC) styr rör för den fallande vikt som ligger ovanför rått stadiet, plexiglasram, skum kudde, datorstyrd mikroinfusionspump, gastäta sprutor, flytande svivlar, och sida vid sida smält kiseldioxid inlopp-utloppsledningar. Bschematisk representation av plexiglasramen och skumdynan med alla relevanta mått. (C) ett fotografi av den slitsade bit aluminiumfolie som fungerar som råtta scenen ovanför skumdynan. Dett fotografi som visar råttans placering på scenen omedelbart före huvud påverkan genom fallande vikt. Eett fotografi som visar råtta efter huvud påverkan och som illustrerar den horisontella rotationen i 180 ° av råttans kropp efter huvud påverkan och påföljande acceleration och rotation. Denna siffra har modifierats från IO masse 2018. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: rätande tid. Histogram representationer av den tid som tas av råttor att vakna från bedövningsmedlet och flip från ryggläge till liggande position eller börja gå efter hjärnskakning (röda diamanter, n = 10) eller bluff skada (blå kvadrater, n = 11). Råttor från hjärnskakning gruppen tog betydligt längre tid att rätta sig jämfört med den simulerade skadan gruppen. Medelvärdena representeras som en vågrät linje i varje graf. * p < 0,05, * * p < 0,01, * * * p < 0,001. Denna siffra har modifierats från IO masse 2018. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5: extracellulära koncentrationer av glutamat. Genomsnittliga extracellulära koncentrationer av glutamat (μg/mL) mätt med mikrodialys i hippocampus under baseline (60 min) och efter hjärnskakning (röda diamanter, n = 10) eller simulerad skada (blå kvadrater, n = 11) villkor (90 min). Felstaplar representerar standardfel medelvärdet. * P < 0,05, * * P < 0,01, * * * P < 0,001. Denna siffra har modifierats från IO masse 2018. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6: extracellulära koncentrationer av GABA. Genomsnittliga extracellulära koncentrationer av GABA (μg/mL) mätt med mikrodialys i hippocampus under baseline (60 min) och efter hjärnskakning (röda diamanter, n = 10) eller bluff skada (blå kvadrater, n = 11) villkor (90 min). Felstaplar representerar standardfel medelvärdet. * P < 0,05, * * P < 0,01, * * * P < 0,001. Denna siffra har modifierats från IO masse 2018. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

Kritiska steg i protokollet
För att generera pålitliga resultat kräver kritiska steg i detta protokoll särskild uppmärksamhet. Under kanylimplantations operationen, Undvik att använda mer cement än nödvändigt, särskilt när det är mycket flytande som för att förhindra spill över påverkan platsen. För att undvika att blockera implantations platsen, Använd en obturatorn som är lika lång som kanyl. Under mikrodialys proceduren, sätt in sonden långsamt i kanylen och se till att den sätts in helt för provtagning av dialysatprover. Innan hjärnskakning induktion, se till att aluminiumplåt är ordentligt slitsad med en vass rakblad. Annars kommer effekten från mässing vikt inte vara tillräckligt för att rippa aluminiumplåt och råttan kommer att förbli bröstet ner istället för att genomgå en 180 ° rotation och landning på ryggen. Om så är fallet, skador inducerade kommer att resultera från den trubbiga inverkan, inte olikt vad som ses i Open-skalle vikt fall modeller och vara betydligt allvarligare. Under hjärnskakning induktion, undvika att påverka kanyl med vikt eftersom detta skulle generera allvarliga skador på skallen av råtta. Det rekommenderas starkt att arbeta i grupper om 2 för att begränsa manipulation fel under experimentet.

Ändringar och felsökning
Under microdialys förfarandet bör flödet vara konstant och ge en volym som är lämplig för graden av perfusion, när sonden är kopplad till pumpen. Lägre volymer kan tyda på förekomst av igensättning i membranet av sonden eller luftbubblor i linjerna. När det gäller igensättning ska sonden kasseras och bytas ut. Luftbubblor kan dock matas ut genom att cirkulera ACSF i raderna. Om det inte finns någon igensättning eller luftbubblor noteras och det finns fortfarande inget flöde, en liten del av utflödes röret närmast slutet kan klippas.

Metodens begränsningar
Andra studier med hjälp av Wayne State University vikt-Drop har utvärderat några grundläggande strukturella och molekylära förändringar18. En mer omfattande undersökning skulle dock bibehålla legitimiteten i detta förfarande. Information om de biologiska och neuroanatomiska förändringarna som sker på epigenetiska och cellulära nivåer skulle ytterligare befästa det pålitliga och translationella värdet av vår metod. Dessutom, utvärdering av kognitiv funktion är ett tillförlitligt mått på utfall relaterade till mTBI i gnagare modeller33. Medan tiden till höger mättes i detta protokoll och var betydligt försenad i skadade fall jämfört med bluff fall, studier i framtiden bör inriktas på metodiskt mäta kognitiv funktion efter trauma induktion hos gnagare.

Metodens betydelse med avseende på befintliga/alternativa metoder.
Den huvudsakliga betydelsen av metoden är tvåfaldig: för det första tillåter den framgångsrika induktion av en hjärnskakning med Wayne State University förfarande, som möjliggör snabb acceleration och retardation av huvudet och bålen. Med denna metod, allvarliga skador resultat såsom kardiorespiratoriska arresteringar, skallfraktur, hög dödlighet och tecken på synliga cerebrala kontusioner på den inverkan platsen var undvikas. För det andra, denna mikrodialys teknik framgångsrikt replikerade den tidigare visat den akuta och kortlivade extracellulära glutamat release äger rum inom de första 10 min efter trauma induktion14,16. Dessutom, att hålla sonden in under hela förfarandet avsevärt minskar sannolikheten för att inducera skador på mTBI-känsliga blod-hjärnbarriären kopplad till upprepad microdialys sond insättning34.

Framtida tillämpningar eller riktningar av metoden.
Med tanke på de lättanvända aspekterna av Wayne State University vikt-Drop förfarande och den akuta extracellulära signalsubstansen nivåförändringar mätt med mikrodialys, vår råtta modell som kombinerar mikrodialys och hjärnskakning ger forskarna en tillförlitlig verktyg för att troget reproducerar biomekanik av mänskliga kraniocerebrala trauma och longitudinellt karakterisera molekylära effekter av hjärnskakning. Vår råtta modell kan också användas i en mängd olika terapeutiska studier eftersom det ger en värdefull möjlighet att studera mekanismen och effekten av farmakologiska medel in vivo, kontinuerligt och utan att behöva offra djuret. Dessutom kan tillgängligheten av en råtta modell som den som presenteras här avsevärt underlätta en bättre förståelse av sambandet mellan signalsubstansen obalanser och beteendemässiga konsekvenserna av hjärnskakning.

Disclosures

Det finns inga konkurrerande ekonomiska intressen.

Acknowledgments

Vi är tacksamma mot Louis Chiocchio för djurskötsel och underhåll, Morgane regniez för hjälp med intrakardiell perfusion förfarande, och David Castonguay för hjälp med kryostat. Detta arbete stöddes av Caroline Durand Foundation Chair i akut traumatologi av Universite de Montreal tilldelas LDB.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Animal Preparation
Sprague Dawley Rats Charles River Laboratories SAS SD 40
Name Company Catalog Number Comments
Microdialysis Guide Cannula Implantation Surgery
Ketamine Hydrochloride (100 mg/ml) Bioniche 1989529
Xylazine Hydrochloride (100 mg/ml) Bimeda 8XYL004C
Solution of Chlorhexidine Gluconate 2% and Isopropyl Alcohol 2% Carefusion 260100C
Lidocaine Hydrochloride Alveda Pharma 0122AG01
Bupivacaine Hydrochloride Hospira 1559
Ophthalmic Ointment Baussh and Lomb inc. 2125706
Stereotaxic Frame Stoelting 51600
Stereotaxic Cannula Holder Arm Harvard Apparatus 72-4837
Drill Dremel 8050-N/18
Suture Thread Coated Vicryl Rapide 4-0 Ethicon VR2297
Dental Acrylic Cement Harvard Apparatus 72-6906
Screws JI Morris Company P0090CE125
Isoflurane Baxter CA2L9100
Cannula Gauge 20 10.55mm HRS Scientific C311G/SPC
Dummy-Cannula 10.55mm HRS Scientific C311DC/1/SPC
Name Company Catalog Number Comments
Microdialysis Procedure
CMA 402 Syringe Pump Harvard Apparatus Canada CMA-8003110
Microsyringe 2.5ml Glass Harvard Apparatus Canada CMA-8309021
Syringe Clip Medium For 1-2.5ml Harvard Apparatus Canada CMA-3408310
Low-Torque Dual Channel Quartz-Lined Swivel Instech Laboratories Inc. 375/D/22QM
GSC Cast Iron Support Ring Stand Fisher Scientifique S13748
Fisherbrand Castaloy Adjustable-Angle Clamps Fisher Scientifique 05769Q
NaHCO3 Sodium Bicarbonate Sigma-Aldrich Canada S5761-500G For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
MgCl2 Magnesium Chloride Sigma-Aldrich Canada M8266-100G For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
NaCl Sodium Chloride Sigma-Aldrich Canada S7653-1KG For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
L-Ascorbic Acid Sigma-Aldrich Canada A5960-25G For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
KCl Potassium Chloride Sigma-Aldrich Canada P9333-500G For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
NaH2PO4 Sodium Phosphate Monobasic Sigma-Aldrich Canada S0751-1KG For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
CaCl2 Calcium Chloride Sigma-Aldrich Canada 383147-100G For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
Lighter Canadian Tire For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores
Epoxy Glue Canadian Tire For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores
Super Glue Gel Canadian Tire For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores
Heat Shrink Tube 0.063" Inner Diameter Gardner Bender Canadian Tire For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores
Cut-Off Wheels Dremel #409 Canadian Tire For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores
BD Needle 26 Gauge 0.5 Inch PrecisionGlide Sterile 305111 Fisher Scientifique 14-826-15 For Laboratory Constructed Probes
BD Needle 21 Gauge 1.5 Inch PrecisionGlide Sterile 305167 Fisher Scientifique 14-826-5B For Laboratory Constructed Probes
26G Stainless Steel Tubing One Foot HRS Scientific SST-26/FT For Laboratory Constructed Probes
Polyethylene Tubing PE/20 .024" OD X .015" ID HRS Scientific C315CT For Laboratory Constructed Probes
Polyethylene Tubing PE/10 .024" OD X .011" ID HRS Scientific C314CT For Laboratory Constructed Probes
Polyethylene Tubing PE/50 .038" OD X .023" ID HRS Scientific C313CT For Laboratory Constructed Probes
30S WIRE ST.ST 0.008X 1’ Long HRS Scientific 008BSH/30S For Laboratory Constructed Probes
Polymicro Technologies Flexible Fused Silica Capillary Tubing Inner Diameter 50µm, Outer Diameter 150µm Molex LLC Polymicro Technologies 106815-0015 For Laboratory Constructed Probes
Spectra Por 132294 Micro-Dialysis Hollow Fiber Membranes 13 kD MWCO Spectrum Labs FSSP9778671 For Laboratory Constructed Probes
Stainless Steel Collar Sirnay In.c 304 For Laboratory Constructed Probes / Custome made
Name Company Catalog Number Comments
Concussion Apparatus
Brass Weight Rapido Métal Inc. Attach metal loop to base
Metal Loop Rona Inc. Available at most hardware stores
PVC Guide Tube Rona Inc. Available at most hardware stores
Alluminum Foil Alcan Available at most grocery stores
Tape Available commercially
GSC Cast Iron Support Ring Stand Fisher Scientifique S13748
U-Shaped Plexiglas Frame Présentoirs PlexiPlus Inc. Custom made
Foam Cushion Mousse D&R Foam Inc. Custom made
Razor Blades VWR International 55411-055
Super Strong Trilene XT 20 lb. Berkley Canadian Tire Available at most hardware stores
Isoflurane Baxter CA2L9100
Stop Watch Available at most sporting goods retailer
Animal Preparation
Sprague Dawley Rats Charles River Laboratories SAS SD 40
Name Company Catalog Number Comments
Microdialysis Guide Cannula Implantation Surgery
Ketamine Hydrochloride (100 mg/ml) Bioniche 1989529
Xylazine Hydrochloride (100 mg/ml) Bimeda 8XYL004C
Solution of Chlorhexidine Gluconate 2% and Isopropyl Alcohol 2% Carefusion 260100C
Lidocaine Hydrochloride Alveda Pharma 0122AG01
Bupivacaine Hydrochloride Hospira 1559
Ophthalmic Ointment Baussh and Lomb inc. 2125706
Stereotaxic Frame Stoelting 51600
Stereotaxic Cannula Holder Arm Harvard Apparatus 72-4837
Drill Dremel 8050-N/18
Suture Thread Coated Vicryl Rapide 4-0 Ethicon VR2297
Dental Acrylic Cement Harvard Apparatus 72-6906
Screws JI Morris Company P0090CE125
Isoflurane Baxter CA2L9100
Cannula Gauge 20 10.55mm HRS Scientific C311G/SPC
Dummy-Cannula 10.55mm HRS Scientific C311DC/1/SPC
Name Company Catalog Number Comments
Microdialysis Procedure
CMA 402 Syringe Pump Harvard Apparatus Canada CMA-8003110
Microsyringe 2.5ml Glass Harvard Apparatus Canada CMA-8309021
Syringe Clip Medium For 1-2.5ml Harvard Apparatus Canada CMA-3408310
Low-Torque Dual Channel Quartz-Lined Swivel Instech Laboratories Inc. 375/D/22QM
GSC Cast Iron Support Ring Stand Fisher Scientifique S13748
Fisherbrand Castaloy Adjustable-Angle Clamps Fisher Scientifique 05769Q
NaHCO3 Sodium Bicarbonate Sigma-Aldrich Canada S5761-500G For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
MgCl2 Magnesium Chloride Sigma-Aldrich Canada M8266-100G For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
NaCl Sodium Chloride Sigma-Aldrich Canada S7653-1KG For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
L-Ascorbic Acid Sigma-Aldrich Canada A5960-25G For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
KCl Potassium Chloride Sigma-Aldrich Canada P9333-500G For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
NaH2PO4 Sodium Phosphate Monobasic Sigma-Aldrich Canada S0751-1KG For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
CaCl2 Calcium Chloride Sigma-Aldrich Canada 383147-100G For Artificial Cerebrospinal Fluid (aCSF)
Lighter Canadian Tire For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores
Epoxy Glue Canadian Tire For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores
Super Glue Gel Canadian Tire For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores
Heat Shrink Tube 0.063" Inner Diameter Gardner Bender Canadian Tire For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores
Cut-Off Wheels Dremel #409 Canadian Tire For Laboratory Constructed Probes / Available at most hardware stores
BD Needle 26 Gauge 0.5 Inch PrecisionGlide Sterile 305111 Fisher Scientifique 14-826-15 For Laboratory Constructed Probes
BD Needle 21 Gauge 1.5 Inch PrecisionGlide Sterile 305167 Fisher Scientifique 14-826-5B For Laboratory Constructed Probes
26G Stainless Steel Tubing One Foot HRS Scientific SST-26/FT For Laboratory Constructed Probes
Polyethylene Tubing PE/20 .024" OD X .015" ID HRS Scientific C315CT For Laboratory Constructed Probes
Polyethylene Tubing PE/10 .024" OD X .011" ID HRS Scientific C314CT For Laboratory Constructed Probes
Polyethylene Tubing PE/50 .038" OD X .023" ID HRS Scientific C313CT For Laboratory Constructed Probes
30S WIRE ST.ST 0.008X 1’ Long HRS Scientific 008BSH/30S For Laboratory Constructed Probes
Polymicro Technologies Flexible Fused Silica Capillary Tubing Inner Diameter 50µm, Outer Diameter 150µm Molex LLC Polymicro Technologies 106815-0015 For Laboratory Constructed Probes
Spectra Por 132294 Micro-Dialysis Hollow Fiber Membranes 13 kD MWCO Spectrum Labs FSSP9778671 For Laboratory Constructed Probes
Stainless Steel Collar Sirnay In.c 304 For Laboratory Constructed Probes / Custome made
Name Company Catalog Number Comments
Concussion Apparatus
Brass Weight Rapido Métal Inc. Attach metal loop to base
Metal Loop Rona Inc. Available at most hardware stores
PVC Guide Tube Rona Inc. Available at most hardware stores
Alluminum Foil Alcan Available at most grocery stores
Tape Available commercially
GSC Cast Iron Support Ring Stand Fisher Scientifique S13748
U-Shaped Plexiglas Frame Présentoirs PlexiPlus Inc. Custom made
Foam Cushion Mousse D&R Foam Inc. Custom made
Razor Blades VWR International 55411-055
Super Strong Trilene XT 20 lb. Berkley Canadian Tire Available at most hardware stores
Isoflurane Baxter CA2L9100
Stop Watch Available at most sporting goods retailer

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cassidy, J. D., et al. Incidence, risk factors and prevention of mild traumatic brain injury: results of the WHO Collaborating Centre Task Force on Mild Traumatic Brain Injury. Journal of Rehabilitation Medecine. 43, 28-60 (2004).
  2. McCrory, P., et al. What is the definition of sports-related concussion: a systematic review. British Journal of Sports Medecine. 51 (11), 877-887 (2017).
  3. McCrory, P., et al. 5th International Conference on Concussion in Sport (Berlin). British Journal of Sports Medecine. 51 (11), 837 (2017).
  4. Cernak, I. Animal models of head trauma. NeuroRx. 2 (3), 410-422 (2005).
  5. Davis, A. E. Mechanisms of traumatic brain injury: biomechanical, structural and cellular considerations. Critical Care Nursing Quarterly. 23 (3), 1-13 (2000).
  6. Gaetz, M. The neurophysiology of brain injury. Clinical neurophysiology : official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 115 (1), 4-18 (2004).
  7. Giza, C. C., Hovda, D. A. The new neurometabolic cascade of concussion. Neurosurgery. 75, Suppl 4. S24-S33 (2014).
  8. Guerriero, R. M., Giza, C. C., Rotenberg, A. Glutamate and GABA imbalance following traumatic brain injury. Current neurology and neuroscience reports. 15 (5), 27 (2015).
  9. Meldrum, B. S. Glutamate as a neurotransmitter in the brain: review of physiology and pathology. Journal of Nutrition. 130 (4S Suppl), 1007S-1015S (2000).
  10. Morris, R. G., Garrud, P., Rawlins, J. N., O'Keefe, J. Place navigation impaired in rats with hippocampal lesions. Nature. 297 (5868), 681-683 (1982).
  11. Olton, D. S., Papas, B. C. Spatial memory and hippocampal function. Neuropsychologia. 17 (6), 669-682 (1979).
  12. Ray, S. K., Dixon, C. E., Banik, N. L. Molecular mechanisms in the pathogenesis of traumatic brain injury. Histology and histopathology. 17 (4), 1137-1152 (2002).
  13. Reger, M. L., et al. Concussive brain injury enhances fear learning and excitatory processes in the amygdala. Biological Psychiatry. 71 (4), 335-343 (2012).
  14. Faden, A. I., Demediuk, P., Panter, S. S., Vink, R. The role of excitatory amino acids and NMDA receptors in traumatic brain injury. Science. 244 (4906), 798-800 (1989).
  15. Folkersma, H., et al. Increased cerebral (R)-[(11)C]PK11195 uptake and glutamate release in a rat model of traumatic brain injury: a longitudinal pilot study. Journal of neuroinflammation. 8, 67 (2011).
  16. Katayama, Y., Becker, D. P., Tamura, T., Hovda, D. A. Massive increases in extracellular potassium and the indiscriminate release of glutamate following concussive brain injury. Journal of neurosurgery. 73 (6), 889-900 (1990).
  17. Nilsson, P., Hillered, L., Ponten, U., Ungerstedt, U. Changes in cortical extracellular levels of energy-related metabolites and amino acids following concussive brain injury in rats. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 10 (5), 631-637 (1990).
  18. Kane, M. J., et al. A mouse model of human repetitive mild traumatic brain injury. Journal of neuroscience. 203 (1), 41-49 (2012).
  19. Dewitt, D. S., Perez-Polo, R., Hulsebosch, C. E., Dash, P. K., Robertson, C. S. Challenges in the development of rodent models of mild traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 30 (9), 688-701 (2013).
  20. Eisenberg, M. A., Andrea, J., Meehan, W., Mannix, R. Time interval between concussions and symptom duration. Pediatrics. 132 (1), 8-17 (2013).
  21. Guskiewicz, K. M., et al. Cumulative effects associated with recurrent concussion in collegiate football players: the NCAA Concussion Study. JAMA. 290 (19), 2549-2555 (2003).
  22. Luo, J., et al. Long-term cognitive impairments and pathological alterations in a mouse model of repetitive mild traumatic brain injury. Frontiers in neurology. 5, 12 (2014).
  23. Meehan, W. P. 3rd, Zhang, J., Mannix, R., Whalen, M. J. Increasing recovery time between injuries improves cognitive outcome after repetitive mild concussive brain injuries in mice. Neurosurgery. 71 (4), 885-891 (2012).
  24. Prins, M. L., Hales, A., Reger, M., Giza, C. C., Hovda, D. A. Repeat traumatic brain injury in the juvenile rat is associated with increased axonal injury and cognitive impairments. Developmental neuroscience. 32 (5-6), 510-518 (2010).
  25. Schwetye, K. E., et al. Traumatic brain injury reduces soluble extracellular amyloid-beta in mice: a methodologically novel combined microdialysis-controlled cortical impact study. Neurobiology of disease. 40 (3), 555-564 (2010).
  26. Shitaka, Y., et al. Repetitive closed-skull traumatic brain injury in mice causes persistent multifocal axonal injury and microglial reactivity. Journal of neuropathology and experimental neurology. 70 (7), 551-567 (2011).
  27. Willie, J. T., et al. Controlled cortical impact traumatic brain injury acutely disrupts wakefulness and extracellular orexin dynamics as determined by intracerebral microdialysis in mice. Journal of neurotrauma. 29 (10), 1908-1921 (2012).
  28. Bolton, A. N., Saatman, K. E. Regional neurodegeneration and gliosis are amplified by mild traumatic brain injury repeated at 24-hour intervals. Journal of neuropathology and experimental neurology. 73 (10), 933-947 (2014).
  29. Blaylock, R. L., Maroon, J. Immunoexcitotoxicity as a central mechanism in chronic traumatic encephalopathy-A unifying hypothesis. Surgical neurology international. 2, 107 (2011).
  30. McCrory, P., Davis, G., Makdissi, M. Second impact syndrome or cerebral swelling after sporting head injury. Current Sports Medecine Reports. 11 (1), 21-23 (2012).
  31. Fujita, M., Wei, E. P., Povlishock, J. T. Intensity- and interval-specific repetitive traumatic brain injury can evoke both axonal and microvascular damage. Journal of Neurotrauma. 29 (12), 2172-2180 (2012).
  32. Paxinos, G., Watson, C. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , 4th edn, Academic Press. (1998).
  33. Bales, J. W., Wagner, A. K., Kline, A. E., Dixon, C. E. Persistent cognitive dysfunction after traumatic brain injury: A dopamine hypothesis. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 33 (7), 981-1003 (2009).
  34. Sumbria, R. K., Klein, J., Bickel, U. Acute depression of energy metabolism after microdialysis probe implantation is distinct from ischemia-induced changes in mouse brain. Neurochemical Research. 36 (1), 109-116 (2011).

Tags

Neurovetenskap mild traumatisk hjärnskada concussion Head acceleration in vivo cerebral microdialys råtta
En roman och translationell råtta modell av hjärnskakning kombinera kraft och rotation med in vivo cerebral microdialys
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Massé, I. O., Moquin, L.,… More

Massé, I. O., Moquin, L., Provost, C., Guay, S., Gratton, A., De Beaumont, L. A Novel and Translational Rat Model of Concussion Combining Force and Rotation with In Vivo Cerebral Microdialysis. J. Vis. Exp. (149), e59585, doi:10.3791/59585 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter