यहां, यह प्रदर्शित किया गया है कि हिप्पोकैम्पस में सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी पर बार-बार हल्के दर्दनाक मस्तिष्क की चोट (आर-एमटीबीआई) के प्रभावों की जांच के लिए एक जागृत बंद-सिर की चोट मॉडल का उपयोग कैसे किया जा सकता है। मॉडल रोगियों में आर-एमटीबीआई की महत्वपूर्ण विशेषताओं को दोहराता है और इन विट्रो इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी के साथ संयोजन के रूप में उपयोग किया जाता है।
हल्के दर्दनाक मस्तिष्क की चोटें (एमटीबीआई) उत्तरी अमेरिका में एक प्रचलित स्वास्थ्य समस्या है। नैदानिक आबादी में संक्रमण को बढ़ाने के लिए प्रीक्लिनिकल सेटिंग में क्लोज्ड-हेड एमटीबीआई के पारिस्थितिक रूप से मान्य मॉडल का उपयोग करने का दबाव बढ़ रहा है। जागृत बंद-सिर वाली चोट (एसीएचआई) मॉडल बंद-सिर वाली चोट देने के लिए एक संशोधित नियंत्रित कॉर्टिकल इम्पैक्टर का उपयोग करता है, जो क्रैनियोटॉमी या एनेस्थेटिक के उपयोग की आवश्यकता के बिना चिकित्सकीय रूप से प्रासंगिक व्यवहार घाटे को प्रेरित करता है।
यह तकनीक आम तौर पर घातक, खोपड़ी के फ्रैक्चर, या मस्तिष्क रक्तस्राव को प्रेरित नहीं करती है, और हल्की चोट होने के साथ अधिक सुसंगत है। दरअसल, एसीएचआई प्रक्रिया की हल्की प्रकृति इसे दोहराए जाने वाले एमटीबीआई (आर-एमटीबीआई) की जांच करने वाले अध्ययनों के लिए आदर्श बनाती है। बढ़ते सबूत इंगित करते हैं कि आर-एमटीबीआई के परिणामस्वरूप एक संचयी चोट हो सकती है जो व्यवहार संबंधी लक्षण, न्यूरोपैथोलॉजिकल परिवर्तन और न्यूरोडीजेनेरेशन पैदा करती है। खेल खेलने वाले युवाओं में आर-एमटीबीआई आम है, और ये चोटें मजबूत सिनैप्टिक पुनर्गठन और माइलिनेशन की अवधि के दौरान होती हैं, जिससे युवा आबादी विशेष रूप से आर-एमटीबीआई के दीर्घकालिक प्रभावों के प्रति कमजोर हो जाती है।
इसके अलावा, आर-एमटीबीआई अंतरंग साथी हिंसा के मामलों में होता है, एक ऐसी स्थिति जिसके लिए कुछ उद्देश्य स्क्रीनिंग उपाय हैं। इन प्रयोगों में, किशोर चूहों में हिप्पोकैम्पस में सिनैप्टिक फ़ंक्शन का मूल्यांकन किया गया था, जिन्होंने एसीएचआई मॉडल का उपयोग करके आर-एमटीबीआई का अनुभव किया था। चोटों के बाद, आर-एमटीबीआई के बाद 1 या 7 दिनों में हिप्पोकैम्पस में द्विदिश सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी का मूल्यांकन करने के लिए हिप्पोकैम्पल स्लाइस बनाने के लिए एक ऊतक स्लाइसर का उपयोग किया गया था। कुल मिलाकर, एसीएचआई मॉडल शोधकर्ताओं को एमटीबीआई और आर-एमटीबीआई के बाद सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी में परिवर्तन का अध्ययन करने के लिए एक पारिस्थितिक रूप से मान्य मॉडल प्रदान करता है।
दर्दनाक मस्तिष्क की चोट (टीबीआई) एक महत्वपूर्ण स्वास्थ्य मुद्दा है, जिसमें कनाडा और संयुक्त राज्य अमेरिका मेंहर साल ~ 2 मिलियन मामले होते हैं। टीबीआई सभी आयु समूहों और लिंगों को प्रभावित करता है और किसी भी अन्य बीमारी की तुलना में अधिक घटना दर है, विशेष रूप से स्तन कैंसर, एड्स, पार्किंसंस रोग और मल्टीपल स्केलेरोसिस3 सहित। टीबीआई की व्यापकता के बावजूद, इसके पैथोफिज़ियोलॉजी को खराब तरीके से समझा जाता है, और उपचार के विकल्प सीमित हैं। आंशिक रूप से, ऐसा इसलिए है क्योंकि सभी टीबीआई के 85% को हल्के (एमटीबीआई) के रूप में वर्गीकृत किया गया है, और एमटीबीआई को पहले केवल सीमित और क्षणिक व्यवहार परिवर्तन ों का उत्पादन करने के लिए सोचा गया है, जिसमें कोई दीर्घकालिक न्यूरोसाइकिएट्रिक परिणामनहीं हैं। अब यह माना जाता है कि एमटीबीआई रिकवरी में सप्ताह सेलेकर 5,6 वर्ष तक लग सकते हैं, अधिक गंभीर न्यूरोलॉजिकल स्थितियां4 हो सकती हैं, और यहां तक कि बार-बार “उप-संयोग”प्रभाव मस्तिष्क को प्रभावित करते हैं। यह चिंताजनक है क्योंकि हॉकी/फुटबॉल जैसे खेलों में एथलीटों का प्रति खेल/अभ्यास सत्र 7,8,9,10 में >10 सिर पर उप-प्रभाव पड़ता है।
किशोरों में एमटीबीआई की सबसे अधिक घटनाएं होती हैं, और कनाडा में, लगभग 10 में से एक किशोर सालाना11,12 में खेल से संबंधित कनकशन के लिए चिकित्सा देखभाल की तलाश करेगा। वास्तव में, किसी भी उप-उत्तेजक सिर प्रभाव या एमटीबीआई मस्तिष्क को फैलने वाली क्षति का कारण बन सकता है, और यह बाद की चोटों और / या अधिक गंभीर न्यूरोलॉजिकल स्थितियों 13,14,15,16,17 के लिए अधिक कमजोर स्थिति भी पैदा कर सकता है। कनाडा में, रोवन के कानून के माध्यम से यह कानूनी रूप से मान्यता प्राप्त है कि पूर्व चोट मस्तिष्क की भेद्यता को आगे की चोट18 तक बढ़ा सकती है, लेकिन आर-एमटीबीआई की यांत्रिक समझ बुरी तरह से अपर्याप्त है। हालांकि, यह स्पष्ट है कि एकल और आर-एमटीबीआई स्कूल वर्ष19,20 के दौरान सीखने की क्षमता को प्रभावित कर सकते हैं, लिंग-विशिष्ट परिणाम 21,22,23,24 हो सकते हैं, और जीवन में बाद में संज्ञानात्मक क्षमता को कम कर सकते हैं16,25,26। दरअसल, कॉहोर्ट विश्लेषण दृढ़ता से27,28 पर डिमेंशिया के साथ जीवन की शुरुआत में आर-एमटीबीआई को जोड़ते हैं। आर-एमटीबीआई संभावित रूप से क्रोनिक ट्रॉमेटिक एन्सेफैलोपैथी (सीटीई) से भी जुड़ा हुआ है, जो हाइपरफॉस्फोराइलेटेड ताऊ प्रोटीन और प्रगतिशील कॉर्टिकल शोष के संचय की विशेषता है और महत्वपूर्ण सूजन 27,29,30,31 से अवक्षेपित है। यद्यपि आर-एमटीबीआई और सीटीई के बीच के लिंक वर्तमान में विवादास्पदहैं, यह मॉडल उन्हें प्रीक्लिनिकल सेटिंग में अधिक विस्तार से पता लगाने की अनुमति देगा।
एक एमटीबीआई को अक्सर “अनदेखी चोट” के रूप में वर्णित किया जाता है, क्योंकि यह एक बंद खोपड़ी के भीतर होता है और आधुनिक इमेजिंग तकनीकों33,34 के साथ भी पता लगाना मुश्किल है। एमटीबीआई के एक सटीक प्रयोगात्मक मॉडल को दो सिद्धांतों का पालन करना चाहिए। सबसे पहले, इसे नैदानिक आबादी35 में सामान्य रूप से देखे जाने वाले बायोमेकेनिकल बलों को पुन: उत्पन्न करना चाहिए। दूसरा, मॉडल को विषम व्यवहार परिणामों को प्रेरित करना चाहिए, कुछ ऐसा जो नैदानिक आबादी 36,37,38 में भी अत्यधिक प्रचलित है। वर्तमान में, अधिकांश प्रीक्लिनिकल मॉडल अधिक गंभीर होते हैं, जिसमें क्रैनियोटॉमी, स्टीरियोटैक्सिक हेड संयम, संज्ञाहरण और नियंत्रित कॉर्टिकल प्रभाव (सीसीआई) शामिल होते हैं जोसामान्य रूप से नैदानिक रूप से देखे जाने की तुलना में महत्वपूर्ण संरचनात्मक क्षति और अधिक व्यापक व्यवहार घाटे का उत्पादन करते हैं। कनकशन के कई प्रीक्लिनिकल मॉडल के साथ एक और चिंता का विषय है जिसमें क्रैनियोटॉमी शामिल है कि यह प्रक्रिया स्वयं मस्तिष्क में सूजन पैदा करती है, और यह किसी भी बादकी चोट से एमटीबीआई के लक्षणों और न्यूरोपैथोलॉजी को बढ़ा सकती है। संज्ञाहरण भी कई जटिल भ्रम ों का परिचय देता है, जिसमें सूजन को कम करना 41,42,43, माइक्रोग्लियल फ़ंक्शन44 को संशोधित करना, ग्लूटामेट रिलीज 45, एनएमडीए रिसेप्टर्स 46 के माध्यम से सीए2 + प्रवेश, इंट्राक्रैनील दबाव और सेरेब्रल चयापचय 47 शामिल हैं। संज्ञाहरण रक्त-मस्तिष्क बाधा (बीबीबी) पारगम्यता, ताऊ हाइपरफॉस्फोराइलेशन और कॉर्टिकोस्टेरॉइड स्तर को बढ़ाकर भ्रम का परिचय देता है, जबकि संज्ञानात्मक कार्य 48,49,50,51 को कम करता है। इसके अतिरिक्त, डिफ्यूज, बंद सिर वाली चोटें नैदानिक एमटीबीआई52 के विशाल बहुमत का प्रतिनिधित्व करती हैं। वे उन कारकों की भीड़ का बेहतर अध्ययन करने की अनुमति देते हैं जो व्यवहार के परिणामों को प्रभावित कर सकते हैं, जिसमें सेक्स21, आयु 53, अंतर-चोट-अंतराल15, गंभीरता54 और चोटों की संख्या23 शामिल हैं।
अवक्षेपक बलों (ऊर्ध्वाधर या क्षैतिज) की दिशा भी व्यवहार और आणविक परिणामों के लिए एक महत्वपूर्ण विचार है। माइकसियुक और उनके सहयोगियों के शोध ने बंद सिर वाले एमटीबीआई के प्रसार के दो मॉडलों की तुलना की है: वजन-गिरावट (ऊर्ध्वाधर बल) और पार्श्व प्रभाव (क्षैतिज बल)55। व्यवहार और आणविक विश्लेषण दोनों ने एमटीबीआई के बाद विषम मॉडल- और सेक्स-निर्भर परिणामों का खुलासा किया। इस प्रकार, पशु मॉडल जो रैखिक और घूर्णी बलों को शामिल करते हुए सर्जिकल प्रक्रियाओं से बचने में मदद करते हैं, शारीरिक स्थितियों के अधिक प्रतिनिधि हैं जिनके तहत ये चोटें सामान्य रूप से33,56 होती हैं। एसीएचआई मॉडल इस आवश्यकता के जवाब में बनाया गया था, जो प्रक्रियाओं (यानी, संज्ञाहरण) से बचने के दौरान चूहों में एमटीबीआई के तेजी से और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य प्रेरण की अनुमति देता है जोसेक्स मतभेदों को पूर्वाग्रह करने के लिए जाने जाते हैं।
अधिकांश प्रीक्लिनिकल अनुसंधान ने एमटीबीआई के मॉडल का उपयोग किया है जो नैदानिक आबादी में देखे गए बायोमेकेनिकल बलों को पुन: उत्पन्न नहीं करते हैं। यहां, यह दिखाया गया है कि किशोर चूहों में आर-एमटीबीआई क?…
The authors have nothing to disclose.
हम इस प्रोटोकॉल के विकास में उनके योगदान के लिए विक्टोरिया विश्वविद्यालय में क्रिस्टी प्रयोगशाला के सभी सदस्यों, अतीत और वर्तमान को धन्यवाद देते हैं। इस परियोजना को कनाडाई स्वास्थ्य अनुसंधान संस्थान (सीआईएचआर: एफआरएन 175042) और एनएसईआरसी (आरजीपीआईएन-06104-2019) से धन के साथ समर्थित किया गया था। चित्रा 1 खोपड़ी ग्राफिक बायोरेंडर के साथ बनाया गया था।
3D-printed helment | Designed and constructed by Christie laboratory (See Specifications in Christie et al. (2019), Current Protocols in Neuroscience) | ||
Agarose | Fisher Scientific (BioReagents) | BP160500 | |
Anesthesia chamber | Home Made | N/A | Plexiglass Container |
Automatic Heater Controller | Warner Electric | TC-324B | |
Axon Digidata | Molecular Devices | 1440A | Low-noise Data Acquisition System |
Balance beam | Can be constructed or purchased (100 cm long x 2 cm wide x 0.75 cm thick) | ||
Calcium Chloride | Bio Basic Canada Inc. | CD0050 | For aCSF |
Camera | Dage MTI | NC-70 | |
Carbogen tank | Praxair | MM OXCD5C-K | Carbon Dioxide 5%, Oxygen 95% |
Clampex Software | Molecular Devices | Clampex 10.5 Version | |
Compresstome Vibrating Microtome | Precisionary | VF 310-0Z | |
Concentric Bipolar Electrode | FHC Inc. | CBAPC75 | |
Dextrose (D-Glucose) | Fisher Scientific (Chemical) | D16-3 | aCSF |
Digital Stimulus Isolation Amplifier | Getting Instruments, Inc. | Model 4D | |
Disodium Phosphate | Fisher Scientific (Chemical) | S373-500 | PBS |
Dissection Tools | |||
Feather Double Edge Blade | Electron Microscopy Sciences | 72002-10 | |
Filter Paper | Whatman 1 | 1001-055 | |
Flaming/Brown Micropipette Puller | Sutter Instrument | P-1000 | |
Hair Claw Clip | Can be obtained from any department store | ||
Home and Recovery Cages | Normal rat cages from animal care unit. | ||
Hum Bug Noise Eliminator | Quest Scientific | 726300 | |
Isoflurane USP | Fresenius Kabi | CP0406V2 | |
Isotemp 215 Digital Water Bath | Fisher Scientific | 15-462-15 | |
Leica Impact One CCI unit | Leica Biosystems | Tip is modified to hold 7mm rubber impact tip | |
Long-Evans rats, male | Charles River Laboratories (St. Constant, PQ) | ||
Low-Density Foam Pad | 3" polyurethane foam sheet | ||
Magnesium Chloride | Fisher Scientific (Chemical) | M33-500 | aCSF |
Male Long Evans Rats | Charles River Laboratories | Animals ordered from Charles River Laboratories, or pups bred at the University of Victoria | |
MultiClamp 700B Amplifier | Molecular Devices | Model 700B | |
pH Test Strips | VWR Chemicals BDH | BDH83931.601 | |
Potassium Chloride | Fisher Scientific (Chemical) | P217-500 | aCSF, PBS |
Potassium Phosphate | Sigma | P9791-500G | PBS |
Push Button Controller | Siskiyou Corporation | MC1000e | Four-axis Closed Loop Controller Push-Button |
Sample Discs | ELITechGroup | SS-033 | For use with Vapor Pressure Osmometer |
Small towel | |||
Sodium Bicarbonate | Fisher Scientific (Chemical) | S233-500 | aCSF |
Sodium Chloride | Fisher Scientific (Chemical) | S271-3 | For aCSF, PBS |
Sodium Phosphate | Fisher Scientific (Chemical) | S369-500 | aCSF |
Soft Plastic Restraint Cones | Braintree Scientific | model DC-200 | |
Stopwatch | Many lab members use their iPhone for this | ||
Table or large cart with raised edges | For NAP and ACHI | ||
Thin Wall Borosilicate Glass (with Filament) | Sutter Instrument | BF150-110-10 | Outside diameter: 1.5 mm; Inside diameter: 1.10 mm; Length: 10 cm |
Upright Microscope | Olympus | Olympus BX5OWI | 5x MPlan 0.10 NA Objective lens |
Vapor Pressure Osmometer | Vapro | Model 5600 | aCSF should be 300-310 mOSM |
Vetbond Tissue Adhesive | 3M | 1469SB | |
Vibraplane Vibration Isolation Table | Kinetic Systems | 9101-01-45 |