Summary
Vi presenterar här ett protokoll av en blastvågsmodell för gnagare för att undersöka neurobiologiska och patofysiologiska effekter av mild till måttlig traumatisk hjärnskada. Vi etablerade en gasdriven bänkinstallation utrustad med trycksensorer som möjliggör tillförlitlig och reproducerbar generering av spränginducerad mild till måttlig traumatisk hjärnskada.
Abstract
Traumatisk hjärnskada (TBI) är ett storskaligt folkhälsoproblem. Mild TBI är den vanligaste formen av neurotrauma och står för ett stort antal medicinska besök i USA. Det finns för närvarande inga FDA-godkända behandlingar tillgängliga för TBI. Den ökade förekomsten av militärrelaterad, blastinducerad TBI accentuerar ytterligare det akuta behovet av effektiva TBI-behandlingar. Därför kommer nya prekliniska TBI-djurmodeller som rekapitulerar aspekter av human blastrelaterad TBI att kraftigt främja forskningsinsatserna i de neurobiologiska och patofysiologiska processerna som ligger till grund för mild till måttlig TBI samt utvecklingen av nya terapeutiska strategier för TBI.
Här presenterar vi en tillförlitlig, reproducerbar modell för undersökning av molekylära, cellulära och beteendemässiga effekter av mild till måttlig blastinducerad TBI. Vi beskriver ett steg-för-steg-protokoll för sluten huvud, spränginducerad mild TBI hos gnagare med hjälp av en bänkinstallation bestående av ett gasdrivet chockrör utrustat med piezoelektriska trycksensorer för att säkerställa konsekventa testförhållanden. Fördelarna med installationen som vi har etablerat är dess relativa låga kostnad, enkla installation, användarvänlighet och höga genomströmningskapacitet. Ytterligare fördelar med denna icke-invasiva TBI-modell inkluderar skalbarheten hos blasttoppövertrycket och genereringen av kontrollerade reproducerbara resultat. Reproducerbarheten och relevansen av denna TBI-modell har utvärderats i ett antal nedströms applikationer, inklusive neurobiologiska, neuropatologiska, neurofysiologiska och beteendeanalyser, som stöder användningen av denna modell för karakterisering av processer som ligger till grund för etiologin för mild till måttlig TBI.
Introduction
Traumatisk hjärnskada (TBI) står för mer än två miljoner sjukhusbesök varje år bara i USA. Mild TBI som vanligtvis beror på bilolyckor, sportevenemang eller fall utgör cirka 80 % av alla TBI-fall1. Mild TBI anses vara den "tysta sjukdomen" eftersom patienter ofta inte upplever några öppna symtom under dagarna och månaderna efter den första förolämpningen, men kan utveckla allvarliga TBI-relaterade komplikationer senare i livet2. Dessutom är blastinducerad mild TBI utbredd bland militärtjänstmedlemmar och har associerats med kronisk CNS-dysfunktion3,4,5,6. På grund av den ökande förekomsten av blastrelaterad mild TBI7,8 har preklinisk modellering av neurobiologiska och patofysiologiska processer associerade med mild TBI således blivit ett fokus i utvecklingen av nya terapeutiska ingrepp för TBI.
Historiskt sett har TBI-forskningen främst fokuserat på svåra former av neurotrauma, trots det relativt lägre antalet allvarliga mänskliga TBI-fall. Prekliniska gnagarmodeller för svår human TBI har utvecklats, inklusive modellerna kontrollerad kortikal påverkan (CCI)9,10 och vätskeslagverksskada (FPI)11, som båda är väl etablerade för att ge tillförlitliga patofysiologiska effekter12,13. Dessa modeller har lagt grunden för vad som idag är känt om neuroinflammation, neurodegeneration och neuronal reparation i TBI. Även om betydande kunskap om patofysiologin hos TBI har utvecklats, finns det för närvarande inga effektiva, FDA-godkända behandlingar tillgängliga för TBI.
På senare tid har TBI-forskningens fokus breddats till att omfatta ett bredare spektrum av TBI-relaterade patologier med det slutliga målet att utveckla effektiva terapeutiska ingrepp. Ändå har få prekliniska modeller för mild TBI etablerats som har visat mätbara effekter, och endast ett litet antal studier har undersökt det milda TBI-spektrumet2,14,15. Eftersom mild TBI står för den stora majoriteten av alla TBI-fall är tillförlitliga modeller av mild TBI brådskande nödvändiga för att underlätta forskning om etiologi och neuropatologi för det mänskliga tillståndet för att utveckla nya terapeutiska strategier.
I samarbete med biomedicinska ingenjörer och flygfysiker har vi etablerat en skalbar, sluten sprängvågsmodell för mild till måttlig TBI. Denna prekliniska gnagaremodell har utvecklats speciellt för att undersöka effekterna av kraftdynamik, inklusive sprängvågor och acceleration / retardationsrörelse, som är förknippade med mänsklig mild TBI som erhållits i militär strid, sportevenemang, bilolyckor och fall. Eftersom sprängvågor korrelerar med kraftdynamiken som orsakar mild TBI hos människor, var denna modell utformad för att producera en konsekvent Friedlander-vågform med en impuls, som mäts som pund per kvadrattum (psi) * millisekund (ms). Impulsnivån skalas för att falla under definierade lungdödlighetskurvor för möss och råttor för att genomföra prekliniska undersökningar16,17,18. Dessutom möjliggör denna modell undersökning av kup- och contrecoup-skada på grund av snabba rotationskrafter i djurets huvud. Denna typ av skada är inneboende i flera typer av kliniska TBI-presentationer, inklusive de som observerats i både militär och civil befolkning. Därför passar denna mångsidiga modell ett behov som omfattar flera kliniska presentationer av TBI.
Den prekliniska modellen som presenteras här ger tillförlitliga och reproducerbara patofysiologiska förändringar associerade med klinisk mild TBI, vilket framgår av ett antal tidigare studier17,19,20,21,22,23. Studier med denna modell visade att råttor som utsattes för en lågintensiv blastvåg uppvisade neuroinflammation, axonal skada, mikrovaskulär skada, biokemiska förändringar relaterade till neuronal skada och underskott i kortvarig plasticitet och synaptisk excitabilitet19. Denna milda TBI-modell inducerade dock inga makroskopiska neuropatologiska förändringar, inklusive vävnadsskador, blödning, hematom och kontusion19 som vanligen har observerats i studier med måttliga till svåra invasiva TBI-modeller10,24. Tidigare forskning19,21,22,23 har visat att denna prekliniska modell kan användas för att karakterisera neurobiologiska och patofysiologiska processer som ligger till grund för etiologin för mild och måttlig TBI17,19,20,21,22,23. Denna modell möjliggör också testning av nya terapeutiska föreningar och strategier, samt identifiering av nya, lämpliga mål för utveckling av effektiva TBI-interventioner19,21,22,23.
Denna modell utvecklades för att undersöka effekter inducerade av sprängvågor samt snabba rotationskrafter på molekylära, cellulära och beteendemässiga resultat hos gnagare. Analogt med sprängvågsmodellen som presenteras här har ett antal prekliniska modeller utvecklats som försöker rekapitulera mild till måttlig TBI med hjälp av gasdrivna övertrycksvågor2,14,17,25,26,27,28. Några av begränsningarna hos andra modeller inkluderar: djuret är fixerat till en trådnätgurney och huvudet är immobiliserat vid stötar; de perifera organen utsätts för vågen förutom hjärnan, vilket skapar de förvirrande variablerna av polytrauma; och modellerna är stora och stationära, vilket begränsar förändring och anpassning av kritiska parametrar till bättre modellförhållanden som påminner om mänsklig TBI.
Fördelarna med denna bänkskiva, gasdrivna stötdämparinstallation är dess relativt låga kostnader för förvärv och driftskostnader, samt enkel installation och användning. Dessutom möjliggör installationen drift med hög genomströmning och generering av kontrollerade reproducerbara sprängvågor och in vivo-resultat hos både möss och råttor. För att styra för konsekventa testförhållanden (dvs. konstant sprängvåg och övertryck) är installationen utrustad med trycksensorer. Fördelarna med denna modell för TBI inkluderar skalbarhet av skadans svårighetsgrad och att mild TBI induceras med hjälp av ett icke-invasivt, slutet huvudförfarande. Toppövertryck och efterföljande hjärnskada ökar med tjockare polyestermembran på ett konsekvent skalbart sätt17. Förmågan att skala TBI-svårighetsgraden genom membrantjocklek är ett användbart verktyg för att bestämma nivån, vid vilken specifika resultatåtgärder (t.ex. neuroinflammation) blir uppenbara. Genom att tillhandahålla skyddande avskärmning för de perifera organen möjliggörs också fokuserad undersökning av milda TBI-mekanismer genom att undvika eller minska förvirrande variabler av systemisk skada, såsom lung- eller bröstskada. Dessutom gör denna inställning det möjligt att välja riktning, genom vilken sprängvågen träffar / tränger in i huvudet (dvs. head-on, side, top eller under) och därför kan olika typer av TBI-inducerande förolämpningar undersökas. Standardförfarandet för att inducera mild till måttlig TBI som beskrivs här använder sidoexponering för att utvärdera effekterna av sprängvågsskada i kombination med kup- och kontrecoupskada på grund av snabba rotationskrafter. För att undersöka uteslutande spränginducerad skada kan dessutom exponering för sprängvåg uppifrån och ner användas i denna modell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollet följer riktlinjerna för djurvård från University of Cincinnati och West Virginia University. Alla försök med djur godkändes av Institutional Animal Care and Use Committees (IACUC) och utfördes enligt principerna i Guide for the Care and Use of Laboratory Animals.
1. Installation av spräng-TBI-inställningen
- Skaffa alla arbetsdelar som krävs för installationen, inklusive: stötdämpare bestående av ståldriven och drivsektion, polyestermembran, fästbultar, trycksensorer, rörsköld av polyvinylklorid (PVC) för att skydda perifera organ, 9,53 mm högtryckshydraulledning och snabbkoppling av han- och hontillbehör, högflödesgasregulator och en gascylinder med väggfäste (se figur 1A, B och materialtabell).
OBS: Specifikationerna för den drivna och drivrutinssektion som används här (se figur 2 och materialtabell) har fastställts för att producera en konsekvent kortvarig skalad sprängvåg (se figur 3C,D) för att inducera mild till måttlig TBI hos möss. För detta ändamål valdes en kona-designad (6 ° kona) kort förarsektion. Längden och diametern på de drivna sektionerna och drivsektionerna kan modifieras för att specifikt undersöka sprängvåg29,30,31,32, kompressionsvåg18 eller chockvågsdynamik33. För experiment med råttor måste chockrörets dimensioner anpassas för att ge jämförbara krafter i enlighet med relevanta kroppsskalningsparametrar17 (se Materialtabell). - Installera de enskilda arbetsdelarna av installationen på maskinglidbord som är fästa på en stabil, lätt att rengöra yta (helst rostfritt stål för användning hos gnagare) i laboratorieutrymme som är godkänt för djurförsök.
OBS: Sprängvågsexperimenten ger en betydande ljudnivå; Välj därför en plats inom ljudabsorberande laboratorieutrymme, där buller inte kommer att störa andra experiment / laboratoriegrupper.- Fäst PVC-rörskölden vinkelrätt mot chockrörsinställningen så att gnagarens kropp blir helt täckt och endast huvudet sticker ut.
OBS: För standardproceduren för att inducera mild till måttlig TBI som beskrivs här ligger huvudets mitt 5 cm från slutet av den drivna sektionen för möss. - Väggmonterad gascylinder i närheten av installationen i enlighet med OSHA och alla andra relevanta säkerhetsbestämmelser.
OBS: Tryckluft, helium eller kvävgas används ofta för att generera sprängvågorna i gnagare chockrörsmodeller. Alla data som presenteras här har genererats med användning av helium, eftersom denna gas producerar högre övertryck under en kortare varaktighet34, vilket möjliggör lämplig skalning för murina ämnen.
- Fäst PVC-rörskölden vinkelrätt mot chockrörsinställningen så att gnagarens kropp blir helt täckt och endast huvudet sticker ut.
2. Utvärdering av installations- och sprängvågsegenskaperna med hjälp av trycksensorinspelningar.
- Förbered chockröret.
- Skär försiktigt polyestermembranet utan att böja och producera sprickor för att säkerställa konsekvent bristning.
- Sätt i membranet mellan de drivna och drivrutinssektionerna. Säkra sektionerna genom att dra åt anslutningsbultarna.
- Kontrollera att systemet är lufttätt och att membranet är ordentligt fastsatt mellan förar- och drivna sektioner.
- Anslut bensintanken via en 9,53 mm högtryckshydraulisk slang och snabbkopplingsfästen till stötdämparröret
OBS: Driv- och drivna sektioner bearbetas till exakta toleranser för att ge en fullständig tätning av membran mellan sektionerna. Detta möjliggör inget gasläckage och utesluter användning av någon form av packnings-/o-ringmaterial och möjliggör större konsistens i genererad vågform.
- Installera trycksensorerna för övervakning av sprängvågorna (se figur 1C).
- Placera en tryckgivare i huvudplaceringsområdet och tre sensorer vid stötdämparrörets utgång (se figur 1C och 2).
- Initiera inspelning från trycksensorer, strax före sprängvågsutförande. Registrera tryckvågsdata med 500 000 bilder per sekund med hjälp av en sensorsignalbalsam och datainsamlingskort (se Materialtabell).
OBS: Använd OHSA-godkända hörselkåpor för att säkerställa adekvat hörselskydd. - Öppna huvudventilen på den komprimerade bensintanken helt så att gasflödet kan producera en plötslig, snabb tryckspik.
OBS: Gasövertrycket spricker polyestermembranet för att frigöra en chockvåg som övergår till en kompressionsvåg inom den drivna sektionen och lämnar röret i riktning mot huvudplaceringsområdet. - Stäng av gasflödet omedelbart efter proceduren.
OBS: Installationen kan utrustas med en fjäderreturventil för att automatiskt och snabbt stoppa gasflödet. - Analysera tryckvågsinspelningarna med hjälp av anpassat skrivet datorprogram för att bestämma toppövertryck och grafdata. Data kan graferas med varje sensor individuellt eller överlagras på varandra för att visa planariteten hos den genererade vågen (se figur 3C,D).
OBS: Analysen kan tekniskt göras med hjälp av mer lättillgänglig programvara, men på grund av de stora datamängderna har dessa program långa förseningar när det gäller att generera tomter.
- Fastställa experimentella förhållanden som är tillräckliga för syftet med den utsedda TBI-studien och bekräfta att modellen producerar en konsekvent sprängvåg med en topp övertryck, varaktighet och impulsmätning jämförbar med en Friedlander-våg (se figur 3). Kontrollera dessa parametrar med hjälp av ovannämnda datorprogramvara.
- Kalibrera inställningarna genom att upprepa steg 2.1.1. till 2.2.5. och använd tryckvågsregistreringarna för att avgöra om inställningen behöver justeras (för representativa data se figur 3).
- Ändra konfigurationen (om det behövs).
OBS: Sprängvågsegenskaperna kan justeras genom mindre modifieringar av installationen. Till exempel påverkar huvudets avstånd till slutet av den drivna sektionen sprängvågkraften vid huvudets nivå. Polyestermembranets tjocklek bestämmer nivån på toppövertrycket, med tjockare membran som ökar toppnivåerna (se figur 3A,B). Dessutom gör inställningen det möjligt att välja den riktning genom vilken sprängvågen träffar / tränger in i huvudet (dvs. head-on, side, top eller under) och därför kan olika aspekter undersökas, såsom sprängvågsskada ensam eller i kombination med kup- och contrecoup-skada på grund av snabba rotationskrafter. - Upprepa steg 2.1.1 till 2.2.4 för att fastställa önskade sprängvågsegenskaper (om det behövs) och kontroll för reproducerbarhet.
- Upprepa steg 2.1.1 till 2.2.4 med polyestermembran av olika tjocklek för att utvärdera installationens skalbarhet (för representativa data se figur 3A,B).
3. Beredning av experimentell installation och induktion av mild TBI hos gnagare
OBS: Överför gnagare till hållområdet 30 min till 1 timme innan TBI-experiment påbörjas för att acklimatisera. Välj hållområde som påverkas minimalt av brus i proceduren.
- Förbered allt material som krävs för experimentet och kontrollera installationen för korrekt installation (t.ex. justera parametrar enligt studiens syfte) (~ 5 - 10 minuter).
OBS: Skadans svårighetsgrad kan justeras genom att välja polyestermembranets tjocklek. Baserat på våra studier används en membrantjocklek på 25,4 till 102 μm för mild till måttlig TBI hos möss35. Vi har tidigare använt membran med en tjocklek av 76,2 till 127 μm för att producera mild till måttlig TBI hos råttor19.- Skär försiktigt polyestermembranet, sätt in det mellan de drivna och drivrutinssektionerna och säkra genom att dra åt anslutningsbultarna.
- Anslut bensintanken till chockröret med hjälp av snabbkopplingsbeslag. Se till att membranet är ordentligt fastsatt mellan föraren och drivna sektioner.
- Placera tre trycksensorer vid utgången av chockröret, med 120° mellanrum, för att övervaka sprängvågsegenskaperna under TBI-induktionen enligt beskrivningen i steg 2.2.2 och 2.2.5.
- Se till att avståndet från änden av chockrörsapparaten är korrekt för varje respektive motiv med hjälp av installerad mikrometer. Håll placeringen av gnagarens huvud (dvs. position, avstånd) konstant inom studier för att möjliggöra konsekvent bedömning av skador.
OBS: Som anges i 1.2.1 kan olika typer av skador framkallas genom att välja den riktning i vilken sprängvågen påverkar huvudet. För proceduren för att inducera mild till måttlig TBI som beskrivs här placeras kroppen vinkelrätt mot chockröret som sprängvågen påverkar sidan av huvudet. I denna inställning tillåts huvudet fri rörlighet och utsätts därför för sprängvågen och snabba rotationskrafter som möjliggör generering av kupp- och contrecoup-effekter. - Starta inspelningen från trycksensorerna med hjälp av programvarans grafiska användargränssnitt (GUI).
- Anestesi och positionering av gnagare i installationen
- Överför gnagare från hållrummet och inducera anestesi med 4% isofluran i syre och behåll med 2% isofluran i syre för att minska nöd och smärta.
OBS: Se till att djuret inte svarar på tå eller svans nypa innan du fortsätter. Se till att induktionen av anestesi är konsekvent för alla försöksdjur, inklusive skenkontroller. Denna procedur kräver en låg nivå och kort varaktighet av anestesi. - Placera den helt bedövade gnagaren i PVC-rörskölden med dämpning för att skydda perifera organ från sprängvågen.
OBS: Kontrollpersoner sövs och placeras i närheten av installationen, men utsätts inte direkt för sprängvågen. Se till att reglagen utsätts för det ljud som genereras av chockröret. - Placera gnagarens huvud inom huvudplaceringsområdet och stöd det underifrån, antingen med ett stöd inbyggt direkt i skärmningsapparaten eller en gasbinda. Bestäm huvudinriktningen enligt varje enskild gnagares anatomi, med den occipitala kondyleen i linje med kanten på den skyddande avskärmningen.
OBS: Undvik att rikta tryckvågen direkt mot hjärnstammen för att minska dödligheten. Skada på andningscentret i hjärnstammen och livmoderhalsryggmärgen är känd för att bidra till andningsavvikelser och till och med dödsfall i gnagaremodeller av TBI36,37,38.
- Överför gnagare från hållrummet och inducera anestesi med 4% isofluran i syre och behåll med 2% isofluran i syre för att minska nöd och smärta.
- Exponering av gnagare för sprängvåg.
- Öppna snabbt huvudventilen på den komprimerade bensintanken för att producera en tryckspik som spricker membranet och producerar en hög explosion som bekräftar genereringen av en tryckvåg. Membranet kommer att brista visuellt när det avlägsnas efter experimentet.
OBS: En höghastighetskamera kan användas för att fånga kup- och contrecoup-effekterna av den rotationsacceleration som gnagaren upplever för vidare analys. - Stäng av gasflödet omedelbart efter att ha hört explosionen.
- Öppna snabbt huvudventilen på den komprimerade bensintanken för att producera en tryckspik som spricker membranet och producerar en hög explosion som bekräftar genereringen av en tryckvåg. Membranet kommer att brista visuellt när det avlägsnas efter experimentet.
- Återhämtning från sprängvågsexponering
- Efter exponering för sprängvåg, ta bort gnagaren från apparaten och placera på en plan yta direkt intill chockröret på deras sida.
- Övervaka försökspersoner för att bestämma rätt reflextid (RRT). Använd ett stoppur för att registrera tid från exponering för sprängvåg tills de återfår inneboende rättningsreflex. (se figur 4A).
- Så snart försökspersonerna återfår sin rättningsreflex, placera dem i sin respektive hembur där de övervakas för biverkningar (dvs. anfall, andningssvårigheter, blödning från en kroppsöppning) under de kommande 24 timmar.
- Efter den inledande övervakningsperioden kan försökspersoner analyseras med hjälp av olika biokemiska, neuropatologiska, neurofysiologiska och beteendemässiga analyser av forskarens val (se nedan).
- Förbered installationen och utrymme för nästa experiment.
- Rengör installationen med tvättmedel för att ta bort lukt.
4. Nedströmstillämpningar för gnagare som utsätts för sprängvågs-/rotationskrafter och manöverorgan
OBS: I tidigare studier bedömdes effekterna av mild till måttlig TBI vid olika tidpunkter efter exponering för en blastvåg och rotationskrafter hos gnagare med hjälp av nedströms applikationer, inklusive biokemiska, neuropatologiska, neurofysiologiska och beteendeanalyser19.
- Biokemisk analys
- Vid definierade experimentella tidpunkter (timmar till dagar efter mild TBI), skörda vävnad (t.ex. hjärna, blod) för biokemisk analys med hjälp av standardprotokoll enligt beskrivningen19.
- Använd vävnad för biokemisk analys (dvs. immunoblotting, ELISA, etc.) för att bedöma effekten av mild TBI på neurobiologiska och patofysiologiska processer.
- Neuropatologisk analys
- Vid definierade experimentella tidpunkter (timmar till dagar efter mild TBI), perfusera gnagare transkardiellt med saltlösning följt av 4% paraformaldehydlösning för att fixera vävnad enligt beskrivningen19.
OBS: Vissa applikationer är inte kompatibla med paraformaldehydfixering (t.ex. silverfärgning, vissa antikroppar för immunohistokemi). - Använd perfuserad, fast vävnad för anatomiska, histologiska och molekylära analyser för att bedöma neuropatologiska förändringar associerade med mild TBI, inklusive neuroinflammation, neurodegeneration och neurokemiska förändringar enligt beskrivningen19.
- Vid definierade experimentella tidpunkter (timmar till dagar efter mild TBI), perfusera gnagare transkardiellt med saltlösning följt av 4% paraformaldehydlösning för att fixera vävnad enligt beskrivningen19.
- Neurofysiologisk analys i hjärnskivor
- Vid definierade experimentella tidpunkter (timmar till dagar efter mild TBI), offra gnagare genom halshuggning, ta bort hjärnan och förbered hjärnskivor enligt beskrivningen19.
- Utföra elektrofysiologiska inspelningar enligt beskrivningen19 för att bedöma effekten av mild TBI på basala synaptiska egenskaper och synaptisk plasticitet.
- Beteendeanalys
- Vid definierade experimentella tidpunkter (timmar till dagar efter mild TBI), utvärdera beteendeprestanda, inklusive motorisk funktion (t.ex. öppet fält, rotarod, lokomotorisk aktivitet; se figur 4D) och lärande och minne (t.ex. rädsla konditionering, Barnes labyrint, Morris vattenlabyrint).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Skalbarheten i sprängvågsinställningen testades med tre olika membrantjocklekar, 25,4, 50,8 och 76,2 μm. Topptrycksnivåerna bedömdes vid huvudplaceringsområdet och utgången av chockrörsapparaten med hjälp av piezoelektriska trycksensorer (se figur 1 och figur 2). Topptrycket ökar i överensstämmelse med membrantjockleken vid båda sensorplatserna (figur 3A,B), vilket visar att topptrycket är skalbart till sin natur. Den här egenskapen hos installationen kan utnyttjas för att kalibrera systemet och bedöma dess skalbarhet enligt beskrivningen i steg 2.3.
För att utvärdera effekterna av blastinducerad TBI in vivo utsattes vuxna, 3 månader gamla, manliga, vilda C57Bl / 6J-möss för sprängvågor som producerades av denna inställning (Figur 1 & Figur 2) med hjälp av protokollet som beskrivs här. Först bedömdes effekterna av blastvågor som producerades med två olika membrantjocklekar (50,8 och 76,2 μm) eller bluffbehandling på rättningsreflextid (RRT) (figur 4A). Mössens latens att helt rätta sig själva (4 tassar på marken) efter anestesi bestäms här som RRT. Mössen bedövades med isofluran (konsekvent, kort och mild anestesi) och genomgick sedan TBI-induktion eller skenbehandling. Omedelbart efter skadan fick mössen återhämta sig och tid att återfå rättningsreflexen registrerades. Möss som utsattes för en sprängvåg som producerades med membranet på 76,2 μm uppvisade en signifikant ökning av RRT jämfört med bluffkontroller som genomgick samma anestesiprocedur (figur 4A), vilket tyder på att denna sprängvåg inducerar medvetslöshet. Däremot uppvisar möss som utsätts för en sprängvåg från membranet på 50,8 μm inga signifikanta ökningar av RRT (figur 4A), vilket indikerar mild form av TBI. Ruptur av ett standard 76,2 μm polyestermembran resulterar i snabb generering av en kortvarig sprängvåg på cirka 160 psi övertryck (figur 3C), som den vänstra sidan av ämnets kranium utsätts för under experimentproceduren.
De kortsiktiga fysiologiska effekterna som uppstår efter exponering för sprängvågs- och rotationskrafter hos gnagare är för närvarande inte väl karakteriserade. För att avgränsa de akuta effekterna av sprängvågsexponering och rotationskrafter från denna modell bedömde vi kärnkroppstemperaturreglering och kroppsvikt. Temperaturen och kroppsvikten hos vuxna, 3 månader gamla, manliga vildtypsmöss registrerades efter TBI-induktion. Baslinjens kärnkroppstemperatur och kroppsvikt registrerades hos mössen före TBI-procedur eller bluffbehandling. Exponering för en blastvåg som producerades med membranet på 76,2 μm minskade signifikant kroppstemperaturen under den första timmen hos TBI-inducerade möss jämfört med deras skenkontroller (figur 4B), vilket indikerar en signifikant fysiologisk effekt som produceras av TBI-induktion. Konsekvent uppvisade möss som utsattes för TBI med 76,2 μm membran en akut, tidsberoende men ändå signifikant minskning av den totala kroppsvikten en dag efter TBI jämfört med sham (Figur 4C).
För att undersöka effekten av TBI på beteendemässiga resultat analyserades effekten av blastinducerad TBI på akut rörelseaktivitet (Figur 4D). Vuxna, 3 månader gamla, manliga C57Bl/6J-möss genomgick TBI-induktion med 76,2 μm membran- eller skenbehandling och rörelseaktiviteten övervakades i 30 minuter tre timmar efter TBI. Exponering för en blastvåg som producerades med membranet på 76,2 μm resulterade i en akut, signifikant minskning av rörelseaktiviteten (figur 4D).
Figur 1: Inställning av murin sprängvågsmodell. (A-C) Representativa bilder av installationen av sprängvågsmodellen för möss. Sidovy av installationen (A). Övre vy av installationen (B). 1, gascylinder med en högflödesgasregulator; 2, 9,53 mm högtryckshydraulledning och snabbanslutning av han- och hontillbehör; 3, förardelen av chockröret; 4, driven del av chockröret; 5, PVC-rörsköld; 6, huvudplaceringsområde; 7, polyestermembran. De enskilda delarna av installationen är installerade på maskinens glidbord som möjliggör exakt positionering av föraren (3) och drivna sektioner (4) i förhållande till försöksperson som genomgår skadeinduktion. (C) Övre vy över installationen med trycksensorplaceringar. Tre sensorer är placerade i ett plan vid utgången av chockröret, 120 grader från varandra (S1 - S3), för att övervaka sprängvågsegenskaperna under TBI-induktionen. En sensor är installerad vid huvudplaceringsområdet (S4). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 2: Schematiskt över murint övertryckstötdämpare. Precisionsmaskinerat stötdämparrör är tillverkat av höghållfast stål. Förarsektionens inre utrymme är vinklat vid 6 grader. Invändig diameter på föraren och den drivna sektionen är 37 mm. Parningsytor på förardrivna sektioner är precisionsföljda för att säkerställa fullständig tätning. Hela stötdämparen är industriellt fastklämd på ett maskinglidbord för att säkerställa solid montering och konsistens av sprängvågsgenerering. Vid utgången av den drivna sektionen borras hål (i ett plan, 120 ° från varandra) för att installera de tre trycksensorerna (indikeras av *). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 3: Tryckinspelningar från murin sprängvågsinställning. (A,B) Topptrycket är skalbart och beroende av polyestermembrantjockleken. Trycksensorer användes för att registrera topptryck som producerades av chockröret med heliumgas och polyestermembran med en tjocklek av 25,4, 50,8 eller 76,2 μm. (A) Vid huvudplaceringsområdet var det genomsnittliga topptrycket som producerades med 25,4 μm membran 428 ± 15,9 kPa, med 50,8 μm membran 637 ± 21,4 kPa och med 76,2 μm membran 1257 ± 40,7 kPa (SEM, n = 7-12, enkelriktad ANOVA följt av post-hoc Dunnetts jämförelsetest, *** P ≤ 0,001). (B) Vid chockrörets utgång var det genomsnittliga topptrycket registrerat med 25,4 μm membran 164 ± 11,7 kPa, med 50,8 μm membran 232 ± 11,7 kPa och med 76,2 μm membran 412 ± 11,0 kPa (SEM, n = 7-12, enkelriktad ANOVA följt av post-hoc Dunnetts jämförelsetest, ** P ≤ 0,01, *** P ≤ 0,001). (C) Representativt diagram över tryckregistreringen från sensorn vid huvudplaceringsområdet (incidentsensor) med hjälp av ett membran på 76,2 μm. Vågformen liknar den hos en Friedlander-våg, skalad i tid / varaktighet för murina ämnen. (D) Representativt diagram över tryckregistreringen från tre distinkta sensorer placerade i slutet av den drivna sektionen för att bestämma vågformens linjäritet/fas inom den drivna sektionen. Alla tre sensorerna (placerade 120 grader från varandra) visar en liknande uppgång / falltid som indikerar att vågformen som lämnar den drivna sektionen är likartad i tvärsnitt inom den drivna sektionen. Sprängvågen genererades med hjälp av ett 76,2 μm membran. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 4: Akuta in vivo-effekter av blastinducerad TBI. (A) Måttlig TBI, men inte mild TBI ökar röjningsreflextiden (RRT). Vuxna, 3 månader gamla, manliga, vilda C57Bl / 6J-möss utsattes för TBI-procedurer med användning av chockröret med heliumgas och polyestermembran med en tjocklek av 50,8 eller 76,2 μm eller bluffbehandling. Omedelbart efter skada eller skenbehandling fick möss återhämta sig och RRT registrerades. TBI-induktion med 50,8 μm membran eller skenbehandling uppvisade jämförbara nivåer av RRT. Däremot ökar TBI-induktion med användning av ett 76,2 μm membran RRT, vilket indikerar en medvetslöshet inducerad av blastvågen med 76,2 μm-membranet (SEM, n = 4-10, Sham RRT = 35,6 ± 2,0 s, 50,8 μm membran RRT = 43,0 ± 4,3 s och 76,2 μm membran RRT = 254,0 ± 40,2 s, enkelriktad ANOVA följt av post-hoc Dunnetts jämförelsetest, P ≤ 0,001). (B) Måttlig TBI minskar signifikant och övergående kärnkroppstemperaturen. Vuxna, 3 månader gamla, manliga, vilda C57Bl/6J-möss utsattes för TBI-induktion med 76,2 μm membran eller skenbehandling. Deras kärnkroppstemperatur registrerades i två timmar. Baslinjens kärnkroppstemperatur registrerades före TBI-induktion. Blastinducerad TBI med 76,2 μm membran är förknippad med en signifikant minskning av kärnkroppstemperaturen inom den första timmen efter TBI. (SEM, n = 10, tvåvägs upprepade åtgärder ANOVA, följt av post-hoc Bonferronis multipla jämförelsetester, ** P ≤ 0,01, *** P ≤ 0,001). (C) Måttlig TBI resulterar i en övergående minskning av kroppsvikten. Vuxna, 3 månader gamla, manliga C57Bl/6J-möss utsattes för TBI-procedurer med 76,2 μm membran eller skenbehandling. Därefter registrerades kroppsvikter i 5 dagar. Total kroppsvikt minskade signifikant en dag efter TBI (SEM, n = 7, tvåvägs upprepade åtgärder ANOVA följt av post-hoc Bonferronis multipla jämförelsetester, * P ≤ 0,05). (D) Måttlig TBI resulterar i akut minskning av rörelseaktiviteten. Vuxna, 3 månader gamla, manliga C57Bl/6J-möss utsattes för TBI-procedurer med 76,2 μm membran eller skenbehandling. Tre timmar efter TBI-rörelseaktivitet spårades i 30 minuter och kvantifierades med hjälp av videospårningsprogramvara (SEM, n = 9-11, opared two-tailed t-test, ** P = 0,01). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi presenterar här en preklinisk mild TBI-modell som är kostnadseffektiv, lätt att installera och utföra och möjliggör hög genomströmning, tillförlitliga och reproducerbara experimentella resultat. Denna modell ger skyddande avskärmning till perifera organ för att möjliggöra fokuserad undersökning av milda TBI-mekanismer samtidigt som de förvirrande variablerna för systemisk skada begränsas. Däremot är andra sprängmodeller kända för att orsaka skador på perifera organ2,39,40. En annan fördel med denna modell är dess förmåga att leverera sprängvågen från önskad vinkel jämfört med den fasta positionen i andra sprängmodeller40. Detta möjliggör fokuserade anatomiska studier för att bättre förstå hjärnans sårbarhet.
För att studera human blastrelaterad TBI bör en relevant modell för TBI producera biomekaniska krafter som är jämförbara med dem som försökspersonerna upplever under TBI-induktion. En kliniskt relevant modell bör också inducera neurobiologiska, patofysiologiska och beteendemässiga resultat som observerats hos patienter som lider av mild TBI. I tidigare studier har sprängvågsmodellen som presenteras här undersökts grundligt17,19,21, och många biofysiska och neurobiologiska aspekter som påminner om mänsklig TBI, inklusive sprängvågdynamik och krafter, neuroinflammation, axonal skada och mikrovaskulär skada har utvärderats. Dessa studier har gett bevis för att denna prekliniska blastvågsmodell för TBI producerar tillförlitliga och reproducerbara neurobiologiska och patofysiologiska förändringar i samband med klinisk TBI.
Dessutom, med den ökade förekomsten av mild blast TBI inom den militära befolkningen7,8, ger denna mångsidiga gnagaremodell för mild mänsklig TBI forskare ett värdefullt verktyg för att undersöka processer som ligger till grund för sprängrelaterad TBI och utforska nya terapeutiska strategier. Till exempel visar vår modell neurovaskulära komplikationer och belyser vikten av vaskulär intervention som ett lovande terapeutiskt tillvägagångssätt22,23,35. Konsekvent har andra prekliniska modeller av blast TBI också producerat neurovaskulära effekter associerade med neurodegeneration och beteendemässiga underskott2,25,40,41,42,43.
Baserat på tidigare forskning19,21,22,23 har vi fastställt att sprängvågsmodellen som presenteras här kan vara väl lämpad för undersökningen av patofysiologi och etiologi för mänsklig hjärnskakning. De flesta prekliniska TBI-modeller tillåter inte huvudrörelse44 även om de biomekaniska egenskaper som är förknippade med snabb huvudacceleration/retardation är en prediktiv faktor för utveckling av hjärnskakning hos människa45,46. I överensstämmelse med den modell som beskrivs häri visade Goldstein och kollegor14 att snabb huvudrörelse inducerad av sprängkrafter är en förutsättning för induktion av beteendemässiga underskott, eventuellt på grund av rotationskrafter och skjuvning. En bättre förståelse av de patofysiologiska förändringar som uppstår vid mild TBI och som svar på hjärnskakning skulle också bidra till att bestämma kliniska biomarkörer och identifiera nya mål för utveckling av behandlingar för TBI.
Lite är känt om de patofysiologiska förändringarna och sjukdomsprogressionen efter repetitiv mild TBI (t.ex. repetitiv hjärnskakning som upplevs inom sport). Denna prekliniska modell tillåter studier av repetitiv mild TBI med liten eller ingen dödlighet. Däremot orsakar vissa TBI-modeller allvarliga skador, och därför är det ofta svårt eller omänskligt att framkalla ytterligare skada. Dessutom är allvarliga skador ofta irreparabla och detektering av subtila fysiologiska förändringar kan uteslutas. Denna modell möjliggör också en skalbar undersökning av olika intervall mellan skador; en kritisk parameter för repetitiv mild TBI som kräver ytterligare karakterisering. Efter TBI utlöses ett CNS-skadesvar som hjälper till att skydda hjärnans integritet och förhindra utbredd neuronal celldöd. Skaderesponsen kan faktiskt påverkas avsevärt av införandet av en annan skada inom en kort tidsperiod efter den första skadan. Denna modell möjliggör undersökning av interskadeintervallet, vilket är en viktig aspekt av klinisk prövningsdesign för repetitiv mild TBI. Dessutom möjliggör denna skalbara modell ett snabbt arbetsflöde med hög genomströmning, vilket underlättar undersökning av flera parametrar samtidigt, liksom utvärdering av terapeutisk aktivitet hos nya interventioner.
En begränsning av denna modell är oförmågan att kontrollera sprängvågens egenskaper mellan rörutgången och djurets huvud. Även om sprängvågen är turbulent vid utgången från chockröret är utfallsmåtten fortfarande tillförlitliga och reproducerbara med en konsekvent positionering av gnagarens huvud18. Därför är det viktigt att hålla de experimentella inställningarna (dvs. huvudposition och avstånd från chockrörets utgång) konstanta mellan alla studier. För att optimera modelldesign och protokoll har vågformsdynamiken mellan rörutgången och huvudplaceringsområdet mätts (figur 3) och modellerats med hjälp av numeriska simuleringar18. Framtida projekt kommer att integrera finit elementmodellering för att bestämma hur kraftdynamiken överförs från skallen till hjärnhinnorna, till cerebrospinalvätska och slutligen in i hjärnvävnaden. Det komplexa samspelet mellan kraftdynamik och biofysik och resulterande fysiologiska svar är viktiga områden inom TBI-forskningen som hittills har varit underutforskade.
Sammanfattningsvis presenterar vi här ett protokoll och visualiserat experiment av en sprängvågsskademodell som har utvecklats för att undersöka effekterna av mild TBI. Den kollektiva erfarenheten av ingenjörer, läkare och biomedicinska forskare bidrog till optimeringen av dess biofysiska / fysiologiska validitet och neurobiologiska relevans. Denna modell har validerats grundligt och har redan gett meningsfulla resultat, särskilt för att förstå tidig dynamik av mild TBI17,19,20,21,22,23. Att utnyttja denna prekliniska modell för att ytterligare studera mild TBI kommer avsevärt att öka vår förståelse för TBI: s patofysiologi och etiologi och bidra till utvecklingen av nya interventioner till förmån för patienter som lider av TBI.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna förklarar att de inte har några konkurrerande intressen.
Acknowledgments
Vi tackar R. Gettens, N. St. Johns, P. Bennet och J. Robson för deras bidrag till utvecklingen av TBI-modellen. NARSAD Young Investigator Grants från Brain & Behavior Research Foundation (F.P. och M.J.R.), ett forskningsbidrag från Darrell K. Royal Research Fund for Alzheimers Disease (F.P.) och ett PhRMA Foundation Award (M.J.R.) stödde denna forskning. Detta arbete stöddes genom predoktorala stipendier från American Foundation for Pharmaceutical Education (A.F.L och B.P.L.).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3/8 SAE High Pressure Hydraulic Hose | Eaton Aeroquip | R2-6-6-36M | Available from Grainger |
| 3/8'' Quick Connect Female Plugs | Karcher | KAR 86410440 | |
| 3/8'' Quick Connect Male Plugs | Karcher | KAR 86410440 | |
| ANY-maze video tracking software | Stoelting Co. | ANY-maze software | |
| Clear Mylar membrane | ePlastics.com | POLYCLR0.003 | http://www.eplastics.com/Plastic/Clear_Polyester_Film/POLYCLR0-003; Clear Mylar membrane is sold in various thicknesses. All are sold by vendor listed above. |
| Compound Slide Table (X2) | Grizzly Industrial | G5757 | |
| Deadman Gas Control Ball Valve | Coneraco Inc. | 71-502-01 | "Apollo", Available from Grainger |
| Driver and driven section (murine) | own design/production | n/a | For further information please contact the authors |
| Driver and driven section (rat) | own design/production | n/a | For further information please contact the authors |
| Ear Muffs | 3M | 37274 | Available from Grainger |
| Gas Regulator - Hi Flow 3500-600-580 | Harris | 3003539 | |
| Helium Gas | AirGas | HE 300 | Tanks are available in various sizes |
| Inhalation Anesthesia System | VetEquip | 901806 | |
| Input Module | National Instruments | NI 9223 | |
| Isoflurane | Baxter | NDC 10019-360-40 | Ordered by veterinarian |
| Laboratory Timer/Stopwatch | Fisher Scientific | 50-550-352 | |
| Labview version 12.0 | National Instruments | Data Acquistion Software | |
| Magnetic Dial Indicator/Micrometer | Grizzly Industrial | G9849 | |
| MATLAB | MathWorks | Software for pressure recording analysis | |
| Oxygen Regulator | Medline | HCS8725M | |
| PC for Data Processing | Dell | ||
| Polyvinylchloride Tubing - 25.4 mm | FORMUFIT | P001FGP-WH-40x3 | |
| Pressure sensors | PCB Piezotronics | 102A05 | |
| Receiver USB Chassis | National Instruments | DAQ-9171 | |
| Sensor Signal Conditioner | PCB Piezotronics | 482C series | |
| Stainless NSF-Rated Mounting Table | Gridmann | GR06-WT2448 | |
| T Handle Allen Wrench - 3/16'' | S&K | 73310 |
References
- Bazarian, J. J., et al. Mild traumatic brain injury in the United States, 1998--2000. Brain Injury. 19 (2), 85-91 (2005).
- Meabon, J. S., et al. Repetitive blast exposure in mice and combat veterans causes persistent cerebellar dysfunction. Science Translational Medicine. 8 (321), (2016).
- Mac Donald, C. L., et al. Detection of blast-related traumatic brain injury in U.S. military personnel. New England Journal of Medicine. 364 (22), 2091-2100 (2011).
- Fischer, B. L., et al. Neural activation during response inhibition differentiates blast from mechanical causes of mild to moderate traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 31 (2), 169-179 (2014).
- Peskind, E. R., et al. Cerebrocerebellar hypometabolism associated with repetitive blast exposure mild traumatic brain injury in 12 Iraq war Veterans with persistent post-concussive symptoms. Neuroimage. 54, Suppl 1 76-82 (2011).
- Jorge, R. E., et al. White matter abnormalities in veterans with mild traumatic brain injury. American Journal of Psychiatry. 169 (12), 1284-1291 (2012).
- Hoge, C. W., et al. Mild traumatic brain injury in U.S. Soldiers returning from Iraq. New England Journal of Medicine. 358 (5), 453-463 (2008).
- Eskridge, S. L., et al. Injuries from combat explosions in Iraq: injury type, location, and severity. Injury. 43 (10), 1678-1682 (2012).
- Lighthall, J. W. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model. Journal of Neurotrauma. 5 (1), 1-15 (1988).
- Dixon, C. E., Clifton, G. L., Lighthall, J. W., Yaghmai, A. A., Hayes, R. L. A controlled cortical impact model of traumatic brain injury in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 39 (3), 253-262 (1991).
- McIntosh, T. K., et al. Traumatic brain injury in the rat: characterization of a lateral fluid-percussion model. Neuroscience. 28 (1), 233-244 (1989).
- Thompson, H. J., et al. Lateral fluid percussion brain injury: a 15-year review and evaluation. Journal of Neurotrauma. 22 (1), 42-75 (2005).
- Osier, N., Dixon, C. E. Mini Review of Controlled Cortical Impact: A Well-Suited Device for Concussion Research. Brain Sciences. 7 (7), (2017).
- Goldstein, L. E., et al. Chronic traumatic encephalopathy in blast-exposed military veterans and a blast neurotrauma mouse model. Science Translational Medicine. 4 (134), (2012).
- Rodriguez-Grande, B., et al. Gliovascular changes precede white matter damage and long-term disorders in juvenile mild closed head injury. Glia. 66 (8), 1663-1677 (2018).
- Bowen, I. G., Fletcher, E. R., Richmond, D. R., Hirsch, F. G., White, C. S. Biophysical mechanisms and scaling procedures applicable in assessing responses of the thorax energized by air-blast overpressures or by nonpenetrating missiles. Annals of the New York Academy of Sciences. 152 (1), 122-146 (1968).
- Turner, R. C., et al. Modeling clinically relevant blast parameters based on scaling principles produces functional & histological deficits in rats. Experimental Neurology. , 520-529 (2013).
- Lucke-Wold, B. P., et al. Elucidating the role of compression waves and impact duration for generating mild traumatic brain injury in rats. Brain Injury. 31 (1), 98-105 (2017).
- Hernandez, A., et al. Exposure to mild blast forces induces neuropathological effects, neurophysiological deficits and biochemical changes. Molecular Brain. 11 (1), 64 (2018).
- Bittar, A., et al. Neurotoxic tau oligomers after single versus repetitive mild traumatic brain injury. Brain Communications. 1 (1), (2019).
- Logsdon, A. F., et al. Salubrinal reduces oxidative stress, neuroinflammation and impulsive-like behavior in a rodent model of traumatic brain injury. Brain Research. 1643, 140-151 (2016).
- Lucke-Wold, B. P., et al. Bryostatin-1 Restores Blood Brain Barrier Integrity following Blast-Induced Traumatic Brain Injury. Molecular Neurobiology. 52 (3), 1119-1134 (2015).
- Logsdon, A. F., et al. Altering endoplasmic reticulum stress in a model of blast-induced traumatic brain injury controls cellular fate and ameliorates neuropsychiatric symptoms. Frontiers in Cellular Neuroscience. 8, 421 (2014).
- Dixon, C. E., et al. A fluid percussion model of experimental brain injury in the rat. Journal of Neurosurgery. 67 (1), 110-119 (1987).
- Long, J. B., et al. Blast overpressure in rats: recreating a battlefield injury in the laboratory. Journal of Neurotrauma. 26 (6), 827-840 (2009).
- Budde, M. D., et al. Primary blast traumatic brain injury in the rat: relating diffusion tensor imaging and behavior. Frontiers in Neurology. 4, 154 (2013).
- Genovese, R. F., et al. Effects of mild TBI from repeated blast overpressure on the expression and extinction of conditioned fear in rats. Neuroscience. 254, 120-129 (2013).
- Kuriakose, M., Rama Rao, K. V., Younger, D., Chandra, N. Temporal and Spatial Effects of Blast Overpressure on Blood-Brain Barrier Permeability in Traumatic Brain Injury. Scientific Reports. 8 (1), 8681 (2018).
- Cernak, I., et al. The pathobiology of blast injuries and blast-induced neurotrauma as identified using a new experimental model of injury in mice. Neurobiology of Disease. 41 (2), 538-551 (2011).
- Prima, V., Serebruany, V. L., Svetlov, A., Hayes, R. L., Svetlov, S. I. Impact of moderate blast exposures on thrombin biomarkers assessed by calibrated automated thrombography in rats. Journal of Neurotrauma. 30 (22), 1881-1887 (2013).
- Mishra, V., et al. Primary blast causes mild, moderate, severe and lethal TBI with increasing blast overpressures: Experimental rat injury model. Scientific Reports. 6, 26992 (2016).
- Tompkins, P., et al. Brain injury: neuro-inflammation, cognitive deficit, and magnetic resonance imaging in a model of blast induced traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 30 (22), 1888-1897 (2013).
- Kuriakose, M., et al. Tailoring the Blast Exposure Conditions in the Shock Tube for Generating Pure, Primary Shock Waves: The End Plate Facilitates Elimination of Secondary Loading of the Specimen. Public Library of Science One. 11 (9), 0161597 (2016).
- Panzer, M. B., et al. A Multiscale Approach to Blast Neurotrauma Modeling: Part I - Development of Novel Test Devices for in vivo and in vitro Blast Injury Models. Frontiers in Neurology. 3, 46 (2012).
- Logsdon, A. F., et al. A mouse Model of Focal Vascular Injury Induces Astrocyte Reactivity, Tau Oligomers, and Aberrant Behavior. Archives of Neuroscience. 4 (2), (2017).
- Lee, M. C., Klassen, A. C., Heaney, L. M., Resch, J. A. Respiratory rate and pattern disturbances in acute brain stem infarction. Stroke. 7 (4), 382-385 (1976).
- Ikeda, K., et al. The respiratory control mechanisms in the brainstem and spinal cord: integrative views of the neuroanatomy and neurophysiology. Journal of Physiological Sciences. 67 (1), 45-62 (2017).
- Alilain, W. J., Horn, K. P., Hu, H., Dick, T. E., Silver, J. Functional regeneration of respiratory pathways after spinal cord injury. Nature. 475 (7355), 196-200 (2011).
- Logsdon, A. F., et al. Blast exposure elicits blood-brain barrier disruption and repair mediated by tight junction integrity and nitric oxide dependent processes. Scientific Reports. 8 (1), 11344 (2018).
- Logsdon, A. F., et al. Nitric oxide synthase mediates cerebellar dysfunction in mice exposed to repetitive blast-induced mild traumatic brain injury. Scientific Reports. 10 (1), 9420 (2020).
- Huber, B. R., et al. Blast exposure causes dynamic microglial/macrophage responses and microdomains of brain microvessel dysfunction. Neuroscience. 319, 206-220 (2016).
- Gama Sosa, M. A., et al. Low-level blast exposure disrupts gliovascular and neurovascular connections and induces a chronic vascular pathology in rat brain. Acta Neuropathologica Communications. 7 (1), 6 (2019).
- Abutarboush, R., et al. Exposure to Blast Overpressure Impairs Cerebral Microvascular Responses and Alters Vascular and Astrocytic Structure. Journal of Neurotrauma. 36 (22), 3138-3157 (2019).
- Xiong, Y., Mahmood, A., Chopp, M.
- Petraglia, A. L., et al. Concussion in the absence of head impact: a case in a collegiate hammer thrower. Current Sports Medicine Reports. 14 (1), 11-15 (2015).
- Viano, D. C., Casson, I. R., Pellman, E. J. Concussion in professional football: biomechanics of the struck player--part 14. Neurosurgery. 61 (2), 313-327 (2007).
