外傷性脳損傷の誘導に対する制御された皮質影響のマウスモデル
Summary
ここでは、オープンヘッド制御皮質衝撃を介したマウス外傷性脳損傷の誘導のためのプロトコルについて説明する。
Abstract
米国疾病管理・傷害予防センターは、米国では毎年約200万人が外傷性脳損傷(TBI)を受けていると推定しています。実際、TBIは傷害関連死亡率の3分の1以上に寄与する要因です。それにもかかわらず、TBIの病態生理学の根底にある細胞および分子機構は十分に理解されていない。従って、ヒト患者におけるTBIに関連する傷害機構を複製することができるTBIの前臨床モデルは、重要な研究ニーズである。TBIの制御された皮質衝撃(CCI)モデルは、露出した皮質に直接影響を与える機械装置を利用する。ヒト患者におけるTBIの異種傷害パターンおよび異種性質を完全に要約できるモデルはないが、CCIは臨床的に適用可能なTBIの広い範囲を誘導することができる。さらに、CCIは簡単に標準化され、研究者は実験全体だけでなく、調査グループ間で結果を比較することができます。以下のプロトコルは、TBIのマウスモデルにおいて市販の影響を与える装置を有する重度のCCIを適用する詳細な説明である。
Introduction
疾病管理・傷害予防センターは、毎年約200万人のアメリカ人が外傷性脳損傷(TBI)を持続すると推定しています1,2.実際、TBIは米国における負傷関連死亡者の30%以上に貢献しており、医療費は年間800億ドルに近く、1人当たり年間約400万ドルが重度のTBI3、4、5を生き延びています。TBIの影響は、慢性外傷性脳症(CTE)と呼ばかれた行動、認知、運動障害の陰湿な発症を伴う生存者によって被った重要な長期的な神経認知および神経精神合併症によって強調される。6,7,8,9,10. 臨床症状をもたらさないサブ臨床脳震盪事象であっても、長期的な神経機能障害を引き起こす可能性がある11,12.
TBIの研究のための動物モデルは、1800年代後半の13以来採用されています.●1980年代にはTBIのモデリングを目的とした空気インパクターが開発されました。この方法は、現在、制御された皮質影響(CCI)14と呼ばれています。CCIの制御と再現性は、げっ歯類15で使用するためのモデルを適応させるために研究者を導いた.私たちの研究室は、市販のインパクターと電子作動装置16、17を介してTBIを誘導するために、このモデルを使用しています。このモデルは使用される生力学的変数に応じて臨床的に適用可能なTBI状態の広い範囲を作り出すことができる。当研究室で引き起こされた重度の損傷後のTBI脳の組織学的評価は、横質皮質および海馬の損失、ならびに反対面上皮および歪みを示す。さらに、CCIは、行動アッセイ18によって測定される運動および認知機能において一貫した障害を生み出す。CCIの制限には、開頭術の必要性とインパクターと作動装置の取得費用が含まれます。
TBIのいくつかの追加モデルが存在し、横液パーカッションモデル、重量降下モデル、および爆発傷害モデル19、20、21を含む文献で十分に確立されています。これらのモデルのそれぞれは、独自の明確な利点を持っていますが、主な欠点は、混合傷害、高死亡率と標準化の欠如、それぞれ22.さらに、これらのモデルのいずれもCCIの正確さ、精密および再現性を提供しない。CCIモデルは、作動装置に入力された生体力学的パラメータを調整することにより、研究者が傷害の大きさ、傷害の深さ、および脳に適用される運動エネルギーを正確に制御することを可能にする。これは、研究者が脳の特定の領域にTBIの全スペクトルを適用する能力を与えます.また、実験から実験まで最大の再現性を可能にします。
Protocol
Representative Results
Discussion
信頼性の高い一貫性のある傷害を適用するために重要ないくつかの手順があります。まず、マウスは、頭蓋切除術の実行中に動きを保証しない外科的麻酔の深い平面に達しなければなりません。多くの麻酔薬はげっ歯類の全身麻酔を誘発するために使用されるかもしれませんが、吸入麻酔薬などの呼吸抑制を誘発する麻酔薬は、重度のTBIと組み合わせると呼吸停止を引き起こす可能性があり?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、国立衛生助成協会GM117341と外科医C.ジェームズ・カリコ研究フェローシップS.J.S.に支援されました。
Materials
| AnaSed Injection Xylazine Sterile Solution | LLOYD, Inc. | 5939911020 |
| Buprenorphine SR Lab 0.5mg/mL | Zoopharm-Wildlife Pharmaceuticals USA | BSRLAB0.5-182012 |
| High Speed Rotary Micromotor KiT0 | Foredom Electric Company | K.1070 |
| Imapact one for Stereotaxix CCI | Leica Biosystems Nussloch GmbH | 39463920 |
| Ketathesia Ketamine HCl Injection USP | Henry Schein, Inc | 56344 |
| Mouse Specific Stereotaxic Base | Leica Biosystems Nussloch GmbH | 39462980 |
| Trephines for Micro Drill | Fine Science Tools, Inc | 18004-50 |
Referências
- Faul, M. . Traumatic Brain Injury in the United States: Emergency Department Visits, Hospitalizations and Deaths 2002-2006. , (2010).
- Roozenbeek, B., Maas, A. I., Menon, D. K. Changing patterns in the epidemiology of traumatic brain injury. Nature Reviews Neurology. 9 (4), 231-236 (2013).
- Corso, P., Finkelstein, E., Miller, T., Fiebelkorn, I., Zaloshnja, E. Incidence and lifetime costs of injuries in the United States. Injury Prevention. 12 (4), 212-218 (2006).
- Pearson, W. S., Sugerman, D. E., McGuire, L. C., Coronado, V. G. Emergency department visits for traumatic brain injury in older adults in the United States: 2006-08. Western Journal of Emergency Medicine. 13 (3), 289-293 (2012).
- Whitlock, J. A., Hamilton, B. B. Functional outcome after rehabilitation for severe traumatic brain injury. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 76 (12), 1103-1112 (1995).
- Schwarzbold, M., et al. Psychiatric disorders and traumatic brain injury. Neuropsychiatric Disease and Treatment. 4 (4), 797-816 (2008).
- Whelan-Goodinson, R., Ponsford, J., Johnston, L., Grant, F. Psychiatric disorders following traumatic brain injury: their nature and frequency. Journal of Head Trauma Rehabilitation. 24 (5), 324-332 (2009).
- Peskind, E. R., Brody, D., Cernak, I., McKee, A., Ruff, R. L. Military- and sports-related mild traumatic brain injury: clinical presentation, management, and long-term consequences. Journal of Clinical Psychiatry. 74 (2), 180-188 (2013).
- Martin, L. A., Neighbors, H. W., Griffith, D. M. The experience of symptoms of depression in men vs women: analysis of the National Comorbidity Survey Replication. JAMA Psychiatry. 70 (10), 1100-1106 (2013).
- Makinde, H. M., Just, T. B., Cuda, C. M., Perlman, H., Schwulst, S. J. The Role of Microglia in the Etiology and Evolution of Chronic Traumatic Encephalopathy. Shock. 48 (3), 276-283 (2017).
- Belanger, H. G., Vanderploeg, R. D., McAllister, T. Subconcussive Blows to the Head: A Formative Review of Short-term Clinical Outcomes. Journal of Head Trauma Rehabilitation. 31 (3), 159-166 (2016).
- Carman, A. J., et al. Expert consensus document: Mind the gaps-advancing research into short-term and long-term neuropsychological outcomes of youth sports-related concussions. Nature Reviews Neurology. 11 (4), 230-244 (2015).
- Kramer, S. P. A Contribution to the Theory of Cerebral Concussion. Annals of Surgery. 23 (2), 163-173 (1896).
- 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).
- Schwulst, S. J., Trahanas, D. M., Saber, R., Perlman, H. Traumatic brain injury-induced alterations in peripheral immunity. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 75 (5), 780-788 (2013).
- Trahanas, D. M., Cuda, C. M., Perlman, H., Schwulst, S. J. Differential Activation of Infiltrating Monocyte-Derived Cells After Mild and Severe Traumatic Brain Injury. Shock. 43 (3), 255-260 (2015).
- Makinde, H. M., Cuda, C. M., Just, T. B., Perlman, H. R., Schwulst, S. J. Nonclassical Monocytes Mediate Secondary Injury, Neurocognitive Outcome, and Neutrophil Infiltration after Traumatic Brain Injury. Journal of Immunology. 199 (10), 3583-3591 (2017).
- Thompson, H. J., et al. Lateral fluid percussion brain injury: a 15-year review and evaluation. Journal of Neurotrauma. 22 (1), 42-75 (2005).
- Marmarou, A., et al. A new model of diffuse brain injury in rats. Part I: Pathophysiology and biomechanics. Journal of Neurosurgery. 80 (2), 291-300 (1994).
- Reneer, D. V., et al. A multi-mode shock tube for investigation of blast-induced traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 28 (1), 95-104 (2011).
- Ma, X., Aravind, A., Pfister, B. J., Chandra, N., Haorah, J. Animal Models of Traumatic Brain Injury and Assessment of Injury Severity. Molecular Neurobiology. , (2019).
- Makinde, H. M., et al. Monocyte depletion attenuates the development of posttraumatic hydrocephalus and preserves white matter integrity after traumatic brain injury. PLoS One. 13 (11), e0202722 (2018).
- Osier, N. D., Dixon, C. E. The Controlled Cortical Impact Model: Applications, Considerations for Researchers, and Future Directions. Frontiers in Neurology. 7, 134 (2016).
- Iaccarino, C., Carretta, A., Nicolosi, F., Morselli, C. Epidemiology of severe traumatic brain injury. Journal of Neurosurgical Sciences. 62 (5), 535-541 (2018).
