JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neurociência

Hafif Travmatik Beyin Hasarının Uyanık Kapalı Kafa Travması Modelini Kullanarak Sinaptik Plastisitedeki Değişikliklerin Değerlendirilmesi

Published: January 20, 2023
doi:
10.3791/64592
, , , , , , , ,
1Division of Medical Sciences,University of Victoria, 2Island Medical Program,University of British Columbia

Summary

Burada, tekrarlanan hafif travmatik beyin hasarının (r-mTBI) hipokampustaki sinaptik plastisite üzerindeki etkilerini incelemek için uyanık bir kapalı kafa travması modelinin nasıl kullanılabileceği gösterilmiştir. Model, hastalarda r-mTBI’nın önemli özelliklerini çoğaltır ve in vitro elektrofizyoloji ile birlikte kullanılır.

Abstract

Hafif travmatik beyin yaralanmaları (mTBI’lar) Kuzey Amerika’da yaygın bir sağlık sorunudur. Klinik popülasyona çevrilebilirliği artırmak için klinik öncesi ortamda ekolojik olarak geçerli kapalı başlı mTBI modellerini kullanma baskısı artmaktadır. Uyanık kapalı başlı yaralanma (ACHI) modeli, kapalı başlı yaralanma sağlamak için modifiye edilmiş kontrollü bir kortikal darbeci kullanır ve kraniyotomiye veya anestezi kullanımına gerek kalmadan klinik olarak ilgili davranışsal eksiklikleri indükler.

Bu teknik normalde ölümlere, kafatası kırıklarına veya beyin kanamasına neden olmaz ve hafif bir yaralanma olmakla daha tutarlıdır. Gerçekten de, ACHI prosedürünün hafif doğası, tekrarlayan mTBI’yı (r-mTBI) araştıran çalışmalar için idealdir. Artan kanıtlar, r-mTBI’nın davranışsal semptomlar, nöropatolojik değişiklikler ve nörodejenerasyon üreten kümülatif bir yaralanmaya neden olabileceğini göstermektedir. r-mTBI, spor yapan gençlerde yaygındır ve bu yaralanmalar, güçlü bir sinaptik yeniden yapılanma ve miyelinasyon döneminde ortaya çıkar ve genç nüfusu r-mTBI’nın uzun vadeli etkilerine karşı özellikle savunmasız hale getirir.

Ayrıca, r-mTBI, az sayıda objektif tarama önleminin olduğu bir durum olan yakın partner şiddeti vakalarında ortaya çıkar. Bu deneylerde, ACHI modelini kullanarak r-mTBI yaşayan genç sıçanlarda hipokampusta sinaptik fonksiyon değerlendirildi. Yaralanmaları takiben, r-mTBI’yı takip eden 1 veya 7 gün içinde hipokampustaki çift yönlü sinaptik plastisiteyi değerlendirmek için hipokampal dilimler yapmak için bir doku dilimleyici kullanıldı. Genel olarak, ACHI modeli, araştırmacılara mTBI ve r-mTBI’yı takiben sinaptik plastisitedeki değişiklikleri incelemek için ekolojik olarak geçerli bir model sunmaktadır.

Introduction

Travmatik beyin hasarı (TBI), Kanada ve Amerika Birleşik Devletleri’nde her yıl ~ 2 milyon vakaile önemli bir sağlık sorunudur 1,2. TBH, tüm yaş gruplarını ve cinsiyetleri etkiler ve özellikle meme kanseri, AIDS, Parkinson hastalığı ve multipl skleroz3 dahil olmak üzere diğer hastalıklardan daha büyük bir insidans oranına sahiptir. TBH prevalansına rağmen patofizyolojisi tam olarak anlaşılamamıştır ve tedavi seçenekleri sınırlıdır. Kısmen, bunun nedeni, tüm TBI’ların% 85’inin hafif (mTBI) olarak sınıflandırılması ve mTBI’nın daha önce uzun vadeli nöropsikiyatrik sonuçları olmayan yalnızca sınırlı ve geçici davranış değişiklikleri ürettiği düşünülmektedir 4,5. Artık mTBI iyileşmesininhaftalar ila 5,6 yıl sürebileceği, daha ciddi nörolojikdurumları hızlandırabileceği 4 ve tekrarlanan “alt sarsıntılı” etkilerin bile beyni etkilediği kabul edilmektedir7. Hokey / futbol gibi sporlardaki sporcuların oyun / uygulama oturumu başına >10 kafa alt sarsıntılı etkisi olduğu içinbu endişe vericidir 7,8,9,10.

Ergenler en yüksek mTBI insidansına sahiptir ve Kanada’da, kabaca 10 gençten biri, yılda11,12 sporla ilgili bir sarsıntı için tıbbi bakım isteyecektir. Gerçekte, herhangi bir alt sarsıntılı kafa darbesi veya mTBI beyinde yaygın hasara neden olabilir ve bu aynı zamanda sonraki yaralanmalar ve / veya daha ciddi nörolojik durumlar için daha savunmasız bir durum yaratabilir 13,14,15,16,17. Kanada’da, Rovan yasası aracılığıyla, önceki yaralanmaların beynin daha fazla yaralanmaya karşı savunmasızlığını artırabileceği yasal olarak kabul edilmektedir18, ancak r-mTBI’nın mekanik anlayışı üzücü bir şekilde yetersiz kalmaktadır. Bununla birlikte, tek ve r-mTBI’nın okul yıllarında öğrenme kapasitesini etkileyebileceği açıktır19,20, cinsiyete özgü sonuçlara sahip 21,22,23,2 4 ve yaşamın ilerleyen dönemlerinde bilişsel kapasiteyi bozabilir 16,25,26. Gerçekten de, kohort analizleri, yaşamın erken dönemlerinde r-mTBI’yı daha sonra 27,28’de demans ile güçlü bir şekilde ilişkilendirir. r-mTBI ayrıca hiperfosforile tau proteini birikimi ve ilerleyici kortikal atrofi ile karakterize olan ve belirgin inflamasyon 27,29,30,31 ile çökelen kronik travmatik ensefalopati (CTE) ile potansiyel olarak ilişkilidir. R-mTBI ve CTE arasındaki bağlantılar şu anda tartışmalı32 olmasına rağmen, bu model klinik öncesi bir ortamda daha ayrıntılı olarak araştırılmalarını sağlayacaktır.

Bir mTBI, kapalı bir kafatası içinde meydana geldiği ve modern görüntüleme teknikleriyle bile tespit edilmesi zor olduğu için genellikle “görünmeyen bir yaralanma” olarak tanımlanır33,34. Doğru bir mTBI deneysel modeli iki ilkeye bağlı kalmalıdır. İlk olarak, klinik popülasyonda normalde gözlenen biyomekanik kuvvetleri özetlemelidir35. İkincisi, model heterojen davranışsal sonuçları indüklemelidir, bu da klinik popülasyonlarda oldukça yaygın olan bir şeydir36,37,38. Şu anda, preklinik modellerin çoğu, kraniyotomi, stereotaksik baş desteği, anestezi ve kontrollü kortikal etkileri (CCI) içeren, normalde klinik olarak gözlenenden daha önemli yapısal hasar ve daha kapsamlı davranışsal eksiklikler üreten daha şiddetli olma eğilimindedir33. Kraniotomileri içeren birçok preklinik sarsıntı modeliyle ilgili bir başka endişe, bu prosedürün kendisinin beyinde iltihaplanma yaratmasıdır ve bu, mTBI semptomlarını ve nöropatolojiyi sonraki herhangi bir yaralanmadan şiddetlendirebilir39,40. Anestezi ayrıca, inflamasyonu azaltmak 41,42,43, mikroglial fonksiyonun modüle edilmesi 44, glutamat salınımı 45, NMDA reseptörleri46 yoluyla Ca2 + girişi, kafa içi basıncı ve serebral metabolizma 47 dahil olmak üzere çeşitli karmaşık karışıklıklar ortaya çıkarır. Anestezi, kan-beyin bariyeri (BBB) geçirgenliğini, tau hiperfosforilasyonunu ve kortikosteroid seviyelerini arttırırken, bilişsel işlevi 48,49,50,51 azaltarak karışıklıklara neden olur. Ek olarak, diffüz, kapalı başlı yaralanmalar klinik mTBI’ların büyük çoğunluğunu temsil eder52. Ayrıca, cinsiyet21,yaş 53, yaralanmalar arasıaralık 15, şiddet54 veyaralanma sayısı 23 dahil olmak üzere davranışsal sonuçları etkileyebilecek çok sayıda faktörün daha iyi incelenmesine izin verir.

Hızlandırıcı/yavaşlatıcı kuvvetlerin (dikey veya yatay) yönü de davranışsal ve moleküler sonuçlar için önemli bir husustur. Mychasiuk ve meslektaşlarının araştırmaları, dağınık kapalı başlı mTBI’nın iki modelini karşılaştırdı: ağırlık düşüşü (dikey kuvvetler) ve yanal etki (yatay kuvvetler)55. Hem davranışsal hem de moleküler analizler, mTBI sonrası heterojen model ve cinsiyete bağlı sonuçlar ortaya koymuştur. Bu nedenle, cerrahi prosedürlerden kaçınmaya yardımcı olan hayvan modelleri, doğrusal ve rotasyonel kuvvetler içerirken, bu yaralanmaların normalde meydana geldiği fizyolojik koşulları daha fazla temsil eder33,56. ACHI modeli, bu ihtiyaca yanıt olarak, sıçanlarda mTBI’nın hızlı ve tekrarlanabilir indüksiyonuna izin verirken, cinsiyet farklılıklarını önyargılı hale getirdiği bilinen prosedürlerden (yani anestezi) kaçınarak oluşturulmuştur57.

Protocol

Tüm hayvan prosedürleri için onay, Kanada Hayvan Bakımı Konseyi (CCAC) standartlarına uygun olarak Victoria Üniversitesi Hayvan Bakım Komitesi tarafından sağlanmıştır. Tüm erkek Long-Evans sıçanları şirket içinde yetiştirildi veya satın alındı ( Malzeme Tablosuna bakınız). 1. Barınma ve üreme koşulları Hayvanların doğum sonrası gün (PND) 21’de sütten kesilmeden önce 1 hafta boyunca barınma ortamlarına alışmalar?…

Representative Results

Uyanık kapalı kafa travması modeli, genç sıçanlarda r-mTBI’yı indüklemek için uygun bir yöntemdir. ACHI modeli ile r-mTBI’ya maruz kalan sıçanlar açık davranışsal eksiklikler göstermedi. Bu deneylerdeki denekler, r-mTBI prosedürü sırasında herhangi bir noktada sağa veya apneye gecikme göstermedi, bu da bunun gerçekten hafif bir TBI prosedürü olduğunu gösteriyordu. NAP’ta ince davranış farklılıkları ortaya çıktı; Yukarıda tarif edildiği gibi, sıçanlar dört sensorimotor görevde (ir…

Discussion

Klinik öncesi araştırmaların çoğu, klinik popülasyonda görülen biyomekanik kuvvetleri özetlemeyen mTBI modellerini kullanmıştır. Burada, ACHI modelinin yavru sıçanlarda r-mTBI’ları indüklemek için nasıl kullanılabileceği gösterilmiştir. Bu kapalı başlı r-mTBI modeli, daha invaziv prosedürlere göre önemli avantajlara sahiptir. İlk olarak, ACHI normalde kafatası kırıklarına, beyin kanamasına veya ölümlere neden olmaz, bunların hepsi klinik popülasyonlarda “hafif” bir TBI’nın kontrend…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Victoria Üniversitesi’ndeki Christie Laboratuvarı’nın geçmişteki ve günümüzdeki tüm üyelerine, bu protokolün geliştirilmesine katkılarından dolayı teşekkür ederiz. Bu proje Kanada Sağlık Araştırmaları Enstitüleri (CIHR: FRN 175042) ve NSERC (RGPIN-06104-2019) fonlarıyla desteklenmiştir. Şekil 1 kafatası grafiği BioRender ile oluşturulmuştur.

Materials

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Fu, T. S., Jing, R., McFaull, S. R., Cusimano, M. D. Health & economic burden of traumatic brain injury in the emergency department. Canadian Journal of Neurological Sciences. 43 (2), 238-247 (2016).
  2. Chen, C., Peng, J., Sribnick, E., Zhu, M., Xiang, H. Trend of age-adjusted rates of pediatric traumatic brain injury in US emergency departments from 2006 to 2013. International journal of environmental research and public health. 15 (6), 1171 (2018).
  3. Prins, M., Greco, T., Alexander, D., Giza, C. C. The pathophysiology of traumatic brain injury at a glance. Disease Models & Mechanisms. 6 (6), 1307-1315 (2013).
  4. Mayer, A. R., Quinn, D. K., Master, C. L. The spectrum of mild traumatic brain injury: a review. Neurology. 89 (6), 623-632 (2017).
  5. Kara, S., et al. Less than half of patients recover within 2 weeks of injury after a sports-related mild traumatic brain injury: a 2-year prospective study. Clinical Journal of Sport Medicine. 30 (2), 96-101 (2020).
  6. Chung, A. W., Mannix, R., Feldman, H. A., Grant, P. E., Im, K. Longitudinal structural connectomic and rich-club analysis in adolescent mTBI reveals persistent, distributed brain alterations acutely through to one year post-injury. arXiv. , (2019).
  7. Crisco, J. J., et al. Frequency and location of head impact exposures in individual collegiate football players. Journal of Athletic Training. 45 (6), 549-559 (2010).
  8. Wilcox, B. J., et al. Head impact exposure in male and female collegiate ice hockey players. Journal of Biomechanics. 47 (1), 109-114 (2014).
  9. Daniel, R. W., Rowson, S., Duma, S. M. Head impact exposure in youth football. Annals of Biomedical Engineering. 40 (4), 976-981 (2012).
  10. Snowden, T., et al. Heading in the right direction: a critical review of studies examining the effects of heading in soccer players. Journal of Neurotrauma. 38 (2), 169-188 (2021).
  11. Zemek, R. L., et al. Annual and seasonal trends in ambulatory visits for pediatric concussion in Ontario between 2003 and 2013. The Journal of Pediatrics. 181, 222-228 (2017).
  12. Zhang, A. L., Sing, D. C., Rugg, C. M., Feeley, B. T., Senter, C. The rise of concussions in the adolescent population. Orthopaedic Journal of Sports Medicine. 4 (8), (2016).
  13. Broglio, S. P., Eckner, J. T., Paulson, H. L., Kutcher, J. S. Cognitive decline and aging: the role of concussive and subconcussive impacts. Exercise and Sport Sciences Reviews. 40 (3), 138 (2012).
  14. Greco, T., Ferguson, L., Giza, C., Prins, M. Mechanisms underlying vulnerabilities after repeat mild traumatic brain injuries. Experimental Neurology. 317, 206-213 (2019).
  15. Longhi, L., et al. Temporal window of vulnerability to repetitive experimental concussive brain injury. Neurosurgery. 56 (2), 364-374 (2005).
  16. Snowden, T. M., Hinde, A. K., Reid, H. M., Christie, B. R. Does mild traumatic brain injury increase the risk for dementia? A systematic review and meta-analysis. Journal of Alzheimer’s Disease. 78 (2), 757-775 (2020).
  17. Guskiewicz, K. M., et al. Association between recurrent concussion and late-life cognitive impairment in retired professional football players. Neurosurgery. 57 (4), 719-726 (2005).
  18. McCradden, M. D., Cusimano, M. D. Staying true to Rowan’s Law: how changing sport culture can realize the goal of the legislation. Canadian Journal of Public Health. 110 (2), 165-168 (2019).
  19. Carson, J. D., et al. Premature return to play and return to learn after a sport-related concussion: physician’s chart review. Canadian Family Physician. 60 (6), 310-315 (2014).
  20. McClincy, M. P., Lovell, M. R., Pardini, J., Collins, M. W., Spore, M. K. Recovery from sports concussion in high school and collegiate athletes. Brain Injury. 20 (1), 33-39 (2006).
  21. Covassin, T., Savage, J. L., Bretzin, A. C., Fox, M. E. Sex differences in sport-related concussion long-term outcomes. International Journal of Psychophysiology. 132, 9-13 (2018).
  22. Frommer, L., et al. Sex differences in concussion symptoms of high school athletes. Journal of Athletic Training. 46 (1), 76-84 (2011).
  23. Wright, D., O’Brien, T., Shultz, S. R., Mychasiuk, R. Sex matters: Repetitive mild traumatic brain injury in adolescent rats. Annals of Clinical and Translational Neurology. 4 (9), 640-654 (2017).
  24. Stone, S., Lee, B., Garrison, J. C., Blueitt, D., Creed, K. Sex differences in time to return-to-play progression after sport-related concussion. Sports Health. 9 (1), 41-44 (2017).
  25. Cunningham, J., Broglio, S. P., O’Grady, M., Wilson, F. History of sport-related concussion and long-term clinical cognitive health outcomes in retired athletes: a systematic review. Journal of Athletic Training. 55 (2), 132-158 (2020).
  26. Montenigro, P. H., et al. Cumulative head impact exposure predicts later-life depression, apathy, executive dysfunction, and cognitive impairment in former high school and college football players. Journal of Neurotrauma. 34 (2), 328-340 (2017).
  27. Lee, E. B., et al. Chronic traumatic encephalopathy is a common co-morbidity, but less frequent primary dementia in former soccer and rugby players. Acta Neuropathologica. 138 (3), 389-399 (2019).
  28. Di Virgilio, T. G., et al. Evidence for acute electrophysiological and cognitive changes following routine soccer heading. EBioMedicine. 13, 66-71 (2016).
  29. Cherry, J. D., et al. Microglial neuroinflammation contributes to tau accumulation in chronic traumatic encephalopathy. Acta Neuropathologica Communications. 4 (1), 1-9 (2016).
  30. Smith, D. H., Johnson, V. E., Stewart, W. Chronic neuropathologies of single and repetitive TBI: substrates of dementia. Nature Reviews Neurology. 9 (4), 211 (2013).
  31. Coughlin, J. M., et al. Neuroinflammation and brain atrophy in former NFL players: an in vivo multimodal imaging pilot study. Neurobiology of Disease. 74, 58-65 (2015).
  32. Wu, L., et al. Repetitive mild closed head injury in adolescent mice is associated with impaired proteostasis, neuroinflammation, and tauopathy. Journal of Neuroscience. 42 (12), 2418-2432 (2022).
  33. Shultz, S. R., et al. The potential for animal models to provide insight into mild traumatic brain injury: translational challenges and strategies. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 76, 396-414 (2017).
  34. Sharp, D. J., Jenkins, P. O. Concussion is confusing us all. Practical Neurology. 15 (3), 172-186 (2015).
  35. Chen, Y., Huang, W., Constantini, S. The differences between blast-induced and sports-related brain injuries. Frontiers in Neurology. 4, 119 (2013).
  36. Collins, M. W., Kontos, A. P., Reynolds, E., Murawski, C. D., Fu, F. H. A comprehensive, targeted approach to the clinical care of athletes following sport-related concussion. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 22 (2), 235-246 (2014).
  37. Hiploylee, C., et al. Longitudinal study of postconcussion syndrome: not everyone recovers. Journal of Neurotrauma. 34 (8), 1511-1523 (2017).
  38. Rabinowitz, A. R., Fisher, A. J. Person-specific methods for characterizing the course and temporal dynamics of concussion symptomatology: a pilot study. Scientific Reports. 10 (1), 1-9 (2020).
  39. Shultz, S. R., et al. Tibial fracture exacerbates traumatic brain injury outcomes and neuroinflammation in a novel mouse model of multitrauma. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 35 (8), 1339-1347 (2015).
  40. McDonald, S. J., Sun, M., Agoston, D. V., Shultz, S. R. The effect of concomitant peripheral injury on traumatic brain injury pathobiology and outcome. Journal of Neuroinflammation. 13 (1), 1-14 (2016).
  41. Statler, K. D., et al. Isoflurane exerts neuroprotective actions at or near the time of severe traumatic brain injury. Brain Research. 1076 (1), 216-224 (2006).
  42. Rowe, R. K., et al. Using anesthetics and analgesics in experimental traumatic brain injury. Lab Animal. 42 (8), 286-291 (2013).
  43. Luh, C., et al. Influence of a brief episode of anesthesia during the induction of experimental brain trauma on secondary brain damage and inflammation. PLoS One. 6 (5), 19948 (2011).
  44. Madry, C., et al. Microglial ramification, surveillance, and interleukin-1β release are regulated by the two-pore domain K+ channel THIK-1. Neuron. 97 (2), 299-312 (2018).
  45. Patel, P. M., Drummond, J. C., Cole, D. J., Goskowicz, R. L. Isoflurane reduces ischemia-induced glutamate release in rats subjected to forebrain ischemia. The Journal of the American Society of Anesthesiologists. 82 (4), 996-1003 (1995).
  46. Gray, J. J., Bickler, P. E., Fahlman, C. S., Zhan, X., Schuyler, J. A. Isoflurane neuroprotection in hypoxic hippocampal slice cultures involves increases in intracellular Ca2+ and mitogen-activated protein kinases. The Journal of the American Society of Anesthesiologists. 102 (3), 606-615 (2005).
  47. Flower, O., Hellings, S. Sedation in traumatic brain injury. Emergency Medicine International. 2012, 637171 (2012).
  48. Wagner, M., Ryu, Y. K., Smith, S. C., Mintz, C. D. Effects of anesthetics on brain circuit formation. Journal of Neurosurgical Anesthesiology. 26 (4), 358 (2014).
  49. Leikas, J. V., et al. Brief isoflurane anesthesia regulates striatal AKT-GSK3β signaling and ameliorates motor deficits in a rat model of early-stage Parkinson′ s disease. Journal of Neurochemistry. 142 (3), 456-463 (2017).
  50. Turek, Z., Sykora, R., Matejovic, M., Cerny, V. Anesthesia and the microcirculation. in Seminars in Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. , 249-258 (2009).
  51. Yang, S., et al. Anesthesia and surgery impair blood-brain barrier and cognitive function in mice. Frontiers in Immunology. 8, 902 (2017).
  52. Bodnar, C. N., Roberts, K. N., Higgins, E. K., Bachstetter, A. D. A systematic review of closed head injury models of mild traumatic brain injury in mice and rats. Journal of Neurotrauma. 36 (11), 1683-1706 (2019).
  53. Mannix, R., et al. Adolescent mice demonstrate a distinct pattern of injury after repetitive mild traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 34 (2), 495-504 (2017).
  54. Viano, D. C., Hamberger, A., Bolouri, H., Säljö, A. Evaluation of three animal models for concussion and serious brain injury. Annals of Biomedical Engineering. 40 (1), 213-226 (2012).
  55. Mychasiuk, R., Hehar, H., Candy, S., Ma, I., Esser, M. J. The direction of the acceleration and rotational forces associated with mild traumatic brain injury in rodents effect behavioural and molecular outcomes. Journal of Neuroscience Methods. 257, 168-178 (2016).
  56. Christie, B. R., et al. A rapid neurological assessment protocol for repeated mild traumatic brain injury in awake rats. Current Protocols in Neuroscience. 89 (1), 80 (2019).
  57. Buchanan, F. F., Myles, P. S., Leslie, K., Forbes, A., Cicuttini, F. Gender and recovery after general anesthesia combined with neuromuscular blocking drugs. Anesthesia & Analgesia. 102 (1), 291-297 (2006).
  58. Zhang, L., Gurao, M., Yang, K. H., King, A. I. Material characterization and computer model simulation of low density polyurethane foam used in a rodent traumatic brain injury model. Journal of Neuroscience Methods. 198 (1), 93-98 (2011).
  59. Kikinis, Z., et al. Diffusion imaging of mild traumatic brain injury in the impact accelerated rodent model: A pilot study. Brain Injury. 31 (10), 1376-1381 (2017).
  60. Talty, C. -. E., Norris, C., VandeVord, P. Defining experimental variability in actuator-driven closed head impact in rats. Annals of Biomedical Engineering. 50 (10), 1187-1202 (2022).
  61. Meconi, A., et al. Repeated mild traumatic brain injury can cause acute neurologic impairment without overt structural damage in juvenile rats. Plos One. 13 (5), (2018).
  62. Zilles, K. . The Cortex of the Rat: a Stereotaxic Atlas. , (2012).
  63. Fontaine, C. J., et al. Impaired bidirectional synaptic plasticity in juvenile offspring following prenatal ethanol exposure. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 43 (10), 2153-2166 (2019).
  64. Fontaine, C. J., et al. Endocannabinoid receptors contribute significantly to multiple forms of long-term depression in the rat dentate gyrus. Learning & Memory. 27 (9), 380-389 (2020).
  65. Grafe, E. L., Wade, M. M., Hodson, C. E., Thomas, J. D., Christie, B. R. Postnatal choline supplementation rescues deficits in synaptic plasticity following prenatal ethanol exposure. Nutrients. 14 (10), 2004 (2022).
  66. Peñasco, S., et al. Intermittent ethanol exposure during adolescence impairs cannabinoid type 1 receptor-dependent long-term depression and recognition memory in adult mice. Neuropsychopharmacology. 45 (2), 309-318 (2020).
  67. Cole, J. T., et al. Craniotomy: true sham for traumatic brain injury, or a sham of a sham. Journal of Neurotrauma. 28 (3), 359-369 (2011).
  68. Long, R. P., et al. Repeated isoflurane exposures impair long-term potentiation and increase basal GABAergic activity in the basolateral amygdala. Neural Plasticity. 2016, (2016).
  69. Meehan, W. P., Mannix, R. C., O’Brien, M. J., Collins, M. W. The prevalence of undiagnosed concussions in athletes. Clinical Journal of Sport Medicine. 23 (5), 339 (2013).
  70. Moore, R. D., Lepine, J., Ellemberg, D. The independent influence of concussive and sub-concussive impacts on soccer players’ neurophysiological and neuropsychological function. International Journal of Psychophysiology. 112, 22-30 (2017).
  71. Peltonen, K., et al. On-field signs of concussion predict deficits in cognitive functioning: Loss of consciousness, amnesia, and vacant look. Translational Sports Medicine. 3 (6), 565-573 (2020).
  72. Kontos, A. P., Sufrinko, A., Sandel, N., Emami, K., Collins, M. W. Sport-related concussion clinical profiles: clinical characteristics, targeted treatments, and preliminary evidence. Current Sports Medicine Reports. 18 (3), 82-92 (2019).
  73. Eisenberg, M. A., Meehan, W. P., Mannix, R. Duration and course of post-concussive symptoms. Pediatrics. 133 (6), 999-1006 (2014).
  74. Mychasiuk, R., Farran, A., Esser, M. J. Assessment of an experimental rodent model of pediatric mild traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 31 (8), 749-757 (2014).
  75. Malkesman, O., Tucker, L. B., Ozl, J., McCabe, J. T. Traumatic brain injury-modeling neuropsychiatric symptoms in rodents. Frontiers in Neurology. 4, 157 (2013).
  76. Shultz, S. R., MacFabe, D. F., Foley, K. A., Taylor, R., Cain, D. P. A single mild fluid percussion injury induces short-term behavioral and neuropathological changes in the Long-Evans rat: Support for an animal model of concussion. Behavioural Brain Research. 224 (2), 326-335 (2011).
  77. Sorge, R. E., et al. Olfactory exposure to males, including men, causes stress and related analgesia in rodents. Nature Methods. 11 (6), 629-632 (2014).
  78. van Driel, K. S., Talling, J. C. Familiarity increases consistency in animal tests. Behavioural Brain Research. 159 (2), 243-245 (2005).
  79. Mouzon, B. C., et al. Chronic neuropathological and neurobehavioral changes in a repetitive mild traumatic brain injury model. Annals of Neurology. 75 (2), 241-254 (2014).
  80. Mannix, R., et al. Clinical correlates in an experimental model of repetitive mild brain injury. Annals of Neurology. 74 (1), 65-75 (2013).
  81. Bekhbat, M., et al. Chronic adolescent stress sex-specifically alters central and peripheral neuro-immune reactivity in rats. Brain, Behavior, and Immunity. 76, 248-257 (2019).
  82. Pyter, L. M., Kelly, S. D., Harrell, C. S., Neigh, G. N. Sex differences in the effects of adolescent stress on adult brain inflammatory markers in rats. Brain, Behavior, and Immunity. 30, 88-94 (2013).
  83. MacDougall, M. J., Howland, J. G. Acute stress, but not corticosterone, disrupts short-and long-term synaptic plasticity in rat dorsal subiculum via glucocorticoid receptor activation. Cerebral Cortex. 23 (11), 2611-2619 (2013).
  84. Ting, J. T., Daigle, T. L., Chen, Q., Feng, G. Acute brain slice methods for adult and aging animals: application of targeted patch clamp analysis and optogenetics. Patch-Clamp Methods and Protocols. , 221-242 (2014).
  85. Ting, J. T., Feng, G. Development of transgenic animals for optogenetic manipulation of mammalian nervous system function: progress and prospects for behavioral neuroscience. Behavioural Brain Research. 255, 3-18 (2013).
  86. Tanaka, Y., Tanaka, Y., Furuta, T., Yanagawa, Y., Kaneko, T. The effects of cutting solutions on the viability of GABAergic interneurons in cerebral cortical slices of adult mice. Journal of Neuroscience Methods. 171 (1), 118-125 (2008).
  87. Trivino-Paredes, J. S., Nahirney, P. C., Pinar, C., Grandes, P., Christie, B. R. Acute slice preparation for electrophysiology increases spine numbers equivalently in the male and female juvenile hippocampus: a DiI labeling study. Journal of Neurophysiology. 122 (3), 958-969 (2019).
  88. Bowden, J. B., Abraham, W. C., Harris, K. M. Differential effects of strain, circadian cycle, and stimulation pattern on LTP and concurrent LTD in the dentate gyrus of freely moving rats. Hippocampus. 22 (6), 1363-1370 (2012).
  89. Segev, A., Garcia-Oscos, F., Kourrich, S. Whole-cell patch-clamp recordings in brain slices. Journal of Visualized Experiments. (112), e54024 (2016).
  90. Pham, L., et al. Mild closed-head injury in conscious rats causes transient neurobehavioral and glial disturbances: a novel experimental model of concussion. Journal of Neurotrauma. 36 (14), 2260-2271 (2019).

Tags

Keywords: Synaptic PlasticityAwake Closed-head Injury ModelMild Traumatic Brain Injury (mTBI)Transverse Hippocampal SlicesNeurological Assessment Protocol (NAP)Electrophysiological RecordingsBrain DissectionSlice Preparation
check_url/pt/64592?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Christie, B. R., Gross, A., Willoughby, A., Grafe, E., Brand, J., Bosdachin, E., Reid, H. M. O., Acosta, C., Eyolfson, E. Assessing Changes in Synaptic Plasticity Using an Awake Closed-Head Injury Model of Mild Traumatic Brain Injury. J. Vis. Exp. (191), e64592, doi:10.3791/64592 (2023).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image