单一和重复轻度创伤性脑损伤的小鼠模型
Summary
运动员每年吸收数百次轻度创伤性脑损伤（mTBI）/脑震荡;然而，这些对大脑的后果不甚了解。因此，单次和重复性mTBI的动物模型始终如一地复制临床相关症状，为进一步研究mTBI和脑震荡提供了手段。
Abstract
轻度创伤性脑损伤（mTBI）可导致脑功能急性丧失，包括混乱期，意识丧失（LOC），局部神经功能缺损甚至健忘症。参加联系运动的运动员面临着大量mTBI的高风险。在体育运动员的伤害程度方面，mTBI被定义为不会引起严重病理改变的轻度损伤，但是会导致自发解决的短期神经功能缺损。尽管以前曾尝试在小鼠和老鼠中建模mTBI，但许多人报告了总体不良反应，包括颅骨骨折，脑内出血，轴突损伤和神经元细胞死亡。在这里，我们描述了我们高度重复性的mTBI动物模型，其复制临床相关症状。该型号使用定制的气动冲击器装置来传递闭合头部的创伤。这种影响是在精确的速度和变形参数下进行的，创建一个可靠和可重复的模型来检查有助于单个或重复的震荡mTBI的影响的机制。
Introduction
创伤性脑损伤（TBI）被定义为由外部物理力量持续的头部损伤，导致正常脑功能的破坏。它代表了重大的社会经济和公共卫生负担，“国际疾病预防控制中心2015年报告”向国会估计，每年有250万美国人维持TBI。这不仅影响了患者的生活质量，而且对社会造成极高的经济成本，目前估计每年为765亿美元。传达的实际脑损伤的数量和急性期症状是定义轻度，中度和重度TBI。
轻度创伤性脑损伤（mTBI）也被称为脑震荡，占每年报告的TBI的70％以上1 。参加拳击和足球2高风险接触运动的运动员最常见。不像中度或严重形式的TBI，与mTBI相关的直接损害和症状有时不明显3 。相比之下，mTBI的长期影响可能与中度和重度形式的长期影响一样虚弱。患有重复mTBI的患者已被证明会发展为慢性创伤性脑病（CTE），以及其他认知和退行性疾病。因此，重要的是要进一步了解有助于mTBI之后产生的短期症状和总体长期损害的机制。
在人类中，第四届国际体育冲击大会（苏黎世2012）定义的脑震荡定义5指出，体育震荡的伤害程度轻微，不会造成严重的病理变化，但确实造成短期神经功能缺损这是自发解决的。事实上，研究调查了使用头撞式遥测系统，mTBI对高中足球运动员认知障碍的影响。这项研究显示，在一个赛季，玩家持续头盔影响> 20g的次数从226人（平均每场4.7次）的高点到1855年（平均每场38.6次） 6次 。大多数这些影响并不导致脑震荡的临床诊断;但是使用fMRI 6可以观察到脑功能的功能变化的证据。导致这些功能变化的大脑变化是未知的，因此迫切需要有一个可靠和可重复的模型，以便于研究震荡和次冲击性mTBI的影响。
尽管以前尝试在小鼠和老鼠中建模mTBI 7 ，但许多报告不良反应。特别是，大多数啮齿动物模型的重复性质受到限制5 mTBIs的影响，以及不良的病理事件，包括脑内出血，颅骨骨折，严重的轴突损伤，神经元细胞死亡和增加的死亡率8,9,10,11,12。在这里，我们描述了更接近人类脑震荡真正定义的mTBI的小鼠模型。该模型概括了人类mTBI中观察到的许多症状，例如导致意识暂时丧失的机械力，没有明显的大脑病理学。此外，有利的是，它可以用于长时间段的单次冲击和重复冲击范例，如前所述13 。
Protocol
Representative Results
Discussion
在人类中，mTBI的特征在于没有结构性损伤的功能障碍。这可能与意识丧失有关，或没有意识丧失1 。目前认为接触重复脑震荡是神经变性疾病如CTE 4发展和/或发展的基础。据了解，CTE通常在拳击手和足球运动员中被发现，尽管暴露于重复脑震荡（包括不导致意识丧失的人）被认为是开发CTE的基本要素，但我们还不知道为什么重复脑震荡引起大脑中发生明显变化?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作得到了国家神经病学和中风研究所（MPB）的R01 NS067417的支持。
Materials
| Powerlab 8SP data acquisition (DAQ) control box | (AD instruments) | ||
| VIP 3000 calibrated vaporizer | Matrx | ||
| Isoflurane | Henry Schein Animal Health | 29405 | |
| Oxygen | Commercially available | ||
| Compressed Air | Commercially available | ||
| Masking Tape | Commercially available | ||
| Stop Watch | Fisher Scientific | 02-261-840 | |
| C57 Bl/6 Mice | Jackson Laboratories | ||
| Digital Scale and weigh container | Fisher Scientific | 20031 | |
| anti-Iba1 antibody | Wako | 019-19741 | |
| HRP labelled secondary | Jackson Immunoresearch | 111-035-003 |
References
- McMahon, P., et al. Symptomatology and functional outcome in mild traumatic brain injury: results from the prospective TRACK-TBI study. J Neurotrauma. 31 (1), 26-33 (2014).
- Barkhoudarian, G., Hovda, D. A., Giza, C. C. The molecular pathophysiology of concussive brain injury. Clin Sports Med. 30 (1), 33-48 (2011).
- Blennow, K., Hardy, J., Zetterberg, H. The neuropathology and neurobiology of traumatic brain injury. Neuron. 76 (5), 886-899 (2012).
- Levin, H. S., Diaz-Arrastia, R. R. Diagnosis, prognosis, and clinical management of mild traumatic brain injury. Lancet Neurol. 14 (5), 506-517 (2015).
- McCrory, P., et al. Consensus statement on concussion in sport: the 4th International Conference on Concussion in Sport, Zurich, November 2012. J Athl Train. 48 (4), 554-575 (2012).
- Talavage, T. M., et al. Functionally-detected cognitive impairment in high school football players without clinically-diagnosed concussion. J Neurotrauma. 31 (4), 327-338 (2014).
- Angoa-Perez, M., et al. Animal models of sports-related head injury: bridging the gap between pre-clinical research and clinical reality. J Neurochem. 129 (6), 916-931 (2014).
- Creed, J. A., et al. Concussive brain trauma in the mouse results in acute cognitive deficits and sustained impairment of axonal function. J Neurotrauma. 28 (4), 547-563 (2011).
- Hamberger, A., et al. Concussion in professional football: morphology of brain injuries in the NFL concussion model–part 16. Neurosurgery. 64 (6), 1174-1182 (2009).
- Kane, M. J., et al. A mouse model of human repetitive mild traumatic brain injury. J Neurosci Methods. 203 (1), 41-49 (2012).
- Prins, M. L., et al. Repeat traumatic brain injury in the juvenile rat is associated with increased axonal injury and cognitive impairments. Dev Neurosci. 32 (5-6), 510-518 (2010).
- Tang, Y. P., et al. A concussive-like brain injury model in mice (II): selective neuronal loss in the cortex and hippocampus. J Neurotrauma. 14 (11), 863-873 (1997).
- Winston, C. N., et al. Dendritic Spine Loss and Chronic White Matter Inflammation in a Mouse Model of Highly Repetitive Head Trauma. Am J Pathol. 186 (3), 552-567 (2016).
- Johnson, V. E., et al. Inflammation and white matter degeneration persist for years after a single traumatic brain injury. Brain. 136, 28-42 (2013).
- Barrio, J. R., et al. In vivo characterization of chronic traumatic encephalopathy using [F-18]FDDNP PET brain imaging. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (16), 2039-2047 (2015).
