En musemodell av enkelt og gjentatt mildt traumatisk hjerneskade

Summary

Idrettsutøvere absorberer flere hundre milde traumatiske hjerneskade (mTBI) / hjernerystelse hvert år; Imidlertid er konsekvensen av disse på hjernen dårlig forstått. Derfor, en dyremodell av enkelt og repeterende mTBI som konsekvent replikerer klinisk relevante symptomer, gir midler for å fremme studiet av mTBI og hjernerystelse.

Abstract

Mild traumatisk hjerneskade (mTBI) kan resultere i akutt tap av hjernefunksjon, inkludert en periode med forvirring, et bevissthetstap (LOC), fokale nevrologiske underskudd og til og med amnesi. Idrettsutøvere som deltar i kontaktsporter har stor risiko for eksponering for store antall mTBIs. Med hensyn til nivået av skade hos en idrettsutøver, er en mTBI definert som en mild skade som ikke forårsaker grove patologiske forandringer, men forårsaker kortsiktige nevrologiske underskudd som spontant løses. Til tross for tidligere forsøk på å modellere mTBI hos mus og rotter, har mange rapportert brutto bivirkninger, inkludert kranietbrudd, intracerebral blødning, aksonal skade og nevonal celledød. Her beskriver vi vår svært reproducerbare dyremodell for mTBI som gjengir klinisk relevante symptomer. Denne modellen bruker en skreddersydd pneumatisk støtfanger for å levere trau med lukkede hoder. Denne innvirkning er gjort under presise hastighets- og deformasjonsparametere,Skape en pålitelig og reproduserbar modell for å undersøke mekanismene som bidrar til effekter av enkelt eller repeterende hjernerystelse mTBI.

Introduction

Traumatisk hjerneskade (TBI) er definert som en hodeskader opprettholdt av en ekstern fysisk kraft, noe som resulterer i forstyrrelse av normal hjernefunksjon. Det representerer en betydelig sosioøkonomisk og folkehelsen byrde, med Senter for sykdomskontroll og forebygging 2015 rapport til kongressen anslår at 2,5 millioner amerikanere opprettholder en TBI hvert år. Dette påvirker ikke bare pasientens livskvalitet, men legger også en ekstremt høy økonomisk kostnad på samfunnet, for tiden estimert til 76,5 milliarder dollar årlig. Mengden av faktisk hjerneskader overført og akuttfase symptomologiene er det som definerer mild, moderat og alvorlig TBI.

Mild traumatisk hjerneskade (mTBI), også referert til som hjernerystelse, rapporterer over 70% av TBIs rapportert hvert år ¹ . Det er mest vanlig blant idrettsutøvere som deltar i høyrisiko kontaktsporter, inkludert boksing og fotball ² . I motsetning til moderatEller alvorlige former for TBI, er øyeblikkelig skade og symptomer forbundet med mTBI noen ganger ikke så uttalt ³ . I motsetning kan de langsiktige effektene av mTBI være like ødeleggende som de som er sett i moderate og alvorlige former. De som lider av repeterende mTBI har vist seg å utvikle kronisk traumatisk encefalopati (CTE), samt andre kognitive og degenerative sykdommer ⁴ . Derfor er det viktig å få en større forståelse av mekanismene som bidrar til de kortsiktige symptomene og den generelle langsiktige skaden som oppstår etter mTBI.

Hos mennesket fastslår definisjonen av hjernerystelse som definert av den fjerde internasjonale konferansen om hjernerystelse i sport (Zürich 2012) ⁵ at nivået av skade for idrettshjernsomhet er mildt, ikke forårsaker grove patologiske forandringer, men forårsaker kortsiktige nevrologiske underskudd Som er spontant løst. Faktisk en receNt studie undersøkte effekten av mTBI på kognitiv funksjonsnedsettelse hos videregående fotballspillere, ved hjelp av telemetrisystemer med hodeffekt. Denne studien viste hvor mange ganger spillerne opprettholdt hjelmpåvirkninger> 20 g i en sesong varierte fra en lav på 226 (gjennomsnittlig 4,7 per økning) til en høyde på 1855 (gjennomsnittlig 38,6 per økt) ⁶ . De fleste av disse effektene resulterte ikke i den kliniske diagnosen av hjernerystelse; Men tegn på funksjonelle forandringer i hjernefunksjonen kunne observeres ved bruk av fMRI ⁶ . Hjernen endrer seg fordi disse funksjonelle endringene er ukjente, og derfor er det et presserende behov for å ha en pålitelig og reproduserbar modell for å lette undersøkelsen av effektene av hjernerystelse og subkoncussive mTBI.

Til tross for tidligere forsøk på å modellere mTBI hos mus og rotter ⁷ , rapporterer mange bivirkninger. Spesielt er de fleste gnagermodeller begrenset i sin repeterende natur ved å bruke færre thEn fem mTBIs påvirkning, samt ha uønskede patologiske hendelser inkludert intracerebral blødning, kraniet frakturer, alvorlig aksonal skade, nevroncelle død og økt dødelighet ^{8 , 9 , 10 , 11 , 12} . Her beskriver vi en musemodell av mTBI som er nærmere den sanne definisjonen av hjernerystelse hos mennesker. Denne modellen rekapitulerer mange av symptomene som observeres i menneskelig mTBI, som den mekaniske kraften som resulterer i det forbigående tap av bevissthet uten åpen brutto hjernepatologi. Videre er det fordelaktig i det faktum at det kan benyttes både for enkeltvirkende og repeterende virkningsparadigmer over lange tidsperioder som tidligere rapportert ¹³ .

Protocol

Disse studiene ble utført i henhold til anbefalingene i veiledningen for pleie og bruk av laboratoriedyr i National Institutes Health. Protokollen ble godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee ved Georgetown University. Mus ble plassert i et temperaturkontrollert dyranlegg og ble holdt på en 12 h lys / 12 h mørk syklus. Mat og vann var tilgjengelige ad libitum . 1. Fremstilling av mTBI-apparatet MERK: MTBI-apparatet inkluderer en datainnsa…

Representative Results

Bruken av denne nye mTBI-enheten muliggjør enkelt og repeterende milde hodeskader uten risiko for kranbrudd eller strukturelle hjerneskade. Modellen bruker en skreddersydd pneumatisk Teflon-støtningsenhet for å levere mekanisk energi-støt på lukket hode. Effekten er gjort under presise hastighets- og deformasjonsparametere, og skaper en pålitelig og reproducerbar modell for å undersøke mekanismene som bidrar til effekten av enkelt eller repetitiv hjernerystelse mTBI ( <strong cla…

Discussion

I mennesker er mTBI preget av funksjonsnedsettelse i fravær av strukturelle skader. Dette kan oppstå med eller uten et bevissthet ¹ . Eksponering for gjentatte hjernerystelser er for tiden tenkt å ligge til grunn for utviklingen og / eller utviklingen av nevrodegenerative sykdommer som CTE ⁴ . Det er godt dokumentert at CTE vanligvis finnes i bokser og fotballspillere, og selv om eksponering for gjentatte hjernerystelse (inkludert de som ikke fører til bevissthetstap) …

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