Imagerie avancée de diffusion dans l'hippocampe des rats avec la blessure cérébrale traumatique douce
Summary
L’objectif global de cette procédure est d’obtenir des informations microstructurales quantitatives de l’hippocampe chez un rat avec des lésions cérébrales traumatiques légères. Ceci est fait utilisant un protocole avancé de formation image de résonance magnétique de diffusion-weighted et l’analyse basée sur la région d’intérêt des cartes paramétriques de diffusion.
Abstract
Les lésions cérébrales traumatiques légères (ITM) sont le type de lésions cérébrales acquises le plus courant. Étant donné que les patients atteints de lésions cérébrales traumatiques présentent une variabilité et une hétérogénéité considérables (âge, sexe, type de traumatisme, autres pathologies possibles, etc.), les modèles animaux jouent un rôle clé dans le démêlage des facteurs qui sont des limitations dans la recherche clinique. Ils fournissent un cadre normalisé et contrôlé pour étudier les mécanismes biologiques des blessures et des réparations après TBI. Cependant, tous les modèles animaux n’imitent pas efficacement la nature diffuse et subtile de l’ITM. Par exemple, les modèles couramment utilisés d’impact cortical contrôlé (ICC) et de lésion latérale des percussions de fluide (LFPI) utilisent une craniotomie pour exposer le cerveau et induire un traumatisme focal généralisé, qui ne sont pas couramment observés dans l’ITMT. Par conséquent, ces modèles expérimentaux ne sont pas valables pour imiter mTBI. Ainsi, un modèle approprié devrait être utilisé pour étudier mTBI. Le modèle de chute de poids de Marmarou pour des rats induit des altérations microstructurales semblables et des affaiblissements cognitifs comme vu dans les patients qui soutiennent le trauma doux ; par conséquent, ce modèle a été choisi pour ce protocole. La tomographie calculée conventionnelle et les balayages de formation image de résonance magnétique (MRI) ne montrent généralement aucun dommage suivant une blessure douce, parce que mTBI induit souvent seulement des dommages subtils et diffus. Avec l’IRM pondérée par diffusion, il est possible d’étudier les propriétés microstructurales du tissu cérébral, ce qui peut fournir plus de perspicacité dans les altérations microscopiques suivant le trauma doux. Par conséquent, l’objectif de cette étude est d’obtenir des informations quantitatives d’une région sélectionnée d’intérêt (c.-à-d., hippocampe) pour suivre la progression de la maladie après avoir obtenu une lésion cérébrale légère et diffuse.
Introduction
Les lésions cérébrales traumatiques (ITC) ont gagné plus d’attention ces dernières années, car il est devenu clair que ces lésions cérébrales peuvent entraîner des conséquences cognitives, physiques, émotionnelles et sociales à vie1. Malgré cette prise de conscience croissante, le TBI doux (MTBI, ou commotion) est encore souvent sous-déclaré et non diagnostiqué. MTBI a été appelé une épidémie silencieuse, et les personnes ayant des antécédents de mTBI montrent des taux plus élevés de toxicomanie ou de problèmes psychiatriques2. Plusieurs patients présentant mTBI vont undiagnosed chaque année dû à la nature diffuse et subtile des dommages, qui sont souvent pas visibles sur la tomographie calculée conventionnelle (CT) ou la formation image de résonance magnétique (MRI) balayages. Ce manque de preuves radiologiques de lésions cérébrales a conduit au développement de techniques d’imagerie plus avancées telles que l’IRM de diffusion, qui sont plus sensibles aux changements microstructuraux3.
L’IRM de diffusion permet la cartographie in vivo de la microstructure, et cette technique d’IRM a été largement utilisée dans les études TBI4,5,6. À partir du tenseur de diffusion, l’anisotropie fractionnaire (FA) et la diffusion moyenne (MD) sont calculeres pour quantifier l’altération dans l’organisation microstructurale après des dommages. Les examens récents dans les patients de mTBI rapportent des augmentations dans FA etdiminutions dans MD suivant des dommages, qui peuvent être indicatifs de gonflement axonal 7. Contrairement, des augmentations de MD et des diminutions dans FA sont également trouvées et ont été suggérées pour sous-tendre des perturbations dans la structure parenchymale suivant la formation d’oème, la dégénérescence axonale, ou le désalignement/perturbationdefibre 8. Ces résultats mitigés peuvent s’expliquer en partie par l’hétérogénéité clinique significative de l’ITM causée par différents types d’impact et de gravité (p. ex. accélération de rotation, traumatisme par force émoussée, blessures par explosion ou combinaison de l’ancien). Cependant, il n’y a actuellement aucun consensus clair au sujet de la pathologie fondamentale et de la base biologique/cellulaire soutenant des changements dans l’organisation microstructurale.
Les modèles animaux offrent un cadre normalisé et contrôlé pour étudier plus en détail les mécanismes biologiques de blessures et de réparations après l’ITC. Plusieurs modèles expérimentaux pour le TBI ont été développés et représentent différents aspects de l’ITC humain (p. ex., traumatisme focal par rapport à traumatisme diffus ou traumatisme causé par les forces de rotation)9,10. Les modèles animaux couramment utilisés comprennent l’impact cortical contrôlé (ICC) et les lésions latérales des percussions fluides (LFPI)11,12. Bien que les paramètres expérimentaux puissent être bien contrôlés, ces modèles utilisent une craniotomie pour exposer le cerveau. Craniotomies ou fractures du crâne ne sont pas couramment vus dans mTBI; par conséquent, ces modèles expérimentaux ne sont pas valables pour imiter mTBI. Le modèle d’accélération d’impact développé par Marmarou et coll.13 utilise un poids qui est tombé d’une certaine hauteur sur la tête du rat, qui est protégé par un casque. Ce modèle animal induit des altérations microstructurales semblables et des affaiblissements cognitifs comme vu dans les patients qui soutiennent le trauma doux. Par conséquent, ce modèle de chute de poids Marmarou est approprié pour étudier les biomarqueurs d’imagerie pour le mTBI diffus14,15.
Ce rapport démontre l’application de l’IRM avancée de diffusion dans un modèle de rat de mTBI utilisant le modèle de chute de poids de Marmarou. La première fois est montrée comment induire un trauma doux et diffus, et l’analyse utilisant le modèle d’imagerie de tenseur de diffusion (DTI) est alors fournie. Des informations biologiques spécifiques sont obtenues à l’aide de modèles de diffusion plus avancés [c.-à-d. imagerie par kurtose de diffusion (DKI) et modèle d’intégrité des voies de la matière blanche (WMTI)]. Plus précisément, des traumatismes légers sont infligés et des changements microstructuraux sont ensuite évalués dans l’hippocampe à l’aide d’IRM conventionnelle serréfique par T2 et d’un protocole avancé de imagerie par diffusion.
Protocol
Representative Results
Discussion
Puisque mTBI est souvent le résultat d’une blessure diffuse et subtile qui ne montre aucune anomalie sur CT et balayages conventionnels de MRI, l’évaluation des dommages microstructuralaprès un trauma doux demeure un défi. Par conséquent, des techniques d’imagerie plus avancées sont nécessaires pour visualiser toute l’étendue du traumatisme. L’application de l’imagerie par résonance magnétique de diffusion dans la recherche sur l’ITC a gagné plus d’intérêt au cours de la dernière décennie, où l’imagerie p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs souhaitent remercier la Fondation de la Recherche – Flandre (FWO) pour son soutien à ce travail (numéro de subvention: G027815N).
Materials
| Induction of trauma | |||
| 0.9% NaCl physiologic solution | B Braun | 394496 | |
| brass weight 450g | custom made | custom made | diamter 18mm and 210 mm height |
| catheter | Terumo | Versatus-W | 26G |
| ethilon II | Ethicon | EH7824 | FS-3, 4-0, 3/8, 16mm |
| Matrass | Foam to Size | Type E | |
| Plexiglas tube | ISPA Plastics | 416564 | M1 PMMA XT GOO tube 25×19 mm (inner diamter 19 mm, minimal length of 1.50 m) |
| Preclinical CT scanner | Molecubes | X-cube | |
| Steel helmet | custom made | custom made | diameter 10 mm and 3 mm thickness |
| Vetbond Tissue Adhesive | 3M | 1469SB | |
| Vetergesic (buprenorphin) | EcuPhar | VETERG20 | 0.05 mk/kg |
| Xylocaine 2% gel | AstraZeneca | Xylocaine 2% | gel |
| Xylocaine (lidocain 2%) | Aspen/AstraZeneca | Xylocaine 2% gel | 100 μl injection |
| Diffusion MRI | |||
| Preclinical MRI acquisition software | Bruker Biospin MRI GmbH | Z400_PV51_CENTOS55 | ParaVision 5.1 MRI software |
| Preclinical MRI scanner | Bruker Biospin MRI GmbH | PharmaScan 70/16 | 7T MRI scanner |
| Quadrature volume coil | Bruker Biospin MRI GmbH | RF RES 300 1H 075/040 QSN TR | Model No: 1P T13161C3 |
| Small animal physiological monitoring unit | Rapid Biomedical | EKGHR02-0571-043C01 | Unit for respiratory monitoring |
| Water-based heating unit | Thermo Fisher Scientific | Haake S 5P | Model No: 1523051 |
| Anaesthesia | |||
| Anaesthesia movable unit | Veterenary technics | BDO – Medipass, Ijmuiden | |
| isoflurane: Isoflo | Zoetis | B506 | |
| Oxygen generator | Veterenary technics | 7F-3 | BDO – Medipass, Ijmuiden |
| Diffusion image processing | |||
| Amide | http://amide.sourceforge.net | Version 1.0.5. | Medical Imaging Data Examiner Toolbox (Loening AM, Gambhir SS, " AMIDE: A Free Software Tool for Multimodality Medical Image Analysis", Molecular Imaging, 2(3):131-137, 2003) |
| ExploreDTI | http://www.exploredti.com | Version 4.8.6 | Toolbox for (pre-)processing and analysis of diffusion weighted MR images (Leemans A, Jeurissen B, Sijbers J, and Jones DK. ExploreDTI: a graphical toolbox for processing, analyzing, and visualizing diffusion MR data. In: 17th Annual Meeting of Intl Soc Mag Reson Med, p. 3537, Hawaii, USA, 2009) |
| MRtrix3 | http://www.mrtrix.org | Version 3.0_RC3-86-g4b523b41 | Toolbox for (pre-)processing and analysis of diffusion weighted MR images |
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