Induktion von diffusen axonalen Hirnverletzungen bei Ratten basierend auf Rotationsbeschleunigung
Summary
Dieses Protokoll validiert ein zuverlässiges, einfach durchzuführendes und reproduzierbares Nagetiermodell der diffusen Axonalverletzung (DAI), das weit verbreitete Schäden an weißer Materie ohne Schädelfrakturen oder Prellungen verursacht.
Abstract
Traumatische Hirnverletzungen (TBI) sind eine der Hauptursachen für Tod und Behinderung. Diffuse axonale Verletzungen (DAI) ist der vorherrschende Mechanismus der Verletzung bei einem großen Prozentsatz der TBI-Patienten, die stationär behandelt werden müssen. DAI beinhaltet weit verbreitete axonale Schäden durch Schüttel-, Rotations- oder Explosionsverletzungen, was zu schnellen axonalen Dehnungsverletzungen und sekundären axonalen Veränderungen führt, die mit einem lang anhaltenden Einfluss auf die funktionelle Wiederherstellung verbunden sind. Historisch gesehen waren experimentelle Modelle von DAI ohne Fokalverletzungen schwer zu entwerfen. Hier validieren wir ein einfaches, reproduzierbares und zuverlässiges Nagetiermodell von DAI, das weitverbreitete Schäden an weißer Materie ohne Schädelfrakturen oder Prellungen verursacht.
Introduction
Traumatische Hirnverletzungen (TBI) sind eine der Hauptursachen für Tod und Behinderung in den Vereinigten Staaten. TbIs tragen zu etwa 30% aller verletzungsbedingten Todesfällebei 1,2. Die Hauptursachen von TBI unterscheiden sich zwischen den Altersgruppen und umfassen Stürze, Hochgeschwindigkeitskollisionen beim Sport, vorsätzliche Selbstverletzung, Autounfälle und Übergriffe1,2,3.
Hirndiffuse axonale Verletzung (DAI) ist eine spezifische Art von TBI durch Rotationsbeschleunigung, Schütteln oder Explosion Verletzung des Gehirns infolge einer uneingeschränkten Kopfbewegung im Augenblick nach Derverletzung4,5,6,7,8induziert. DAI beinhaltet weit verbreitete axonale Schäden, die zu lang anhaltenden neurologischen Beeinträchtigungen führen, die mit schlechtem Ergebnis, belastenden Gesundheitskosten und einer 33-64% Sterblichkeitsrate1,2,4,5,9,10,11verbunden sind. Trotz signifikanter neuer erforschungder E-Krankheit von DAI, gab es keinen Konsens über die besten Behandlungsmöglichkeiten11,12,13,14.
In den letzten Jahrzehnten haben zahlreiche experimentelle Modelle versucht, verschiedene Aspekte von DAI11,12,15,16genau zu replizieren. Diese Modelle haben jedoch Einschränkungen angesichts der einzigartigen Darstellung von DAI im Vergleich zu anderen fokalen Verletzungen. Diese früheren Modelle verursachen nicht nur axonale Verletzungen in weißen Materieregionen, sondern führen auch zu fokalen Hirnverletzungen. Klinisch wird DAI von Mikroblutungen begleitet, die eine Hauptursache für Schäden an weißer Materie darstellen können.
Es wurde nur gezeigt, dass zwei Tiermodelle die wichtigsten klinischen Merkmale von DAI replizieren. Gennarelli und Kollegen produzierten 1982 das erste seitliche Kopfrotationsgerät, das die Rotationsbeschleunigung ohne Aufprallkopf benutzte, um mit DAI in einem nichtmenschlichen Primatenmodell15komaieren zu können. Dieses Primatenmodell verwendete eine kontrollierte Einzelrotation zur Beschleunigung und Verzögerung, um den Kopf innerhalb von 10-20 ms um 60° zu verdrängen. Diese Technik war in der Lage, bewusstseinsbeeinträchtigtes Bewusstsein und weit verbreitete axonale Schäden zu emulieren, die den Auswirkungen schwerer TBI ähnelten, die im menschlichen Gehirn beobachtet wurden. Primatenmodelle sind jedoch sehr teuer4,11,16. Basierend auf dem Vorgängermodell wurde 1994 ein Schweinemodell der Rotationsbeschleunigung sbrain injury (Ross et al.) mit ähnlichen Ergebnissen14entwickelt.
Diese beiden Tiermodelle, obwohl sie unterschiedliche Darstellungen typischer Pathologie produzierten, haben die Konzepte der DAI-Pathogenese stark erweitert. Schnelle Kopfrotation wird allgemein als die beste Methode zur Induktion von DAI akzeptiert, und Nagetiere bieten ein kostengünstigeres Modell für die schnellen Kopfrotationsstudien11,16. Hier validieren wir ein einfaches, reproduzierbares und zuverlässiges Nagetiermodell von DAI, das weitverbreitete Schäden an weißer Materie ohne Schädelfrakturen oder Prellungen verursacht. Dieses aktuelle Modell wird ein besseres Verständnis der Pathophysiologie von DAI und die Entwicklung wirksamerer Behandlungen ermöglichen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Protokoll beschreibt ein Nagetiermodell von DAI. In DAI verursacht die Rotationsbeschleunigung im Gehirn einen Schereffekt, der axonale und biochemische Veränderungen auslöst, die in einem progressiven Prozess zum Verlust der axonalen Funktion führen. Sekundäre axonale Veränderungen werden durch eine schnelle axonale Dehnungsverletzung erzeugt und sind in Ihrem Ausmaß und Schweregradvariabel 4,5,10. Innerhalb von St…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Dr. Nathan Kleeorin (Department of Mechanical Engineering, Ben-Gurion University of the Negev) für seine Unterstützung bei den biomechanischen Messungen. Wir danken auch Professor Olena Severynovska, Maryna Kuscheriava, Maksym Kryvonosov, Daryna Yakumenko und Evgenia Goncharyk von der Abteilung für Physiologie, Fakultät für Biologie, Ökologie und Medizin, Oles Honchar Dnipro Universität, Dnipro, Ukraine für ihre Unterstützung und hilfreiche Beiträge zu unseren Diskussionen.
Materials
| 0.01 M sodium citrate | SIGMA – ALDRICH | ||
| 2.5% normal horse serum | SIGMA – ALDRICH | H0146 | Liquid |
| 4 % buffered formaldehyde solution | |||
| Anti-Amyloid Precursor Protein, C – terminal antibodyproduced in rabbit | SIGMA – ALDRICH | Lot 056M4867V | |
| biotinylated secondary antibody | Vector | BA-1000-1.5 | 10 mM sodium phosphate, pH 7.8, 0.15 M NaCl, 0.08% sodium azide, 3 mg/ml bovine serum albumin |
| bone-cutting forceps | |||
| DAB Peroxidase (HRP) Substrate Kit (with Nickel), 3,3’-diaminobenzidine | vector laboratory | ||
| embedding cassettes | |||
| ethanol 99.9 % | ROMICAL | Flammable Liquid | |
| guillotine | |||
| Hematoxylin | SIGMA – ALDRICH | H3136-25G | |
| Hydrogen peroxide solution | Millipore | 88597-100ML-F | |
| Isofluran, USP 100% | Piramamal Critical Care, Inc | ||
| Olympus BX 40 microscope | Olympus | ||
| paraffine | paraplast plus leica biosystem | Tissue embedding medium | |
| phosphate-buffered saline (PBS) | SIGMA – ALDRICH | P5368-10PAK | Contents of one pouch, when dissolved in one liter of distilled or deionized water, will yield 0.01 M phosphate buffered saline (NaCl 0.138 M; KCl – 0.0027 M); pH 7.4, at 25 °C. |
| Streptavidin HRP | ABCAM | ab64269 | Streptavidin-HRP for use with biotinylated secondary antibodies during IHC / immunohistochemistry. |
| xylene |
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