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横向流体冲击(LFP),一个建立在小鼠的脑外伤模型,是证明。 LFP满足动物模型的三个主要标准:有效性,可靠性和临床相关性。轮毂固定的程序,包括外科开颅手术,其次是诱导损伤,造成局灶性和弥漫性损伤,是描述。
创伤性脑损伤(TBI)的研究取得了新的动力,由于头部受伤的意识不断提高,导致发病率和死亡率。根据性质上的原发性损伤,脑外伤,复杂和异构的次要后果的结果,这是 1,2再生过程。原发性损伤可诱导大脑直接挫伤,颅骨骨折或由于运动 3,4脑组织造成位移的剪切和拉伸。由此产生的血肿和割伤导致血管反应3,5,和白质的形态和功能的损害,导致弥漫性轴索损伤6-8。附加在大脑中常见的继发性改变,水肿和颅内压增高 9 。继脑外伤有涉及释放兴奋性神经递质,免疫介质和氧自由基10-12,最终导致长期神经系统残疾13,14的生理生化途径的微观改变。因此,选择合适的动物模型,脑外伤,目前类似的细胞和分子事件,在人类和啮齿类动物的脑外伤是学习的内在机制,损伤与修复的关键。
已开发各种脑外伤的实验模型复制在人类身上观察到的脑外伤方面,其中包括三个具体型号,广泛适用于啮齿类动物适应:液压冲击,皮质的影响和体重下降/ 冲击加速度1。液压冲击装置运用到完整的硬脑膜一个短暂的流体压力脉冲通过骨瓣产生伤害。脉冲是一个惊人的水库流体活塞摆。敲击产生短暂的位移和变形的神经组织 1,15 。相反,皮质撞击伤可通过机械能完整的硬脑膜下气压 16,17刚性撞击。体重下降/碰撞模型的特点是由一个一个具体的大规模封闭颅骨18杆的秋天。其中脑外伤模型,磷酸锂铁是最常用的模型来评价混合局灶性和弥漫性脑损伤 19 。它是可重复的和标准化,让损伤参数的操纵。 LFP概括受伤观察在人类身上,从而使临床相关,允许探索新型疗法用于临床的翻译20。
我们描述了详细的协议来执行小鼠LFP程序。造成的伤害是轻度至中度,如大脑皮质,海马和胼胝体最脆弱的地区,的。海马和电机的学习任务是探索以下LFP。
1。去骨瓣
2。诱导损伤
3。电机的评估,认知和组织学的成果
4。代表性的成果:
大幅面设备引起的损伤是可重复的,从动物到动物,特别是足够的手术训练。要保持一致性的伤害,被监控的设备交付硬脑膜压力量。钟摆罢工一个充满水的压克力缸高压油管和鲁尔乐装修,这是连接到贴到动物的去骨瓣网站(图 1A)的伤害枢纽。对于轻度至中度的损伤,摆的角度是产生压力范 围从0.9 - 2.1 ATM和示波器连接到放大器是用于可视化的压力脉冲(图 1B )。损伤产生一系列的翻正反射时间和增加肺水肿的死亡率。轻度损伤被认为是一个翻正反射消失时间为2 - 4分和0 - 5%的死亡率。中度损伤被认为是翻正反射消失时间为6 - 10分钟和10 - 20%的死亡率。此外,受到大幅面的小鼠可能会出现进补的姿态,可扣押的指示。海关检获走私往往与被攻破的硬脑膜。总之,这些研究结果表明,损伤是造成神经损伤。深水动物是连接到大幅面设备,但摆不释放。
为了形象化由大幅面引起的损害,我们已认识到这两者都与损伤反应相关的细胞类型的星形胶质细胞和巨噬细胞的抗体进行免疫细胞化学。胶质纤维酸性蛋白(GFAP)染色揭示整个皮层伤害WH地区增加胶质细胞增生ereas深水小鼠不显示在下面的骨瓣相当于网站(图2A,B)的增加astrocytosis。同样,MAC1染色显示更多的巨噬细胞周围遭受假手术小鼠相比,受伤的部位。此外,还有频繁的物理伤害到皮层组织,在小鼠接受,但不是在深水小鼠(图2C,D)以LFP可见。
可以使用以下温和大幅面的行为测试,以评估双方的认知和运动的成果。 MWM是用来确定对学习和记忆的影响。深水小鼠在试验室中使用的视觉线索,迅速成为更有效的定位每随后在水迷宫训练天的平台。受到轻度LFP的小鼠需要较长时间才能找到隐藏的平台上的第一天的测试相对深水小鼠,但随后出现的学习任务的第三天(图 3A )。这些结果表明,伤害降低率,小鼠收购的空间学习。为了确定损伤的记忆保持的影响,探测试验后的最后一次训练会议1天。受到轻度LFP表明伤势已经影响小鼠的能力召回平台用于居住(图3B)的位置的老鼠相比,深水小鼠花费更多的时间在目标象限。为了评估运动功能,小鼠对rotarod设备进行测试。受到轻度LFP的小鼠平均延迟时间较短相比下降1,第7和伤后21天(DPI)(图3C)深水小鼠。这些数据表明,损伤小鼠集成vestibulomotor和感觉功能受损。
图1。大幅面设备,并从代表在伤害获得的示波器跟踪。一)的大幅面设备的组成部分:钟摆的立场,并设置固定在预定的角度,以提供所需的力量,充满水与亚克力缸高压油管和一个男性露儿乐接头连接,放大器,和示波器。二)从示波器压力脉冲代表跟踪。峰 - 峰值为2.16伏特,表明1.47大气压的压力。
图2,增强胶质细胞增生和炎症反应,以下大幅面演示的损伤程度。冻结的横截面(20微米)通过大脑受到假手术(A,C)或大幅面损伤(B,D)伤后7天(DPI)鼠标。在震中的开颅皮层图像。 (A,B)组织的抗体,以确定星形胶质细胞染色。胶质纤维酸性蛋白(GFAP)抗体(1:400,Chemicon公司,MAB360)揭示整个皮层LFP损伤(箭头),假手术相比鼠标较高的星形胶质细胞的数量。二抗羊抗鼠594(1:1000)。 (C.四)组织是用一种抗体,以确定巨噬细胞染色。 MAC1抗体(MAC1 -α链CD11b的,BD公司,1:50),揭示更多macrophges和/或激活小胶质细胞损伤周围皮质(箭头)的网站相比,假手术。二抗羊抗鼠CY3(1:50)。比例尺=200μm的C和D,A和B,100微米
图3。以下轻度大幅面的行为测试表明,在受伤的深水小鼠相比,赤字。一)受到轻度LFP的小鼠需要更长的时间来学习,比深水小鼠的MWM寻找平台的任务。深水与磷酸锂铁(AVE秒± SEM)1天34.21 ± 3.02比38.64 ± 2.63; 2天24.52 ± 2.84比27.21 ± 2.11; 3天的22.47 ± 2.00比22.08 ± 2.52(1 DPI,N = 9深水时,10 LFP) 。二)受到轻度LFP的小鼠在探测试验24小时花费更少的时间,最后一次训练后的MWM相对深水小鼠(21 DPI,N = 10)在目标象限。三)受到轻度LFP的小鼠关闭rotarod设备秋季早晚高于假小鼠(1,7,和21 DPI,N = 5假,8 LFP)。误差棒代表东南。
LFP方法,这里介绍许多neuropathalogical和行为结果的轻度至中度颅脑损伤,这就是为什么它已成为一个广泛使用的动物模型,脑外伤模型。有几个关键的步骤来考虑,以增加这种技术的有效性和可靠性。举例来说,重要的是,硬脑膜的完整性还没有在去骨瓣损害的唯一的动物受到LFP,并在研究中使用。此外,如果去骨瓣任何胶或水泥闭塞,下方去骨瓣硬脑膜不能承受流体压力的力量,应该被淘汰的动物的研究。最后,如果翻正反射消失的时间或死亡率是不预期的范围内,动物不应该被纳入研究。可以增加的压力脉冲的强度,产生更严重的伤害。
正如图1所示,大幅面设备的配置相对简单,损伤程度的可重复性是通过监测在示波器上的大气压力保持。示波器跟踪曲线流畅的造型,表明有流体中的无气泡,可能会干扰感应LFP伤害。测试脉冲应交付前诱导损伤,如果示波器跟踪不会出现一条光滑的曲线,气泡应删除。脉冲持续时间约20毫秒,它代表了诱导时间,在碰撞测试中模拟测量。短脉冲的伤害有可能产生更多的焦距受伤。因此,这种脉冲模式的持续时间人类的脑外伤。
以下大幅面的形态和细胞的变化,包括物理损坏的组织以及如在图2所示的星形胶质细胞和巨噬细胞的数量增加。这是公认的损伤的标志迹象之一是星形胶质细胞增生和胶质瘢痕的形成。胶质瘢痕已被证明有有利和不利影响24。同样,巨噬细胞是已知的过程中积累阶段损伤后,在各种组织的愈合过程开始时25。因此,在相对深水控制LFP样品的数量增加GFAP和MAC1阳性细胞是诱导损伤的指标。那些在深水控制细胞的特异性标志物表达的缺乏表明,单独手术操作没有消极后果,对脑组织的健康和蛋白表达的变化是特定的损伤范式。
在图3所示的温和大幅面的行为后果,包括认知和运动障碍。 MWM的研究结果表明,LFP小鼠最终学习任务,但速度比假老鼠,他们不记得任务以及训练后的一个一天。因此,即使轻度损伤小鼠效率低于善于运用外部线索的过程中,巩固和存储空间信息,必须在随后的测试中检索假小鼠。其他的海马依赖空调的恐惧反应,如认知任务已被证明在 LFP 26小鼠受损。最后,延迟较短的下降rotarod范式LFP小鼠相对深水小鼠在3个星期以下轻度损伤,是一个综合vestibulomotor和感觉功能的赤字指标。较为温和的伤害会透露的认知和运动功能更加显着的变化, 已显示27-30其他群体。
总之,磷酸锂铁是一个有效的模型对人类脑外伤,因为它符合预期的标准。 LFP提供的结构效度,它再现了病因的进程,促使人类脑外伤。具体来说,力和死亡率的幅度是类似发生在轻度和中度的运动和与汽车相关的伤害的警告,在受伤前的外科干预是唯一的动物模型。 LFP也表现在,许多在人类脑外伤观察解剖,生化,神经病理和行为影响的LFP概括面临的有效性。有后LFP局灶性和弥漫的变化检测和影响的不对称性,允许一个比较侧面损伤对侧,患侧的形态学损害。一个需要注意的是,可能只有一个半球受伤更微妙的认知和运动的影响。最后,LFP展品预测的有效性和大幅面技术的可靠性,使诱导损伤20之前或之后的各种药理学和基因操作的评价。如血压,血液的酸碱度,血液的生理参数气体将需要在测试药物,以确定一个治疗剂的作用机制的存在和缺乏衡量。然而,由于TBI的小学和中学的后果的复杂性,这是一项艰巨的任务,以确定一个单一的干预,可以减轻症状。
大幅面技术的未来可考虑使用微流体敲击采用 15流体中的一个微处理器控制,气动仪器,以消除校正钟摆交付部队的需要,并避免业务变量,如气泡。但是,标准的LFP方法许多研究者已经证明是一个可靠和简单的技术,探索潜在的损害和恢复以下脑外伤,这将导致更好的干预和治疗的分子机制。
没有利益冲突的声明。
这项工作是由新泽西州委员会对脑损伤的研究。
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