低强度冲击波模型用于啮齿动物闭头轻度创伤性脑损伤的临床前评估

摘要

我们在这里提出了啮齿动物冲击波模型的方案，以研究轻度至中度创伤性脑损伤的神经生物学和病理生理学影响。我们建立了一个气体驱动的台式设置，配备了压力传感器，允许可靠和可重复地产生爆炸引起的轻度至中度创伤性脑损伤。

摘要

创伤性脑损伤（TBI）是一个大规模的公共卫生问题。轻度TBI是最常见的神经创伤形式，在美国占了大量的医疗就诊。目前没有FDA批准的治疗TBI的治疗方法。与军事相关的爆炸诱发的TBI的发病率增加，进一步突出了对有效TBI治疗的迫切需要。因此，新的临床前TBI动物模型概括了人类爆炸相关TBI的各个方面，将大大推进对轻度至中度TBI的神经生物学和病理生理过程的研究工作，以及开发TBI的新型治疗策略。

在这里，我们提出了一个可靠的，可重复的模型，用于研究轻度至中度原始细胞诱导的TBI的分子，细胞和行为影响。我们描述了一种分步方案，用于啮齿动物中闭合头部，爆炸引起的轻度TBI，使用由配备压电压力传感器的气体驱动减震管组成的台式设置，以确保一致的测试条件。我们建立的设置的好处是其相对低成本，易于安装，易于使用和高吞吐量容量。这种非侵入性TBI模型的其他优点包括爆炸峰超压的可扩展性和可控可重复结果的产生。该TBI模型的可重复性和相关性已在许多下游应用中进行了评估，包括神经生物学，神经病理学，神经生理学和行为分析，支持使用该模型来表征轻度至中度TBI病因背后的过程。

引言

仅在美国，创伤性脑损伤（TBI）每年就诊超过200万次。通常由车祸、体育赛事或跌倒引起的轻度 TBI 约占所有 TBI 病例的 80%¹。轻度 TBI 被认为是"无声的疾病"，因为患者在初始损伤后的几天和几个月内通常不会出现明显的症状，但在以后的生活中可能会出现严重的 TBI 相关并发症²。此外，爆炸诱发的轻度TBI在服兵中普遍存在，并且与慢性中枢神经系统功能障碍有关^{3，4，5，6}。由于与原始细胞相关的轻度 ^TBI7，8 发病率上升，与轻度 TBI 相关的神经生物学和病理生理过程的临床前建模因此成为开发 TBI 新型治疗干预措施的重点。

从历史上看，TBI研究主要集中在严重形式的神经创伤上，尽管严重的人类TBI病例数量相对较少。已经开发了用于重度人类TBI的临床前啮齿动物模型，包括受控皮质冲击（CCI）^9，1

研究方案

该协议遵循辛辛那提大学和西弗吉尼亚大学的动物护理指南。所有涉及动物的程序均由 机构动物护理和使用委员会 （IACUC）批准，并根据" 实验动物护理和使用指南"的原则进行。

1. 安装抛丸TBI设置

1. 获取设置所需的所有工作部件，包括:由钢制驱动和驱动部分组成的减震管，聚酯膜，固定螺栓，压力传感器，聚氯乙烯（PVC）管道护罩以保护外围器官，9.53 mm高压液压管路和快速连接公母附件，高流量气体调节器和带壁挂支架的气瓶（见 图1A，B 和 材料表）。
   注:此处使用的驱动和驱动部分的规格（见 图2 和 材料表）已经建立，以产生一致的短持续时间缩放冲击波（见 图3C，D），以诱导小鼠轻度至中度TBI。为此，选择了锥度设计（6°锥度）短驱动器部分。可以修改从动段和驱动段的长度和直径，以专门研究冲击波^{29、30、31、</}

结果

使用三种不同的膜厚度（25.4，50.8和76.2μm）测试了冲击波设置的可扩展性。使用压电压力传感器评估头部放置区域和冲击管设备出口处的峰值压力水平（见 图1 和 图2）。峰值压力与两个传感器位置的膜厚度一致（图3A，B），表明峰值压力本质上是可扩展的。可以利用安装程序的此属性来校准系统并评估其可伸缩性，...

讨论

我们在这里提出了一种临床前轻度TBI模型，该模型具有成本效益，易于设置和执行，并允许高通量，可靠和可重复的实验结果。该模型为外周器官提供保护性屏蔽，以便对轻度TBI机制进行重点研究，同时限制全身损伤的混杂变量。相比之下，已知其他爆炸模型会对外围器官造成损害^2，39，40。与其他抛丸型号的固定位置相比，?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
3/8 SAE High Pressure Hydraulic Hose	Eaton Aeroquip	R2-6-6-36M	Available from Grainger
3/8'' Quick Connect Female Plugs	Karcher	KAR 86410440
3/8'' Quick Connect Male Plugs	Karcher	KAR 86410440
ANY-maze video tracking software	Stoelting Co.	ANY-maze software
Clear Mylar membrane	ePlastics.com	POLYCLR0.003	http://www.eplastics.com/Plastic/Clear_Polyester_Film/POLYCLR0-003; Clear Mylar membrane is sold in various thicknesses. All are sold by vendor listed above.
Compound Slide Table (X2)	Grizzly Industrial	G5757
Deadman Gas Control Ball Valve	Coneraco Inc.	71-502-01	"Apollo", Available from Grainger
Driver and driven section (murine)	own design/production	n/a	For further information please contact the authors
Driver and driven section (rat)	own design/production	n/a	For further information please contact the authors
Ear Muffs	3M	37274	Available from Grainger
Gas Regulator - Hi Flow 3500-600-580	Harris	3003539
Helium Gas	AirGas	HE 300	Tanks are available in various sizes
Inhalation Anesthesia System	VetEquip	901806
Input Module	National Instruments	NI 9223
Isoflurane	Baxter	NDC 10019-360-40	Ordered by veterinarian
Laboratory Timer/Stopwatch	Fisher Scientific	50-550-352
Labview version 12.0	National Instruments		Data Acquistion Software
Magnetic Dial Indicator/Micrometer	Grizzly Industrial	G9849
MATLAB	MathWorks		Software for pressure recording analysis
Oxygen Regulator	Medline	HCS8725M
PC for Data Processing	Dell
Polyvinylchloride Tubing - 25.4 mm	FORMUFIT	P001FGP-WH-40x3
Pressure sensors	PCB Piezotronics	102A05
Receiver USB Chassis	National Instruments	DAQ-9171
Sensor Signal Conditioner	PCB Piezotronics	482C series
Stainless NSF-Rated Mounting Table	Gridmann	GR06-WT2448
T Handle Allen Wrench - 3/16''	S&K	73310