Name: a novel model of mild traumatic brain injury for juvenile rats
Uploaded: 2014-12-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 36 s
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The authors would like to thank Irene Ma, Rose Tobais, and Jong Rho for their technical assistance. Funding was provided to MJE by the Department of Pediatrics at the University of Calgary, the Alberta Children&#8217;s Hospital Foundation (ACHF) and the Alberta Children&#8217;s Hospital Research Institute (ACHRI). The Postdoctoral fellowship for RM was provided by ACHF.

HINWEIS: Alle Experimente wurden in Übereinstimmung mit dem Canadian Council von Animal Care durchgeführt und von der University of Calgary, Tierpflege Ethik-Kommission genehmigt. 1. Zucht und Tier Vorbereitung <ol><li> Bestellen trächtigen Ratten von Standard-Labortier Lieferanten oder Rasse Welpen im Haus nach der Norm Zuchtprotokolle. </li><li> Dunkel-Zyklus: Haus alle Tiere mit freien Zugang zu Nahrung und Wasser, in einer temperaturgeregelten Ratte Gehäuseraum (21 ° C), das auf einem 12:12 Stunden Licht erhalten. </li><li> Als Jungtiere erreichen postnatalen Tag 21 (P21), zu entwöhnen Welpen von ihren Müttern und Haus in gleichgeschlechtlichen Gruppen von 3 oder 4. </li></ol> 2. Aufbau von Milde traumatische Hirnverletzung (mTBI) Geräte <ol><li> Vor Beginn des Verfahrens, Mühle Gewichte auf die gewünschte Masse (zB 150 g). Befestigen Sie eine Metallschlaufe am oberen Ende des Gewichts ermöglicht die Angelschnur fi seinzum Gewicht feste. </li><li> Ergebnis Alufolie mit einer scharfen Rasierklinge. Stellen Sie sicher, dass die erzielte Alufolie unterstützt das Körpergewicht der Ratten, aber nicht mit einer Beschleunigung der Ratte folgenden Kopfaufprall mit dem Gewicht stören. </li><li> Klebeband die erzielt Alufolie auf der U-förmigen Stufe aus durchsichtigem Kunststoff (38 x 27 x 27 cm 3) hergestellt, die eine Sammlung Schwamm (38 x 25 x 15 cm 3) (Figur 1) enthält, so daß es straff ist. </li><li> Platzieren Sie den U-förmigen Kunststoffphase in der richtigen Position unterhalb des Führungsrohres aus durchsichtigem Kunststoff. </li><li> Halten Sie das Kunststoffführungsrohr (Durchmesser von 2,2 cm x 1,5 m) an Ort und Stelle mit einer Klemme Stand und die Position der Führungsrohr, so dass es 3,5 cm über der erzielte Alufolie. </li><li> Befestigen Sie die Angelschnur durch die Metall-Schleife, um das Gewicht dafür, dass der Boden das Gewicht frei 2,5 cm über der erzielte Alufolie hängt. </li><li> Befestigen Sie die Angelschnur an der Klammer stehen. HINWEIS: Kovalente Verknüpfung das Gewicht zum clamp Stand auf einer Höhe von 2,5 cm über der Alufolie verhindert Re-Hits, während die Ratte von den Auswirkungen auf die Sammlung Schwamm) fallen. </li><li> Up Ziehen Sie das Gewicht durch die Kunststoffführungsrohr mit der Angelschnur und halten Sie sie fest mit einem Innensechskantschlüssel Stift bei 1,0 m. </li></ol> 3. Induktion von mTBI <ol><li> Bei Ratten erreichen P30 Schritt Käfige in den Verfahrensraum. </li><li> Platzieren Ratten in einer Isofluran Kammer und leicht zu betäuben die Ratte, bis es nicht reagiert auf die Pfote oder Schwanz kneifen. </li><li> Legen Sie schnell die Ratte Brust nach unten auf das erzielte Alufolie mit Hauptsitz direkt im Weg des Fallgewicht. Siehe Abbildung 2. Wenn die Ratte beginnt sich zu bewegen oder Wake-up, bevor es auf der erzielte Alufolie gelegt werden, kehren Sie zum Isofluran Kammer, bis nicht mehr reagiert auf eine Pfote oder Schwanz Prise und von neuem beginnen. </li><li> Ziehen Sie die Innensechskantschlüssel Stift, so dass das Gewicht, das vertikal durch die Kunststoffführungsrohr fallen und schlagen Sie die Ratte auf dem Kopf. The Ratte rasch eine Drehung um 180 ° und Grundstücke in der Rückenlage unterziehen. </li><li> Ziehen Sie sofort den Ratten aus der Sammlung Schwamm und gelten topische Lidocain zu Kopf der Ratte mit einem Wattestäbchen. </li><li> Legen Sie die Ratte in der Rückenlage in einem sauberen Käfig, indem sie auf einem handelsüblichen Heizkissen erwärmt wird. </li><li> Mit einer Stoppuhr oder digitaler Timer erwerben die &quot;Time-to-right&quot;. Time-to-Recht ist die Zeit von der Ratte, um von der Narkose aufwachen und Flip aus der Rückenlage in die Bauchlage oder Laufen beginnen. </li><li> Bringen Sie die Ratte in die Ausgangs-Käfig, nachdem es ein normales Verhalten (Putzen, Wandern, Ausflüge, etc.) erholt. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3,2-3,8 für jede weitere Ratten die eine mTBI. </li><li> Wiederholen Sie den Vorgang auf der gleichen Ratte zu mehreren Zeitpunkten für sich wiederholende mTBI Experimente. </li></ol> 4. Induktion der Sham Injury <ol><li> Leicht anesthetize die Ratten mit Isofluran, bis es nicht reagiert auf die Pfote oder Schwanz kneifen. </li><li> Legen Sie schnell die Ratte Brust nach unten auf das erzielte Alufolie mit Hauptsitz direkt im Weg des Fallgewicht. </li><li> Entfernen Sie die Ratte aus der Alufolie ohne Ziehen des Innensechskantschlüssel Stift aus der Kunststoffführungsrohr und gelten topische Lidocain auf den Kopf der Ratte mit einem Wattestäbchen. </li><li> Legen Sie die Ratte in der Rückenlage in einem sauberen Käfig, indem sie auf einem handelsüblichen Heizkissen erwärmt wird. </li><li> Verwenden Sie eine Stoppuhr oder digitaler Timer, um die &quot;Time-to-right&quot; zu erwerben. </li><li> Bringen Sie die Ratte in die Ausgangs-Käfig, nachdem es ein normales Verhalten (Putzen, Wandern, Ausflüge, etc.) erholt. </li></ol> 5. Prüfung der mTBI mit dem Strahl-Walking Test 8 <ol><li> 24 Stunden nach der Induktion der mTBI oder Schein-Verletzungen Rückkehr Tiere auf den Verfahrensraum. </li><li> Übertragen Sie die Ratten in eine saubere Haltekäfigund platzieren Heimkäfig der Ratte am engeren Ende der 165 cm verjüngt Strahls derart, dass die offene Teil des Heimkäfig das schmalere Ende des Balkens gegenübersteht. HINWEIS: Die Kegelstrahl ist 165 cm lang. Das Zentrum Plattform der Strahl eine Breite von 6 cm am breiten Ende und 1,75 cm am schmalen Ende. Das Zentrum Strahl Leisten (2 cm breit und 2 cm unterhalb der Mittelstrahl), die Sicherheit bieten, wenn der Fuß rutscht der Ratte. Zeigen Polsterung unter dem Träger um die Verletzungsgefahr zu Ratten, die aus dem Strahl während des Tests fallen können, zu reduzieren. </li><li> Zeigen einer Videokamera an dem breiten Ende des sich verjüngenden Lichtstrahl und Positions / Zoomen der Videokamera, um sicherzustellen, dass der Prüfer das Video kann eindeutig die Bewegungen der Ratte zu sehen für die gesamte Länge des verjüngten Träger. </li><li> Legen Sie die Ratte am breiten Ende des Kegelstrahl und ermutigen sie, um über den Strahl in die Ausgangskäfig gehen. Sobald die Ratte kreuzt die Kegelstrahl, lassen Sie die Ratte in den Heimkäfig für mindestens 60 Sek reinForce den Zielort. Dies ist Test # 1 und nicht in die Analyse einbezogen. </li><li> Schalten Sie die Kamera ein und lassen Sie die Ratte, den Strahl-Walking Aufgabe 4 weitere Male (Beibehaltung der 60 Sek Verstärkung Zeiten im Käfig) zu vervollständigen. Sobald die Ratte hat alle Prüfungen abgeschlossen ist, geben die Ratte in die Ausgangskäfig. </li><li> Ein Tor, notieren Sie die Anzahl der Hinterbein Fuß-Zettel, die auftreten und die Zeit / Dauer, um den Strahl zu überschreiten, für jede einzelne Studie. Verwenden Sie diese Daten, um die durchschnittliche Anzahl der Hinterbein Fuß-Slips und Zeit zu berechnen, um den Strahl für jede Ratte überqueren. </li></ol>

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No competing financial interests exist.

Reliable modelling systems are needed to effectively cultivate basic science research that has significant translational validity. In response to rising occurrences and popular media, the investigation of mTBI and concussion has become a priority in many disciplines. However, despite increased research, there have been only incremental improvements in therapeutic strategies and treatment options 3. This lack of progress may be partially due to a discrepancy between the modeling systems employed and actual injury etiology. The majority of studies utilized rodent models that failed to reproduce the important biomechanical forces and appropriate post-injury symptomology. The current human definition of mTBI specifies that the injury results from acceleration and deceleration forces associated with a blunt trauma 10. The modified weight drop technique described here is therefore an ideal model for the study of mTBI and concussion because it uses a glancing impact to cause rapid rotational acceleration and deceleration to the head of an unrestrained animal, mimicking the biomechanical forces identified in sports-related injuries and automobile accidents. In addition, this model is easily adapted to examine repetitive mTBI, a phenomena that is emerging as a serious medical and socioeconomic issue. Studies indicate that rodents may be exposed to a series of 10 distinct mTBIs with minimal mortality 7. Finally, the method is inexpensive and can be carried out rapidly, allowing for high-throughput examination of a many therapeutic compounds and treatment regiments. 
Just as with any procedural technique, certain aspects of the protocol are particularly important to the generation of reliable results. First, the tin foil needs to be scored effectively. If the tin foil is not properly scored, the force imparted by the weight during the glancing impact will not be enough to propel the juvenile rat through the tin foil onto the collection sponge. In these situations, the rat will remain in the starting position (chest down on the tin foil) and the mTBI will result from the blunt trauma from the weight impacting the stationary head, not the rotational acceleration and deceleration desired. Second, during the induction of the mTBI and the sham injury, the level of anesthetic applied to each rat should be consistent. Owing to the fact that time-to-right is used as marker of mTBI, the researcher should try to ensure that animals receiving a mTBI and animals receiving a sham injury are exposed to similar levels of anesthetic. A major advantage to this technique over many other TBI procedures is the low level and duration of anesthesiology. However, the juvenile rat needs to be non-responsive to a toe or tail pinch to ensure they do not wake-up on the stage before the injury is induced. Finally, in order to maintain a consistent injury etiology, the positioning of the rat&#8217;s head is particularly important. Ideally the weight should impact the center of the dorsal surface of the head. Caution should be taken to avoid positioning the path of the weight too near the caudal/posterior portion of the head, as impacting the brainstem and cerebellum is associated with increased mortality and seizure activity. 
Based upon the biomechanical pathophysiology of injury induction and the behavioural outcomes examined, the modified weight-drop technique appears to be a reliable model for the investigation of paediatric mTBI and concussion. Although preliminary studies of this novel model have assessed some basic molecular and structural changes 7 future studies will be needed to ascertain how the brain responds to a mTBI with this injury etiology. An in-depth analysis of the neuroanatomical and biological changes that occur at the cellular and epigenetic level would increase model validity and translational applicability. In addition to stimulating the generation of targeted pharmacological therapies, understanding the pathophysiological changes that occur in the brain in response to mTBI and concussion would also direct the research related to clinical biomarkers that have the ability to predict outcomes following injury.

Obwohl es viele weit verbreitete Methoden zur Erzeugung von mittelschwerer bis schwerer traumatischer Hirnverletzung (TBI), sehr wenige Techniken entwickelt, um zu induzieren mild, geschlossene Kopfverletzungen bei Nagern. Aufgrund der Tatsache, dass die milden traumatischen Hirnverletzungen (mTBI) ist dreimal häufiger als mittelschweren und schweren Hirnverletzungen in Verbindung 1 ist ein zuverlässiges Modell der mTBI benötigt, um Forschung in Bezug auf Pathophysiologie neurobiologischen und Verhaltensergebnisse und therapeutische Strategien zu erleichtern. Zum Beispiel, teilweise aufgrund der Einschränkungen der aktuellen Tiermodellen 2, in den letzten zehn Jahren gab es mehr als 200 gewesen gescheitert klinischen Arzneimittelstudien für die Behandlung von TBI 3. Bei der Modellierung von Systemen für translationale Forschung Studien erstellt, die Anwendbarkeit der Ergebnisse sind abhängig von der Gültigkeit des Modells implementiert. Für die Studie der mTBI / Gehirnerschütterung, wäre eine zuverlässige Tiermodell nicht nur imitieren die biomechanischen Kräfte Verantwortlich für Verletzungen Ätiologie, aber auch Symptome, die mit den von der klinisch relevanten Bevölkerung berichtet induzieren. Darüber hinaus, weil Kinder ein besonders hohes Risiko für mTBI würde optimale Modellierungssysteme für junge und jugendliche Nagetiere, zusätzlich zu ihrem Erwachsenenäquivalente. Biomechanische Analysen der Umstände, in denen Athleten mTBIs oder erschütternder Hirnverletzungen erlitten zeigen, dass die wichtigsten Prognosefaktoren für Verletzungen sind schnelle Kopfbeschleunigung und hoher Geschwindigkeit Auswirkungen 4. Die Mehrheit der Nagetiermodellen derzeit für die Induktion von TBI beschäftigt erlauben wenig oder keine Bewegung des Kopfes 5 (für einen Überblick siehe 2). Die hier vorgestellte Modell liefert ein Hochgeschwindigkeits-Aufprall des Kopfes eines physikalisch ungebremst juvenilen Ratten, die durch eine Drehung um 180 ° und im freien Fall, die Beschleunigungs- / Verzögerungskräften gilt für Kopf und Körper der Person begleitet wird. THier sind vor allem zwei Vorteile mit dieser modifizierten Gewicht Drop-Technik für die Induktion von mTBI verbunden. Zuerst das Modell produziert klinisch relevanten concussive wie Symptomatik, ohne dass eine offensichtliche Schädigung des Gehirns (für eine vollständige Beschreibung der Verhaltensergebnisse siehe 6). Auch im Einklang mit klinischen Berichte über post concussive Syndrom, diese modifizierte Gewicht-Drop-Technik produziert heterogene Ergebnisse. Obwohl die Auswirkungen der mTBI signifikant sind, gibt es erhebliche Unterschiede zwischen Nagern, die eine mTBI erlebt, wenn auf mehreren Zielparameter untersucht. Zweitens gestattet das Verfahren die Untersuchung der repetitiven mTBI 7. Da die Mehrheit der bestehenden TBI Modelle wie schwere Verletzungen verursachen, ist es oft schwierig, eine zweite Verletzung zu induzieren, und fast unmöglich, sich wiederholende TBI ohne großen Schaden für die gesamte Cortex studieren. Daher ist die primäre Grund für die Verwendung der modifizierten Gewicht Drop-Technik für die Induction des mTBI ist es, eine Verletzung, die der Pathophysiologie und Symptomatik von Gehirnerschütterung und repetitive TBI in Jugendgruppen stärker repräsentiert zu produzieren. Mit der zunehmenden Häufigkeit von mTBI im Zusammenhang mit Sport, Stürze und Autounfälle, vor allem während der Kindheit, dieses einzigartige Nagetiermodell der mTBI bietet Forschern ein wertvolles Werkzeug für die Untersuchung von erschütternder artigen Hirnverletzung, die leicht mehrere Hit-angewendet werden können Paradigmen.

<table><tbody><tr><td>Brass Weights</td><td>Ginsberg Scientific</td><td>7-2500-2</td><td>Need to have metal loop attached to base</td></tr><tr><td>Alluminum Foil</td><td>Alcan</td><td></td><td>Available at most grocery stores</td></tr><tr><td>Masking Tape</td><td></td><td></td><td>Commercially available&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>U-Shaped Plastic Stand</td><td></td><td></td><td>Constructed by Laboratory</td></tr><tr><td>Clamp Stand</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z190357</td><td></td></tr><tr><td>Plastic Guide Tube</td><td></td><td></td><td>Could be constructed or purchased at a hardware store</td></tr><tr><td>Fishing Line</td><td>Angler 10lb&amp;nbsp;</td><td></td><td>Purchased from a sporting goods retailer&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Pharmaceutical Partners of Canada</td><td>DIN 02237518</td><td>Inhalation Anesthetic</td></tr><tr><td>Topical Lidocaine (30ml)</td><td>Astra Zeneca</td><td>DIN 0001694</td><td>Xylocaine Jelly 2%&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Cotton Swabs</td><td></td><td></td><td>Commercially available&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Heating Pad - 3 heat setting</td><td></td><td></td><td>Commercially available&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Stop Watch</td><td>Sportline</td><td>L303</td><td>Purchased from a sporting goods retailer&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Video Camera</td><td>Sony</td><td>HDR-CX260V</td><td></td></tr><tr><td>Sprague Dawley Rats</td><td>Charles River Laboratories</td><td>SAS SD 40</td><td>Male and females ordered from Charles River Laboratories and pups bred in-house</td></tr><tr><td>Balance Beam</td><td></td><td></td><td>Constructed by Laboratory</td></tr></tbody></table>

a novel model of mild traumatic brain injury for juvenile rats

Despite growing evidence that childhood represents a major risk period for mild traumatic brain injury (mTBI) from sports-related concussions, motor vehicle accidents, and falls, a reliable animal model of mTBI had previously not been developed for this important aspect of development. The modified weight-drop technique employs a glancing impact to the head of a freely moving rodent transmitting acceleration, deceleration, and rotational forces upon the brain. When applied to juvenile rats, this modified weight-drop technique induced clinically relevant behavioural outcomes that were representative of post-concussion symptomology. The technique is a rapidly applied procedure with an extremely low mortality rate, rendering it ideal for high-throughput studies of therapeutics. In addition, because the procedure involves a mild injury to a closed head, it can easily be used for studies of repetitive brain injury. Owing to the simplistic nature of this technique, and the clinically relevant biomechanics of the injury pathophysiology, the modified weight-drop technique provides researchers with a reliable model of mTBI that can be used in a wide variety of behavioural, molecular, and genetic studies.

Das modifizierte Gewichts Drop-Technik oben beschrieben ist eine zuverlässige Methode zur Induktion von milden traumatischer Hirnverletzung (mTBI) bei jungen Ratten. Mit Hilfe einer Schlaggewicht von 150 g, ist diese Technik erfolgreich an jungen Ratten, die von 50 bis 120 g reichen angewendet. Darüber hinaus kann das Verfahren einfach in der gleichen Tiere für die Untersuchung der repetitiven mTBI wiederholt werden. Obwohl Tiere, die eine einzige mTBI Ausstellung zu einem Anstieg in der Zeit nach rechts (Abbildung 3) und erscheinen nach dem Aufwachen überwältigt, sie schnell wieder normalen Tätigkeiten und sind optisch nicht von schein verletzte Tiere. Da die Schadens ist mild, aktuelle Lidocain, die Schmerzen mit dem Glanz Auswirkungen verbunden eliminiert wird das nur schmerzstill erforderlich. Dies ist wichtig für die Forschung als Schmerzmittel sind dafür bekannt, mit typischen entzündlichen und Recovery-Prozesse stören. Aufgrund des Mangels an manifester symptomology ist der Strahl Fuß Aufgabe verlässlicher zuol, das verwendet werden kann, um die Induktion der mTBI validieren. Es ist wichtig zu beachten, dass nicht alle Tiere, die eine mTBI erleben werden Defizite auf dem Balken zu Fuß Aufgabe zeigen, sondern als Gruppe, jungen Ratten mit einem mTBI zeigen deutlich mehr Hinterbein Fuß-Slips im Vergleich zu jungen Ratten mit einem Schein-Verletzungen (Abbildung 4). Ein weiteres wichtiges Merkmal dieses modifizierten Gewicht-Drop-Technik ist das Fehlen von Rückhalte zum juvenilen Ratte während Verletzungen Induktion aufgetragen. Durch die Bereitstellung einer Streif Schlag auf den Kopf, gefolgt von schnellem Dreh Beschleunigung und Verzögerung, dieses Modell stärker repräsentiert die biomechanischen Kräfte mTBI und eine Gehirnerschütterung zugeschrieben. Wenn dieses Verfahren auf juvenile Ratten oder erwachsenen Mäusen angewandt, sind Sterblichkeit extrem niedrig (7/202 Jungtiere ~ 3,4% Sterblichkeit) und Schädelbruch und Hirnblutungen sind außerordentlich selten 6,7. Zusätzlich ist das Modell produziert klinisch relevanten symptomology. Juvenile Nagetiere, die ein einzelnes mTBI erlebt zeigte Defizite im Gleichgewicht und motorische Verhaltensweisen sowie Defizite in exekutiven Funktionen, erhöhte depressive artigen Verhaltensweisen und veränderten sozialen Interaktionen 6,9. Ebenso erwachsenen Mäusen zeigen auch mild Gleichgewicht und Koordination Defizite, die mit der Zeit 7 wiederherstellen. Schließlich Induktion mTBI Verwendung dieses Modells erfordert nur minimale Betäubung und ist nicht mit chirurgischen Vorbereitung oder Wühlen in den Schädel. Die Ergebnisse sind deshalb nicht durch verwirrende entzündlichen oder immunologischen Auswirkungen der Operation oder Narkose ausgelöst vorgespannt ist. Darüber hinaus die schnelle Recovery-Zeit und der Mangel an offenen Wunden ermöglicht die Aufnahme der weiteren Tests Paradigmen zu treten kurz nach Nagetieren erleben Sie die mTBI. <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51820/51820fig1highres.jpg" width="500" /> Abbildung 1: </strong<html> &gt; C artoon Darstellung des U-förmigen Kunststoffphase und Sammlung Schwamm mit allen dazugehörigen Dimension. Zwischen der Sammlung Schwamm und der Spitze der Kunststoffphase, die juvenile Ratten zu gewährleisten muss ein Abstand von 10 cm eingehalten werden genügend Zeit hat, um die 180 zu vervollständigen ° Rotation. <img alt="Abbildung 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51820/51820fig2highres.jpg" width="500" /> Abbildung 2: (A) Foto Darstellung der Verletzung Induktions Plattform. Die juvenile Ratten platziert Brust nach unten auf das erzielte Alufolie, so dass der Kopf ist direkt unter dem Fallgewicht. (B) Seitenansicht der Verletzung Induktionsplattform. (C) Foto Demonstration des Gewichts in der Induktion der mTBI verwendet . Upload / 51.820 / 51820fig3highres.jpg &quot;width =&quot; 500 &quot;/&gt; Abbildung 3: Graphische Darstellung der durchschnittlichen Unterschiede in der Zeit nach rechts von jungen Ratten, die eine einzelne mTBI und jungen Ratten, die eine Schein Verletzungen erlebt (* p &lt;0,01) Ratten, die eine mTBI weisen einen deutlichen Anstieg der das empfangene erlebt habe. Dauer der Zeit benötigt, um sich von der Rückenlage rechts. <img alt="4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51820/51820fig4highres.jpg" width="500" /> Abbildung 4: Graphische Darstellung der durchschnittlichen Anzahl der Hinterbein Fuß-Zettel auf dem Balken Gehen Aufgabe von jungen Ratten zeigten, die eine einzelne mTBI und jungen Ratten, die eine Schein Verletzungen erlebt (* p &lt;0,05) erlebt.

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A Novel Model of Mild Traumatic Brain Injury for Juvenile Rats

The modified weight-drop technique is an easy, cost-effective procedure used for the induction of mild traumatic brain injury in juvenile rats. This novel technique produces clinically relevant symptomology that will advance the study of mild traumatic brain injury (mTBI) and concussion.

Roman Modell Mild traumatische Hirnverletzung für jungen Ratten

Despite growing evidence that childhood represents a major risk period for mild traumatic brain injury (mTBI) from sports-related concussions, motor ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

23.5K Aufrufe.  University of Calgary. The modified weight-drop technique is an easy, cost-effective procedure used for the induction of mild traumatic brain injury in juvenile rats. This novel technique produces clinically relevant symptomology that will advance the study of mild traumatic brain injury (mTBI) and concussion. 

Serie: A Novel Model of Mild Traumatic Brain Injury for Juvenile Rats

Detecting Behavioral Deficits in Rats After Traumatic Brain Injury

With the increasing incidence of traumatic brain injury (TBI) in both civilian and military populations, TBI is now considered a chronic disease; however, few studies have investigated the long-term effects of injury in rodent models of TBI. Shown here are behavioral measures that are well-established in TBI research for times early after injury, such as two weeks, until two months. Some of these methods have previously been used at later times after injury, up to one year, but by very few laboratories. The methods demonstrated here are a short neurological assessment to test reflexes, a Beam-Balance to test balance, a Beam-Walk to test balance and motor coordination, and a working memory version of the Morris water maze that can be sensitive to deficits in reference memory. Male rats were handled and pre-trained to neurological, balance, and motor coordination tests prior to receiving parasagittal fluid percussion injury (FPI) or sham injury. Rats can be tested on the short neurological assessment (neuroscore), the beam-balance, and the Beam-Walk multiple times, while testing on the water maze can only be done once. This difference is because rats can remember the task, thus confounding the results if repeated testing is attempted in the same animal. When testing from one to three days after injury, significant differences are detected in all three non-cognitive tasks. However, differences in the Beam-Walk task were not detectable at later time points (after 3 months). Deficits were detected at 3 months in the Beam-Balance and at 6 months in the neuroscore. Deficits in working memory were detected out to 12 months after injury, and a deficit in a reference memory first appeared at 12 months. Thus, standard behavioral tests can be useful measures of persistent behavioral deficits after FPI.

The goal of the behavioral tests presented here is to detect functional deficits in rats after traumatic brain injury. Four specific tests are presented that detect deficits in behaviors to reflect the damage to specific brain areas at times extending to one year after injury.

Erkennung von Verhaltensstörungen Defizite bei Ratten nach Schädel-Hirn-Verletzung

With the increasing incidence of traumatic brain injury (TBI) in both civilian and military populations, TBI is now considered a chronic disease; however, ...

Forschung

Verhalten

Assessing Dominant-Submissive Behavior in Adult Rats Following Traumatic Brain Injury

Competition over resources such as food, territory, and mates significantly influences relationships within animal species and is mediated through social hierarchies that are often based on dominant-submissive relationships. The dominant-submissive relationship is a normal behavioral pattern among the individuals of a species. Traumatic brain injury is a frequent cause of social interaction impairment and the reorganization of dominant-submissive relationships in animal pairs. This protocol describes submissive behavior in adult male Sprague-Dawley rats after the induction of traumatic brain injury using a fluid-percussion model compared to naive rats through a series of dominant-submissive tests performed between 29 days and 33 days after induction. The dominant-submissive behavior test shows how brain injury can induce submissive behavior in animals competing for food. After traumatic brain injury, the rodents were more submissive, as indicated by them spending less time at the feeder and being less likely to arrive first at the trough compared to the control animals. According to this protocol, submissive behavior develops after traumatic brain injury in adult male rats.

The present protocol describes a rat model of fluid percussion-induced traumatic brain injury followed by a series of behavioral tests to understand the development of dominant and submissive behavior. Using this model of traumatic brain injury in conjunction with specific behavioral tests enables the study of social impairments following brain injury.

Beurteilung des dominant-unterwürfigen Verhaltens bei erwachsenen Ratten nach einem Schädel-Hirn-Trauma

Competition over resources such as food, territory, and mates significantly influences relationships within animal species and is mediated through social ...

A Mouse Model of Single and Repetitive Mild Traumatic Brain Injury

Mild Traumatic Brain Injury (mTBI) can result in the acute loss of brain function, including a period of confusion, a loss of consciousness (LOC), focal neurological deficits and even amnesia. Athletes participating in contact sports are at high risk of exposure to large number of mTBIs. In terms of the level of injury in a sporting athlete, a mTBI is defined as a mild injury that does not cause gross pathological changes, but does cause short-term neurological deficits that are spontaneously resolved. Despite previous attempts to model mTBI in mice and rats, many have reported gross adverse effects including skull fractures, intracerebral bleeding, axonal injury and neuronal cell death. Herein, we describe our highly reproducible animal model of mTBI that reproduces clinically relevant symptoms. This model uses a custom made pneumatic impactor device to deliver a closed-head trauma. This impact is made under precise velocity and deformation parameters, creating a reliable and reproducible model to examine the mechanisms that contribute to effects of single or repetitive concussive mTBI.

Athletes absorb several hundred mild traumatic brain injuries (mTBI)/concussions every year; however, the consequence of these on the brain is poorly understood. Therefore, an animal model of single and repetitive mTBI that consistently replicates clinically relevant symptoms provides the means to advance the study of mTBI and concussion.

Ein Mausmodell der einzelnen und repetitiven milden traumatischen Gehirnverletzung

Mild Traumatic Brain Injury (mTBI) can result in the acute loss of brain function, including a period of confusion, a loss of consciousness (LOC), focal ...

Medizin

A Novel and Translational Rat Model of Concussion Combining Force and Rotation with In Vivo Cerebral Microdialysis

Persistent cognitive and motor symptoms are known consequences of concussions/mild traumatic brain injury (mTBIs) that can be partly attributable to altered neurotransmission. Indeed, cerebral microdialysis studies in rodents have demonstrated an excessive extracellular glutamate release in the hippocampus within the first 10 min following trauma. Microdialysis offers the clear advantage of in vivo neurotransmitter continuous sampling while not having to sacrifice the animal. In addition to the aforementioned technique, a closed head injury model that exerts rapid acceleration and deceleration of the head and torso is needed, as such a factor is not available in many other animal models. The Wayne State weight-drop model mimics this essential component of human craniocerebral trauma, allowing the induction of an impact on the head of an unrestrained rodent with a falling weight. Our novel and translational rat model combines cerebral microdialysis with the Wayne State weight-drop model to study, in lightly anesthetized and unrestrained adult rats, the acute changes in extracellular neurotransmitter levels following concussion. In this protocol, the microdialysis probe was inserted inside the hippocampus as region of interest, and was left inserted in the brain at impact. There is a high density of terminals and receptors in the hippocampus, making it a relevant region to document altered neurotransmission following concussion. When applied to adult Sprague-Dawley rats, our combined model induced increases in hippocampal extracellular glutamate concentrations within the first 10 min, consistent with the previously reported post-concussion symptomology. This combined weight-drop model provides a reliable tool for researchers to study early therapeutic responses to concussions in addition to repetitive brain injury, since this protocol induces a closed-head mild trauma.

Neurotransmitter alteration is a mechanism of neural dysfunction that occurs after concussion and contributes to the sometimes-catastrophic long-term consequences. This rat model combines microdialysis, allowing in vivo neurotransmitter quantification, with a weight-drop technique exerting rapid acceleration and deceleration of the head and torso, an important factor of human craniocerebral trauma.

Ein neuartiges und translationales Rattenmodell der Gehirnerschütterung, das Kraft und Rotation mit der zerebralen Mikrodialyse in Vivo kombiniert

Persistent cognitive and motor symptoms are known consequences of concussions/mild traumatic brain injury (mTBIs) that can be partly attributable to ...

Neurowissenschaften

Advanced Diffusion Imaging in The Hippocampus of Rats with Mild Traumatic Brain Injury

Mild traumatic brain injury (mTBI) is the most common type of acquired brain injury. Since patients with traumatic brain injury show a tremendous variability and heterogeneity (age, gender, type of trauma, other possible pathologies, etc.), animal models play a key role in unraveling factors that are limitations in clinical research. They provide a standardized and controlled setting to investigate the biological mechanisms of injury and repair following TBI. However, not all animal models mimic the diffuse and subtle nature of mTBI effectively. For example, the commonly used controlled cortical impact (CCI) and lateral fluid percussion injury (LFPI) models make use of a craniotomy to expose the brain and induce widespread focal trauma, which are not commonly seen in mTBI. Therefore, these experimental models are not valid to mimic mTBI. Thus, an appropriate model should be used to investigate mTBI. The Marmarou weight drop model for rats induces similar microstructural alterations and cognitive impairments as seen in patients who sustain mild trauma; therefore, this model was selected for this protocol. Conventional computed tomography and magnetic resonance imaging (MRI) scans commonly show no damage following a mild injury, because mTBI induces often only subtle and diffuse injuries. With diffusion weighted MRI, it is possible to investigate microstructural properties of brain tissue, which can provide more insight into the microscopic alterations following mild trauma. Therefore, the goal of this study is to obtain quantitative information of a selected region-of-interest (i.e., hippocampus) to follow up disease progression after obtaining a mild and diffuse brain injury.

The overall goal of this procedure is to obtain quantitative microstructural information of the hippocampus in a rat with mild traumatic brain injury. This is done using an advanced diffusion-weighted magnetic resonance imaging protocol and region-of-interest based analysis of parametric diffusion maps.

Advanced Diffusion Imaging im Hippocampus von Ratten mit leichter traumatischer Hirnverletzung

Mild traumatic brain injury (mTBI) is the most common type of acquired brain injury. Since patients with traumatic brain injury show a tremendous ...

Electromagnetic Controlled Closed-Head Model of Mild Traumatic Brain Injury in Mice

Highly reproducible animal models of traumatic brain injury (TBI), with well-defined pathologies, are needed for testing therapeutic interventions and understanding the mechanisms of how a TBI alters brain function. The availability of multiple animal models of TBI is necessary to model the different aspects and severities of TBI seen in people. This manuscript describes the use of a midline closed head injury (CHI) to develop a mouse model of mild TBI. The model is considered mild because it does not produce structural brain lesions based on neuroimaging or gross neuronal loss. However, a single impact creates enough pathology that cognitive impairment is measurable at least 1 month after injury. A step-by-step protocol to induce a CHI in mice using a stereotaxically guided electromagnetic impactor is defined in the paper. The benefits of the mild midline CHI model include the reproducibility of the injury-induced changes with low mortality. The model has been temporally characterized up to 1 year after the injury for neuroimaging, neurochemical, neuropathological, and behavioral changes. The model is complementary to open skull models of controlled cortical impact using the same impactor device. Thus, labs can model both mild diffuse TBI and focal moderate-to-severe TBI with the same impactor.

The protocol describes mild traumatic brain injury in a mouse model. In particular, a step-by-step protocol to induce a mild midline closed head injury and the characterization of the animal model is fully explained.

Elektromagnetisch gesteuertes Closed-Head-Modell für leichtes Schädel-Hirn-Trauma bei Mäusen

Highly reproducible animal models of traumatic brain injury (TBI), with well-defined pathologies, are needed for testing therapeutic interventions and ...

Assessing Changes in Synaptic Plasticity Using an Awake Closed-Head Injury Model of Mild Traumatic Brain Injury

Mild traumatic brain injuries (mTBIs) are a prevalent health issue in North America. There is increasing pressure to utilize ecologically valid models of closed-head mTBI in the preclinical setting to increase translatability to the clinical population. The awake closed-headed injury (ACHI) model uses a modified controlled cortical impactor to deliver closed-headed injury, inducing clinically relevant behavioral deficits without the need for a craniotomy or the use of an anesthetic.
This technique does not normally induce fatalities, skull fractures, or brain bleeds, and is more consistent with being a mild injury. Indeed, the mild nature of the ACHI procedure makes it ideal for studies investigating repetitive mTBI (r-mTBI). Growing evidence indicates that r-mTBI can result in a cumulative injury that produces behavioral symptoms, neuropathological changes, and neurodegeneration. r-mTBI is common in youths playing sports, and these injuries occur during a period of robust synaptic reorganization and myelination, making the younger population particularly vulnerable to the long-term influences of r-mTBI.
Further, r-mTBI occurs in cases of intimate partner violence, a condition for which there are few objective screening measures. In these experiments, synaptic function was assessed in the hippocampus in juvenile rats that had experienced r-mTBI using the ACHI model. Following the injuries, a tissue slicer was utilized to make hippocampal slices to evaluate bidirectional synaptic plasticity in the hippocampus at either 1 or 7 days following the r-mTBI. Overall, the ACHI model provides researchers with an ecologically valid model to study changes in synaptic plasticity following mTBI and r-mTBI.

Here, it is demonstrated how an awake closed-head injury model can be used for examining the effects of repeated mild traumatic brain injury (r-mTBI) on synaptic plasticity in the hippocampus. The model replicates important features of r-mTBI in patients and is used in conjunction with in vitro electrophysiology.

Beurteilung von Veränderungen in der synaptischen Plastizität unter Verwendung eines wachen geschlossenen Kopfverletzungsmodells für ein leichtes Schädel-Hirn-Trauma

Mild traumatic brain injuries (mTBIs) are a prevalent health issue in North America. There is increasing pressure to utilize ecologically valid models of ...

Validierung der Verletzungsreaktion und Verhaltensbewertungen in einem mTBI-Rattenmodell

Rat Model of Closed-Head Mild Traumatic Injury and its Validation

Animal models are crucial for advancing our understanding of mild traumatic brain injury (mTBI) and guiding clinical research. To achieve meaningful insights, developing a stable and reproducible animal model is essential. In this study, we report a detailed description of a closed-head mTBI model and a representative validation method using Sprague-Dawley rats to verify the modeling effect. The model involves dropping a 550 g mass weight from a height of 100 cm directly onto the head of a rat on a destructible surface, followed by a 180-degree turn. To assess the injury, rats underwent a series of neurobehavioral assessments 10 min post-injury, including time of loss of consciousness, first seeking-behavior time, escape ability, and beam balance ability test. During the acute and subacute stages following the injury, behavioral tests were conducted to assess motor coordination ability (Beam task), anxiety (Open Field test), and learning and memory abilities (Morris Water Maze test). The closed-head mTBI model produced a consistent injury response with minimal mortality and replicated real-life situations. The validation method effectively verified the model development and ensured the stability and consistency of the model.

Autor im Rampenlicht: Förderung der Forschung zu traumatischen Hirnverletzungen - Ein geschlossenes Modell für genaue Replikation und schnelle Bewertung 

Here, we present a closed-head mild traumatic brain injury (mTBI) rat model and its validation exhibiting remarkable similarity to human mTBI concerning behavioral manifestations during the acute and subacute stages.

Rattenmodell für leichte traumatische Verletzungen mit geschlossenem Kopf und seine Validierung

Animal models are crucial for advancing our understanding of mild traumatic brain injury (mTBI) and guiding clinical research. To achieve meaningful ...

Roman Modell Mild traumatische Hirnverletzung für jungen Ratten

Zusammenfassung

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Kapitel in diesem Video

Erkennung von Verhaltensstörungen Defizite bei Ratten nach Schädel-Hirn-Verletzung

Beurteilung des dominant-unterwürfigen Verhaltens bei erwachsenen Ratten nach einem Schädel-Hirn-Trauma

Ein Mausmodell der einzelnen und repetitiven milden traumatischen Gehirnverletzung

Ein neuartiges und translationales Rattenmodell der Gehirnerschütterung, das Kraft und Rotation mit der zerebralen Mikrodialyse in Vivo kombiniert

Advanced Diffusion Imaging im Hippocampus von Ratten mit leichter traumatischer Hirnverletzung

Elektromagnetisch gesteuertes Closed-Head-Modell für leichtes Schädel-Hirn-Trauma bei Mäusen

Beurteilung von Veränderungen in der synaptischen Plastizität unter Verwendung eines wachen geschlossenen Kopfverletzungsmodells für ein leichtes Schädel-Hirn-Trauma

Rattenmodell für leichte traumatische Verletzungen mit geschlossenem Kopf und seine Validierung

Rattenmodell für leichte traumatische Verletzungen mit geschlossenem Kopf und seine Validierung

Rattenmodell für leichte traumatische Verletzungen mit geschlossenem Kopf und seine Validierung