Wir möchten uns bei allen Stipendiatinnen und Stipendiaten der Abteilung für Versuchstiere der Central South University bedanken. Diese Studie wurde von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 81971791) unterstützt; Shanghai Key Lab of Forensic Medicine, Key Lab of Forensic Science, Ministry of Justice, China (Academy of Forensic Science) (No. KF202104).

Die Tierversuche wurden vom Central South University Animal Care and Use Committee genehmigt. Alle Studien wurden im Einklang mit dem Wohlergehen und den ethischen Grundsätzen von Versuchstieren durchgeführt.
1. Fütterung und Betäubung der Tiere
<ol><li>Halten Sie 280-320 g männliche Sprague-Dawley-Ratten in einer Gruppe und halten Sie sie in einem 12 h/12 h Hell/Dunkel-Zyklus mit Zugang zu Futter und Wasser ad libitum. Führen Sie die Studie durch, nachdem sich die Ratten 6 Tage lang akklimatisiert haben.</li>
	<li>Betäuben Sie die Ratte mit 3% Isofluran bei 0,6 l/min Luftstrom in einer Induktionsbox, bis sie nicht mehr auf Pfoten- oder Schwanzkneifen reagiert. Halten Sie die Durchflussrate für 30 Sekunden. ANMERKUNG: Schmerzmittel wurden nicht verwendet, da sie die Reaktion der Ratte bei den neurologischen Verhaltensbeurteilungen beeinträchtigen würden.</li>
</ol>2. Präoperativer Aufbau
<ol><li>Positionieren Sie einen Schwamm mit einem Härtewert von 35D (Gewicht von 35 kg/m3 Schwamm) mit identischer Länge und Breite, aber einer Dicke von 12 cm, in einer Acrylbox (15 cm x 22 cm x 43 cm) ohne obere Abdeckung.</li>
	<li>Schneiden Sie eine Zinnfolie (20 μm dick) zu und befestigen Sie sie mit Klebeband auf der Acrylbox, um eine zerstörbare Oberfläche zu bilden, die das Gewicht einer Ratte tragen kann. Markieren Sie zusätzlich eine ca. 10 cm lange Schnittlinie, die als Position für die Positionierung des Rattenkopfes vorgesehen ist.</li>
	<li>Mit Hilfe eines Bügeleisenständers fixieren Sie das PVC-Rohr fest. Bereiten Sie ein perforiertes Gewicht von 550 Gramm mit einem Durchmesser von 18 Millimetern vor. Befestigen Sie das Gewicht an einer Angelschnur in einer Höhe von 1 Meter in einem Polyvinylchlorid- oder PVC-Schlauch. und stellen Sie die Position des Führungsrohrs 3 Zentimeter über der Zinnfolie ein.</li>
	<li>Bereiten Sie einen Helm und ein Kissen vor. Fertigen Sie einen Helm aus einer Edelstahlscheibe mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 3 mm. Bereite ein keilförmiges Schwammkissen vor, das du unter den Kopf der Ratte legst, und achte darauf, dass es senkrecht zur Schwerkraft steht. ANMERKUNG: Ein schematisches Diagramm des Schlaggeräts ist in Abbildung 1 dargestellt. Der Helm dient dazu, den Aufprallort zu identifizieren und die Verteilung der äußeren Kräfte zu verbessern. Das Kissen wird verwendet, um eine gleichmäßige und stabile Beschädigung zu gewährleisten.</li>
</ol>3. mTBI-Induktion
<ol><li>Legen Sie die betäubte Ratte schnell auf die Brust auf die Alufolie. HINWEIS: Für die mTBI-Induktion sind zwei Bediener erforderlich: einer für die Vorbereitung und der andere für die Überprüfung.</li>
	<li>Vorbereitung: Legen Sie das Kissen unter die Ratte und achten Sie darauf, dass der Kopf parallel zum Folienpapier ist. Richten Sie den Helm an den Ohren der Ratte aus und befestigen Sie ihn.</li>
	<li>Überprüfung: Vergewissern Sie sich, dass das PVC-Rohr direkt über dem Helm positioniert ist. Sobald beide Bediener die korrekte Einrichtung bestätigt haben, fahren Sie mit dem nächsten Schritt fort.</li>
	<li>Induktion der Kopfdrehung: Lassen Sie das Gewicht los, so dass es fallen und auf den Kopf der Ratte treffen kann, was einen Sturz auf den Schwamm und eine 180°-Drehung auslöst.</li>
	<li>Setze die Ratte auf den Rücken in einen sauberen Käfig.</li>
</ol>4. Schein-Induktion
<ol><li>Behandeln Sie die Ratte auf die gleiche Weise wie in der vorherigen Beschreibung der mTBI-Induktion, aber setzen Sie sie nicht dem Kopfaufprall aus.</li>
</ol>5. Validierungsverfahren: Akute neurobehaviorale Beurteilungen
HINWEIS: Die folgenden Bewertungen wurden auf der Grundlage des Neurological Severity Scores9 und des Protokolls von Flierl et al.10 modifiziert. Alle diese Untersuchungen wurden 10 Minuten nach der Wiedererlangung des Aufrichtungsreflexes durchgeführt.
<ol><li>Zeitpunkt des Bewusstseinsverlusts: Notieren Sie die Dauer von der Betäubung der Ratte bis zur Wiedererlangung des Aufrichtungsreflexes. HINWEIS: Der Aufrichtungsreflex ist der Vorgang, bei dem sich die Ratte umdreht, wenn sie auf den Rücken gelegt wird. Der Verlust des Aufrichtungsreflexes ist als humaner Endpunkt zu betrachten, und das Tier muss gemäß den institutionellen Richtlinien eingeschläfert werden.</li>
	<li>Zeit des ersten Suchverhaltens: Notieren Sie die Dauer von der Betäubung der Ratte bis zu dem Zeitpunkt, an dem sie das Suchverhalten zum ersten Mal zeigt. ANMERKUNG: Das Suchen nach Verhalten ist ein Zeichen des Interesses an der Umwelt, eine physiologische Reaktion.</li>
	<li>Fähigkeit zur Flucht<ol><li>Platzieren Sie die Ratte in der Mitte eines kreisförmigen Apparates (0,5 m Durchmesser und 0,3 m Höhe) mit einem Ausgang (12,5 cm lang und 9 cm breit).</li>
		<li>Notieren Sie die Zeit, die die Ratte braucht, um den Kreis zu verlassen. HINWEIS: Wenn die Ratte den Kreis nicht innerhalb von 180 s verlässt, notieren Sie die Zeit mit 180 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Balken-Gleichgewichts-Fähigkeitstest<ol><li>Legen Sie die Ratte entsprechend für 1 Minute auf einen 3 cm, 2 cm und 1,5 cm breiten Strahl.</li>
		<li>Wenn die Ratte das Gleichgewicht mit einer gleichmäßigen Haltung auf dem Balken beibehält, bewerten Sie sie mit 0.</li>
		<li>Wenn die Ratte die Seite des Balkens greift, geben Sie eine Punktzahl von 1. Wenn die Ratte den Balken umarmt und ein Glied von ihm abfällt, wird es mit 2 bewertet.</li>
		<li>Wenn die Ratte den Balken umarmt und die beiden Gliedmaßen von ihm herunterfallen oder sich auf ihm drehen (>60 s), wird sie mit 3 bewertet.</li>
		<li>Wenn die Ratte versucht, auf dem Balken zu balancieren, aber herunterfällt (> 40 s), wird sie mit 4 bewertet.</li>
		<li>Wenn die Ratte versucht, auf dem Balken zu balancieren, aber herunterfällt (>20 s), wird sie mit 5 bewertet.</li>
		<li>Wenn die Ratte nicht versucht, auf dem Balken zu balancieren oder zu hängen und innerhalb von 20 Sekunden herunterfällt, wird sie mit 6 bewertet. HINWEIS: Für den Balkenauswuchttest ist kein Vorversuch erforderlich.</li>
	</ol></li>
</ol>6. Validierungsverfahren: Bewertung des Neuroverhaltens
HINWEIS: Vor den Verhaltensexperimenten wurden die Ratten an 3 aufeinanderfolgenden Tagen täglich 2 Minuten lang behandelt, um Stress und Störungen der Neuheit zu minimieren. Alle Verhaltensexperimente wurden durchgeführt, indem die Tiere vor Beginn des Experiments für 60 Minuten in die Testumgebung gebracht wurden.
<ol><li>Motorische Koordinationsfähigkeit (Beam-Aufgabe)<ol><li>Versuchsaufbau<ol><li>Setzen Sie die Ratten auf ein Ende des Schwebebalkens (1,5 m lang und 75 cm über dem Boden). Platzieren Sie eine Rettungsbox (einen schrägen Einstreukäfig) am anderen Ende.</li>
			<li>Positionieren Sie eine Schaumstoffpolsterung unter dem Balken, um das potenzielle Verletzungsrisiko für Ratten im Falle von Stürzen während des Tests zu verringern.</li>
			<li>Schalten Sie die Videokamera ein.</li>
			<li>Planen Sie Testtage zu bestimmten Zeitpunkten nach der Verletzung oder nach der Scheinbehandlung (z. B. Tag 1, Tag 3 und Tag 7).</li>
		</ol></li>
		<li>Einarbeitungsphase (2 Tage)<ol><li>Trainieren Sie die Ratten, den 4 cm breiten Balken 3 Mal hintereinander zu überqueren, gefolgt von zwei Versuchen auf dem 2 cm breiten Strahl.</li>
			<li>Führen Sie die Ratten während des Trainings vorsichtig über den Balken, bis sie ihn leicht und ohne Störung überqueren können.</li>
		</ol></li>
		<li>Schwebebalken-Experiment<ol><li>Setzen Sie die Ratten für 5 aufeinanderfolgende Versuche auf den 2 cm breiten Strahl.</li>
			<li>Notieren Sie den Beginn und das Ende jedes Versuchs, wenn die Nase der Ratte die Start- bzw. Ziellinie kreuzt.</li>
			<li>Bringen Sie die Ratten am Ende des Experiments in ihre Käfige zurück.</li>
		</ol></li>
		<li>Baseline-Tests<ol><li>Führen Sie das Schwebebalken-Experiment vor der Verletzung oder Behandlung durch.</li>
			<li>Berechnen Sie die Durchschnittswerte aus diesen 5 aufeinanderfolgenden Versuchen, um den Ausgangswert für jede Ratte festzulegen.</li>
		</ol></li>
		<li>Datenanalyse<ol><li>Analysieren Sie die Zeit, um den Strahl zu überqueren, und die Gesamtzahl der Ausrutscher des Rückfußes mithilfe von Videoanalysen von Forschern, die für die Versuchsbedingungen blind sind.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Angst (Offener Feldtest)<ol><li>Versuchsaufbau<ol><li>Bereiten Sie die Freifeldarena vor und stellen Sie sicher, dass sie sauber und frei von früheren Geruchsreizen ist. Unterteilen Sie die Arena in drei Zonen: eine mittlere Innenzone (33 cm x 33 cm), eine mittlere Zone (66 cm x 66 cm) und eine äußere Zone.</li>
		</ol></li>
		<li>Testphase<ol><li>Platziere eine Ratte in der Mitte der offenen Feldarena und starte den Timer. Erlaube der Ratte, die Arena 5 Minuten lang frei zu erkunden. Nach 5 Minuten bringen Sie die Ratte vorsichtig und vorsichtig in ihren Heimatkäfig zurück.</li>
		</ol></li>
		<li>Datensammlung<ol><li>Messen Sie die Gesamtstrecke, die die Ratte während der 5-minütigen Erkundungsphase zurückgelegt hat. Bestimme die Zeit, die die Ratte in der zentralen, inneren, mittleren und äußeren Zone verbringt.</li>
		</ol></li>
		<li>Datenanalyse<ol><li>Verwenden Sie die zurückgelegte Gesamtstrecke als Maß für das allgemeine Erkundungsverhalten und die Bewegungsfähigkeit. Berechnen Sie die Zeit, die Sie in der zentralen inneren Zone verbringen, als Indikator für angstähnliche Reaktionen.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Lern- und Gedächtnisfähigkeiten (Morris-Wasserlabyrinth-Test)<ol><li>Stellen Sie sicher, dass sich das Wasserlabyrinth-Gerät in einem ordnungsgemäßen Zustand befindet. Färben Sie das Wasser schwarz und platzieren Sie die Queues in den vier Himmelsrichtungen. Positionieren Sie die Plattform 2,5 cm unter der Wasseroberfläche.</li>
		<li>Richten Sie ein Überwachungssystem ein, um das Verhalten der Ratten aufzuzeichnen und zu beobachten.</li>
		<li>Trail-Tag<ol><li>Setze die Ratte schnell in das Wasserlabyrinth. Wenn die Ratte die Plattform nicht innerhalb von 2 Minuten erreicht, führen Sie sie vorsichtig mit dem Holzstab.</li>
			<li>Lassen Sie die Ratte sich mit der Umgebung des Labyrinths vertraut machen, während sie 20 Sekunden lang auf der Plattform steht, und entfernen Sie sie dann. Sobald sich die Ratte auf der Plattform befindet, lassen Sie sie 20 Sekunden lang stehen und entfernen Sie sie dann.</li>
		</ol></li>
		<li>Tägliche Wiederholung<ol><li>Wiederholen Sie die Prozedur des Trainingstages und setzen Sie die Ratte aus verschiedenen Quadranten ins Wasser. Wiederholen Sie Schritt 6.3.3. Setzen Sie das Training an 5 aufeinanderfolgenden Tagen fort.</li>
		</ol></li>
		<li>Sondentesttag: Entfernen Sie am 6. Tag die Plattform und legen Sie die Ratte für 2 Minuten in denselben Quadranten.</li>
		<li>Beobachtung und Aufzeichnung: Nutzen Sie das Überwachungssystem, um das Verhalten der Ratte an Versuchs- und Sondentesttagen zu überwachen.</li>
		<li>Reinigung: Nachdem Sie die Ratte aus dem Wasserlabyrinth entfernt haben, trocknen Sie sie mit einem Handtuch gründlich ab.</li>
	</ol></li>
</ol>

Validierung der Verletzungsreaktion und Verhaltensbewertungen in einem mTBI-Rattenmodell

<ol>
	<li>Silverberg, N. D., Duhaime, A. C., Iaccarino, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mild+traumatic+brain+injury+in+2019-2020.">Mild traumatic brain injury in 2019-2020.</a> JAMA. 323 (2), 177-178 (2020).</li><li>Kim, K., Priefer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+current+post-concussion+protocols.">Evaluation of current post-concussion protocols.</a> Biomedicine &amp; Pharmacotherapy. 129, 110406 (2020).</li><li>Peeters, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidemiology+of+traumatic+brain+injury+in+Europe.">Epidemiology of traumatic brain injury in Europe.</a> Acta Neurochirurgica (Wien). 157 (10), 1683-1696 (2015).</li><li>Kabadi, S. V., Hilton, G. D., Stoica, B. A., Zapple, D. N., Faden, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluid-percussion-induced+traumatic+brain+injury+model+in+rats.">Fluid-percussion-induced traumatic brain injury model in rats.</a> Nature Protocols. 5 (9), 1552-1563 (2010).</li><li>Smith, D. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+of+parasagittal+controlled+cortical+impact+in+the+mouse:+cognitive+and+histopathologic+effects.">A model of parasagittal controlled cortical impact in the mouse: cognitive and histopathologic effects.</a> Journal of Neurotrauma. 12 (2), 169-178 (1995).</li><li>Feeney, D. M., Boyeson, M. G., Linn, R. T., Murray, H. M., Dail, W. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Responses+to+cortical+injury:+I.+Methodology+and+local+effects+of+contusions+in+the+rat.">Responses to cortical injury: I. Methodology and local effects of contusions in the rat.</a> Brain Research. 211 (1), 67-77 (1981).</li><li>Cernak, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+pathobiology+of+blast+injuries+and+blast-induced+neurotrauma+as+identified+using+a+new+experimental+model+of+injury+in+mice.">The pathobiology of blast injuries and blast-induced neurotrauma as identified using a new experimental model of injury in mice.</a> Neurobiology of Disease. 41 (2), 538-551 (2011).</li><li>Shultz, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+potential+for+animal+models+to+provide+insight+into+mild+traumatic+brain+injury:+Translational+challenges+and+strategies.">The potential for animal models to provide insight into mild traumatic brain injury: Translational challenges and strategies.</a> Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 76 (Pt B), 396-414 (2017).</li><li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Therapeutic+benefit+of+intravenous+administration+of+bone+marrow+stromal+cells+after+cerebral+ischemia+in+rats.">Therapeutic benefit of intravenous administration of bone marrow stromal cells after cerebral ischemia in rats.</a> Stroke. 32 (4), 1005-1011 (2001).</li><li>Flierl, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mouse+closed+head+injury+model+induced+by+a+weight-drop+device.">Mouse closed head injury model induced by a weight-drop device.</a> Nature Protocols. 4 (9), 1328-1337 (2009).</li><li>Kane, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mouse+model+of+human+repetitive+mild+traumatic+brain+injury.">A mouse model of human repetitive mild traumatic brain injury.</a> J Neuroscience Methods. 203 (1), 41-49 (2012).</li><li>Mychasiuk, R., Farran, A., Esser, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+an+experimental+rodent+model+of+pediatric+mild+traumatic+brain+injury.">Assessment of an experimental rodent model of pediatric mild traumatic brain injury.</a> Journal of Neurotrauma. 31 (8), 749-757 (2014).</li><li>Pham, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mild+closed-head+injury+in+conscious+rats+causes+transient+neurobehavioral+and+glial+disturbances:+A+novel+experimental+model+of+concussion.">Mild closed-head injury in conscious rats causes transient neurobehavioral and glial disturbances: A novel experimental model of concussion.</a> Journal of Neurotrauma. 36 (14), 2260-2271 (2019).</li><li>Jacotte-Simancas, A., Molina, P., Gilpin, N. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repeated+mild+traumatic+brain+injury+and+JZL184+produce+sex-specific+increases+in+anxiety-like+behavior+and+alcohol+consumption+in+Wistar+rats.">Repeated mild traumatic brain injury and JZL184 produce sex-specific increases in anxiety-like behavior and alcohol consumption in Wistar rats.</a> Journal of Neurotrauma. , (2023).</li><li>Levin, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Association+of+sex+and+age+with+mild+traumatic+brain+injury-related+symptoms:+A+TRACK-TBI+study.">Association of sex and age with mild traumatic brain injury-related symptoms: A TRACK-TBI study.</a> JAMA Network Open. 4 (4), e213046 (2021).</li></ol>

Die Autoren haben kein finanzielles Interesse an der Offenlegung.

Dieses Modell simuliert erfolgreich ein mTBI mit geschlossenem Kopf, ohne dass ein Kopfhautschnitt oder eine Schädelöffnung erforderlich ist, und bietet eine genauere Darstellung des Aufprallszenarios, das beim Menschen beobachtet wird. Die Vermeidung von Kopfhautschnitten hilft, Entzündungsreaktionen zu verhindern, die möglicherweise nicht mit der tatsächlichen Situation übereinstimmen. Im Vergleich zum pädiatrischen Modell12 von Richelle Mychasiuk ist das in dieser Studie verwendete Model...

Ein leichtes Schädel-Hirn-Trauma (mTBI) oder eine Gehirnerschütterung ist die häufigste Art von Verletzung und kann zu verschiedenen kurzzeitigen und chronischen Symptomen führen1. Zu diesen Symptomen können unter anderem Schwindel, Kopfschmerzen, Depressionen und Anhedonie gehören, die bei Personen, die von mSHT betroffen sind, zu erheblichem Leiden führen2. Da die meisten mSHTs durch stumpfe Gewalteinwirkung verursacht werden3, ist es unerlässlich, Tiermodelle zu entwickeln, die solche Verletzungen genau nachahmen. Diese Modelle sind unerlässlich, um ein besseres Verständnis der Verletzung und der zugrunde liegenden Mechanismen zu erlangen, und bieten eine kontrollierte Umgebung mit reduzierter Variabilität und Heterogenität im Vergleich zu Studien am Menschen.
Für Schädel-Hirn-Traumata (SHT) wurden zahlreiche etablierte Nagetiermodelle entwickelt, darunter Fluid Percussion Injury (FPI)4, Controlled Cortical Impact (CCI)5, Weight DropInjury 6, Blast-Traumatic Brain Injury7 und andere. Diese Modelle konzentrieren sich jedoch in erster Linie auf die Replikation von mittelschweren bis schweren SHT-Szenarien. Im Gegensatz dazu haben die experimentellen Modelle, die speziell für die Simulation von mTBI entwickelt wurden, relativ wenig Aufmerksamkeit erhalten und sind noch wenig erforscht8. Daher ist es dringend erforderlich, ein stabiles und reproduzierbares Tiermodell zu etablieren, das das mSHT genau abbildet. Ein solches Modell würde unser Verständnis der neurobiologischen und verhaltensbezogenen Folgen von mSHT erheblich verbessern.
Man kann die funktionellen Defizite bei mTBI-Ratten im Vergleich zu normalen Ratten nicht durch zufällige Beobachtung unterscheiden, nachdem die Wirkung der Anästhesie abgeklungen ist. Daher ist es notwendig, spezifische Tests durchzuführen. Beim Menschen wird ein breites Spektrum klinischer Beurteilungen verwendet, um Patienten zu beurteilen 9,10,11. In ähnlicher Weise erfordert die Etablierung eines erfolgreichen Modells im Rattenmodell auch den Einsatz von Schnellbewertungsinstrumenten, um seine Gültigkeit zu bestimmen.
In dieser Studie stellen wir ein geschlossenes mTBI-Rattenmodell vor, das die Untersuchung von mTBI in einer Weise ermöglicht, die dem menschlichen Zustand sehr ähnlich ist. Die detaillierte Beschreibung des Modells und seines Validierungsverfahrens vermittelt ein umfassendes Verständnis des experimentellen Ansatzes, der bei der Untersuchung von mTBI verwendet wird.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acrylic box</td>
			<td>In-house</td>
			<td>N/A</td>
			<td>15 cm x 22 cm x 43 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anesthesia Machine</td>
			<td>RWD Life Science Co.</td>
			<td>R540 Mice &#38; Rat Animal Anesthesia Machine</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Helmet</td>
			<td>In-house</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Stainless-steel disk measuring 10 mm in diameter and 3 mm in thickness</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Morris water maze</td>
			<td>RWD Life Science Co.</td>
			<td></td>
			<td>Diameter 150 cm, height 50 cm,platform diameter 35 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Open field</td>
			<td>RWD Life Science Co.</td>
			<td>63007</td>
			<td>Width100 cm, height 40 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Panlab SMART V3.0</td>
			<td>RWD Life Science Co.</td>
			<td>SMART v3.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Perforated weight</td>
			<td>In-house</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Weight of 550 g and diameter of 18 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pillow</td>
			<td>In-house</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Wedge-shaped sponge to place beneath the rat&#39;s head</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

rat model of closed-head mild traumatic injury and its validation

Tiermodelle sind von entscheidender Bedeutung, um unser Verständnis von leichten Schädel-Hirn-Traumata (mSHT) zu verbessern und die klinische Forschung zu leiten. Um aussagekräftige Erkenntnisse zu gewinnen, ist die Entwicklung eines stabilen und reproduzierbaren Tiermodells unerlässlich. In dieser Studie berichten wir über eine detaillierte Beschreibung eines Closed-Head-mTBI-Modells und eine repräsentative Validierungsmethode mit Sprague-Dawley-Ratten, um den Modellierungseffekt zu verifizieren. Bei dem Modell wird ein 550 g schweres Massengewicht aus einer Höhe von 100 cm direkt auf den Kopf einer Ratte auf einer zerstörbaren Oberfläche fallen gelassen und anschließend um 180 Grad gedreht. Um die Verletzung zu beurteilen, unterzogen sich die Ratten 10 Minuten nach der Verletzung einer Reihe von neurologischen Verhaltensuntersuchungen, einschließlich des Zeitpunkts des Bewusstseinsverlusts, der Zeit für das erste Suchverhalten, der Fluchtfähigkeit und des Tests der Balkenbalancefähigkeit. Während der akuten und subakuten Phasen nach der Verletzung wurden Verhaltenstests durchgeführt, um die motorische Koordinationsfähigkeit (Beam-Aufgabe), die Angst (Open-Field-Test) sowie die Lern- und Gedächtnisfähigkeiten (Morris-Water-Maze-Test) zu bewerten. Das Closed-Head-mTBI-Modell erzeugte eine konsistente Verletzungsreaktion mit minimaler Mortalität und replizierte reale Situationen. Die Validierungsmethode verifizierte effektiv die Modellentwicklung und stellte die Stabilität und Konsistenz des Modells sicher.

Mild traumatic brain injury (mTBI), or concussion, is the most prevalent type of injury and can lead to various short-term and chronic symptoms1. These symptoms may include dizziness, headaches, depression, and anhedonia, among others, leading to significant suffering for individuals affected by mTBI2. Since most mTBIs are caused by blunt force trauma3, it becomes imperative to develop animal models that accurately mimic such injuries. These models are essential for gaining a better understanding of the injury and its underlying mechanisms, offering a controlled environment with reduced variability and heterogeneity compared to human studies.
Numerous well-established rodent models have been developed for traumatic brain injury (TBI), including fluid percussion injury (FPI)4, controlled cortical impact (CCI)5, weight-drop injury6, blast traumatic brain injury7, and others. However, these models primarily focus on replicating moderate to severe TBI scenarios. In contrast, the experimental models specifically designed to simulate mTBI have received relatively less attention and remain underexplored8. Therefore, there is a critical need to establish a stable and reproducible animal model that accurately represents mTBI. Such a model would significantly enhance our understanding of the neurobiological and behavioral consequences associated with mTBI.
One cannot distinguish the functional deficits in mTBI rats compared to normal rats via casual observation after the effects of anesthesia have worn off. Therefore, it is necessary to administer specific tests. In humans, a wide range of clinical assessments are used to evaluate patients9,10,11. Similarly, establishing a successful model in the rat model also requires using rapid assessment tools to determine its validity.
In this study, we present a closed-head mTBI rat model, enabling the investigation of mTBI in a manner that closely resembles the human condition. The detailed description of the model and its validation procedure provides a comprehensive understanding of the experimental approach utilized in studying mTBI.

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

Rattenmodell für leichte traumatische Verletzungen mit geschlossenem Kopf und seine Validierung

In this study, we introduced a closed-head, mild traumatic brain injury rat model, and provided a comprehensive overview of its validation. Our goal was to offer a straightforward approach for replicating this type of brain injury and a rapid assessment method for confirming the success of the model. This model successfully simulates a closed-head, mild traumatic brain injury without the need for scalp incision or skull opening, provide a more accurate representation of the impact scenario observed in human cases.The avoidance of scalp incision helps to prevent inflammatory responses that may not align with the active situation. Mild traumatic brain injury lacks subjective and accurate diagnostic methods. In the future, our laboratory will continue to explore possible biomolecular markers and their deep molecular mechanisms, and help to transform the obtained molecular markers into clinical and forensic identification practices.

Die in dieser Arbeit verwendete Apparatur war eine modifizierte Version des Kane-Modells und des pädiatrischen Modells11,12 von Richelle Mychasiuk. In dieser Studie wurden SD-Ratten Schein- und mTBI-Gruppen zugeordnet. Um die Reproduzierbarkeit dieses Modells zu demonstrieren, führten wir drei unabhängige Replikate dieses Modells zusammen mit der Bewertung des akuten neurologischen Verhaltens durch, wobei jedes Experiment 8-12 ...

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In dieser Arbeit stellen wir ein Rattenmodell mit geschlossenem Schädel-Hirn-Trauma (mTBI) und dessen Validierung vor, das eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit dem menschlichen mSHT in Bezug auf Verhaltensmanifestationen während der akuten und subakuten Stadien aufweist.

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

In dieser Studie stellten wir ein Rattenmodell mit geschlossenem Kopf und leichtem Schädel-Hirn-Trauma vor und gaben einen umfassenden Überblick über seine Validierung. Unser Ziel war es, einen einfachen Ansatz für die Replikation dieser Art von Hirnverletzung und eine schnelle Bewertungsmethode anzubieten, um den Erfolg des Modells zu bestätigen. Dieses Modell simuliert erfolgreich ein leichtes Schädel-Hirn-Trauma mit geschlossenem Kopf, ohne dass ein Kopfhautschnitt oder eine Schädelöffnung erforderlich ist, und bietet eine genauere Darstellung des Aufprallszenarios, das in menschlichen Fällen beobachtet wird.Die Vermeidung von Kopfhautschnitten hilft, Entzündungsreaktionen zu verhindern, die möglicherweise nicht mit der aktiven Situation übereinstimmen. Leichten Schädel-Hirn-Traumata fehlen subjektive und genaue diagnostische Methoden. In Zukunft wird unser Labor weiterhin mögliche biomolekulare Marker und ihre tiefen molekularen Mechanismen erforschen und dazu beitragen, die gewonnenen molekularen Marker in klinische und forensische Identifizierungspraktiken umzuwandeln.

rat-model-of-closed-head-mild-traumatic-injury-and-its-validation

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

717 Aufrufe.  School of Basic Medical Science, Central South University. In dieser Studie stellten wir ein Rattenmodell mit geschlossenem Kopf und leichtem Schädel-Hirn-Trauma vor und gaben einen umfassenden Überblick über seine Validierung. Unser Ziel war es, einen einfachen Ansatz für die Replikation dieser Art von Hirnverletzung und eine schnelle Bewertungsmethode anzubieten, um den Erfolg des Modells zu bestätigen. Dieses Modell simuliert erfolgreich ein leichtes Schädel-Hirn-Trauma mit geschlossenem Kopf, ohne dass ein Kopfhautschnitt oder eine Schädel...

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

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.

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.

Forschung

Neurowissenschaften

Experimental Set Up to Create a Rat Model of Mild Traumatic Brain Injury (mTBI)

Experimental Set Up to Create a Rat Model of Mild Traumatic Brain Injury (MTBI)  

To begin, place a 12-centimeter thick sponge with a 35D hardness in an acrylic box, lacking a top cover. Then, cut a sheet of tinfoil and adhere it to the acrylic box with adhesive tape to create a fragile surface capable of supporting the weight of a rat. Also, mark a 10-centimeter long line as the designated location for positioning the rat's head.Using an iron stand, firmly secure a polyvinyl chloride or PVC tube in place. Prepare a perforated weight weighing 550 grams with an 18-millimeter diameter. Attach the weight to a fishing line at a height of one meter inside the PVC tube and adjust the position of the guide tube three centimeters above the tin foil.Next, make a helmet from a stainless steel disc. Prepare a wedge-shaped sponge pillow to place under the rat's head. Swiftly position the anesthetized rat on its chest in the tinfoil.Slide the pillow beneath the rat, ensuring its head remains parallel to the foil surface. Align the helmet with the rat's ears, and securely fasten it in place. Confirm that the PVC pipe is directly above the helmet.Then, release the weight and allow it to impact the rat's head resulting in a fall onto the sponge and a 180 degree rotation. Afterwards, position the rat on its back inside a clean cage.

Versuchsaufbau zur Erstellung eines Rattenmodells für ein leichtes Schädel-Hirn-Trauma (mTBI)

Acute Neurobehavioral Assessments of the Closed-Head Mild Traumatic Brain Injury (mTBI) Rat Model

Acute Neurobehavioral Assessments of the Closed-Head Mild Traumatic Brain Injury (MTBI) Rat Model  

After inducing a mild traumatic brain injury in an anesthetized rat, position it on its back inside a clean cage. Record the duration from when the rat is anesthetized to when it regains the righting reflex. Also record the time it takes for the rat to exhibit its first seeking behavior from the moment of anesthesia.Next place the rat in the center of a circular apparatus with an exit. Measure and record the time it takes for the rat to exit the circle. Then place the rat successively on three beams of varying length each for a duration of one minute.Score the rat on a scale of zero to six, depending on their performance on the beam. mTBI rats exhibited a significantly prolonged recovery from unconsciousness. The seeking behavior increased significantly in the mTBI group during the recovery period.Also, the mTBI rats took longer to exit the circle compared to sham rats. The beam balance test showed a significant injury effect in wide beam tasks indicating balance impairment in mTBI rats 10 minutes post impact. The 2 and 1.5 centimeter wide beams effectively differentiated between sham and mTBI groups in three independent experiments.

Akute neurobehaviorale Beurteilungen des Rattenmodells mit geschlossenem Schädel-Hirn-Trauma (mTBI)

Neurobehavior Assessment of the Closed-Head Mild Traumatic Brain Injury (mTBI) Rat Model

Neurobehavior Assessment of the Closed-Head Mild Traumatic Brain Injury (MTBI) Rat Model  

After inducing a mild traumatic brain injury in an anesthetized rat, position it on its back inside a clean cage. Place foam padding beneath the balance beam to reduce the risk of injury to the rats in case of falls during the test. Place an escape box at one end of the beam.Activate the video camera to record the test. Once the animal recovers, position the rats at the other end of the balance beam. Position the rats on the two centimeter wide beam for a series of five consecutive trials.Record the initiation and conclusion of each trial when the rat's nose crosses the starting and finishing lines respectively. Prepare the open field arena, ensuring it is clean and devoid of any prior odor cues. Divide the arena into three distinct zones:a central inner zone, a middle zone, and an outer zone.Place a rat in the center of the open field arena and initiate the timer. Allow the rat to freely explore the arena for a duration of five minutes. After this period, carefully and gently return the rat to its home cage.Quantify the total distance covered by the rat during the five-minute exploration period. Additionally, determine the amount of time the rat spends in the three zones. Ensure that the water maze apparatus is in proper working condition.Place the platform at a depth of 2.5 centimeters below the water surface. Dye the water black and position cues in the four cardinal directions. Establish a monitoring system to record and observe the behavior of the rats.Then introduce the rat into the water maze. If the rat is unable to reach the platform within a two-minute timeframe, gently guide it using a wooden stick. Allow the rat to become accustomed to the maze environment while standing on the platform for a duration of 20 seconds, then remove it.On the sixth day, which is the probe test day, remove the platform from the water maze and position the rat in the same quadrant for a duration of two minutes. Employ the monitoring system to continuously observe and record the rat's behavior. Motor coordination was assessed pre and post-anesthesia or injury using the beam task.At day one post-injury, mTBI rats showed significantly more hindlimb slips compared to shams. However, after two days, hindlimb slips returned to sham levels. All six mTBI rats had more post-impact hindlimb slips with no differences in beam traversal times between mTBI and sham rats.Distance traveled showed no significant differences between sham and mTBI groups. Anxiety-like behavior was evident in mTBI rats at three and seven days post-injury, spending less time in the center zone during the open field test. Morris water maze results indicated impaired spatial learning and memory in mTBI rats.They took longer to find the hidden platform and spent less time searching for the removed platform during the probe trial without differences in swimming speed suggesting no impact on spontaneous locomotor function.