Agradecemos a R. Gettens, N. St. Johns, P. Bennet y J. Robson por sus contribuciones al desarrollo del modelo TBI. NarSAD Young Investigator Grants de la Brain & Behavior Research Foundation (F.P. y M.J.R.), una beca de investigación del Darrell K. Royal Research Fund for Alzheimer's Disease (F.P.) y un PhRMA Foundation Award (M.J.R.) apoyaron esta investigación. Este trabajo fue apoyado a través de becas predoctorales de la Fundación Americana para la Educación Farmacéutica (A.F.L y B.P.L.).

El protocolo sigue las pautas de cuidado animal de la Universidad de Cincinnati y la Universidad de Virginia Occidental. Todos los procedimientos que involucran animales fueron aprobados por los Comités Institucionales de Cuidado y Uso de Animales (IACUC), y se realizaron de acuerdo con los principios de la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio.
1. Instalación de la configuración de TBI de explosión
<ol><li>Adquiera todas las piezas de trabajo que se requieren para la configuración, incluyendo: tubo de choque que consiste en una sección de acero accionada y atornillada, membrana de poliéster, pernos de sujeción, sensores de presión, escudo de tubería de cloruro de polivinilo (PVC) para proteger los órganos periféricos, línea hidráulica de alta presión de 9,53 mm y accesorios macho y hembra de conexión rápida, regulador de gas de alto flujo y un cilindro de gas con soporte de montaje en pared (consulte la Figura 1A, B y Tabla de Materiales). NOTA: Las especificaciones de la sección de accionamiento y conductor utilizada aquí (ver Figura 2 y Tabla de Materiales) se han establecido para producir una onda expansiva a escala consistente de corta duración (ver Figura 3C, D) para inducir una LCT leve a moderada en ratones. Para este propósito, se seleccionó una sección de controlador corto diseñada por taper (6 ° cónico). La longitud y el diámetro de las secciones accionadas y conductoras se pueden modificar para investigar específicamente la onda expansiva29,30,31,32, la onda de compresión18 o la dinámica de la onda de choque33. Para los experimentos con ratas, las dimensiones del tubo de choque deben adaptarse para producir fuerzas comparables de acuerdo con los parámetros de escala corporal pertinentes17 (ver Tabla de Materiales).</li>
	<li>Instale las partes de trabajo individuales de la configuración en mesas deslizantes de máquina que se fijen en una superficie estable y fácil de limpiar (preferiblemente acero inoxidable para su uso en roedores) en un espacio de laboratorio aprobado para experimentos con animales. NOTA: Los experimentos de ondas expansivas producen un nivel considerable de ruido; por lo tanto, elija una ubicación dentro del espacio de laboratorio de absorción de sonido, donde el ruido no interfiera con otros experimentos / grupos de laboratorio.<ol>
<li>Fije el escudo de la tubería de PVC perpendicular a la configuración del tubo de choque para que el cuerpo del roedor esté completamente cubierto y solo sobresalga la cabeza. NOTA: Para el procedimiento estándar para inducir una LCT leve a moderada descrita aquí, el centro de la cabeza se encuentra a 5 cm del final de la sección impulsada para ratones.</li>
		<li>Cilindro de gas de montaje en pared muy cerca de la configuración de acuerdo con OSHA y todas las demás normas de seguridad pertinentes. NOTA: El aire comprimido, el helio o el gas nitrógeno se utilizan comúnmente para generar las ondas expansivas en modelos de tubos de choque de roedores. Todos los datos aquí presentados se han generado utilizando helio, ya que este gas produce una mayor sobrepresión durante una duración más corta34, lo que permite una escala adecuada para los sujetos murinos.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Evaluación de la configuración y las propiedades de la onda expansiva utilizando grabaciones de sensores de presión.
<ol><li>Prepare el tubo de choque.<ol>
<li>Corte cuidadosamente la membrana de poliéster sin doblarse y producir fisuras, para garantizar una ruptura constante.</li>
		<li>Inserte la membrana entre las secciones accionada y controladora. Asegure las secciones apretando los pernos de conexión.</li>
		<li>Compruebe que el sistema es hermético y que la membrana está bien fijada entre las secciones del conductor y las conducidas.</li>
		<li>Conecte el tanque de gas a través de una manguera hidráulica de alta presión de 9,53 mm y conecte rápidamente los accesorios al tubo de choque NOTA: Las secciones del controlador y accionadas se mecanizan con tolerancias precisas para permitir un sellado completo de membrana entre las secciones. Esto no permite fugas de gas e impide el uso de cualquier forma de material de junta / junta tórica y permite una mayor consistencia en la forma de onda generada.</li>
	</ol></li>
	<li>Instale los sensores de presión para monitorear las ondas expansivas (ver Figura 1C).<ol>
<li>Coloque un sensor de presión en el área de colocación de la cabeza y tres sensores a la salida del tubo de choque (consulte las Figuras 1C y 2).</li>
		<li>Inicie la grabación desde sensores de presión, justo antes de la ejecución de la onda expansiva. Registre los datos de la onda de presión a 500.000 fotogramas por segundo utilizando un acondicionador de señal de sensor y una placa de adquisición de datos (consulte la Tabla de materiales). NOTA: Use orejeras aprobadas por OHSA para garantizar una protección auditiva adecuada.</li>
		<li>Abra completamente la válvula principal del tanque de gas comprimido para permitir que el flujo de gas produzca un pico de presión repentino y rápido. NOTA: La sobrepresión de gas rompe la membrana de poliéster para liberar una onda de choque que pasa a una onda de compresión dentro de la sección impulsada y sale del tubo en la dirección del área de colocación de la cabeza.</li>
		<li>Apague el flujo de gas inmediatamente después del procedimiento. NOTA: La configuración puede equiparse con una válvula de retorno de resorte para detener automática y rápidamente el flujo de gas.</li>
		<li>Analice las grabaciones de ondas de presión utilizando un programa informático escrito personalizado para determinar la sobrepresión máxima y los datos de gráficos. Los datos se pueden graficar con cada sensor individualmente o superponerse entre sí para demostrar la planaridad de la onda generada (ver Figura 3C, D). NOTA: El análisis técnicamente se puede hacer utilizando un software más fácilmente disponible, pero debido a los grandes conjuntos de datos, estos programas tienen largos retrasos en la generación de gráficos.</li>
	</ol></li>
	<li>Establecer condiciones experimentales que sean adecuadas para el objetivo del estudio TBI designado, y confirmar que el modelo produce una onda expansiva consistente con una medición de sobrepresión, duración e impulso máxima comparable a una onda de Friedlander (ver Figura 3). Verifique estos parámetros utilizando el software informático antes mencionado.<ol>
<li>Calibre la configuración repitiendo los pasos 2.1.1. a 2.2.5. y utilice las grabaciones de ondas de presión para determinar si la configuración necesita ajuste (para obtener datos representativos, consulte la Figura 3).</li>
		<li>Modifique la configuración (si es necesario). NOTA: Las propiedades de la onda expansiva se pueden ajustar mediante modificaciones menores de la configuración. Por ejemplo, la distancia de la cabeza hasta el final de la sección accionada afecta la fuerza de la onda expansiva al nivel de la cabeza. El espesor de la membrana de poliéster determina el nivel de sobrepresión máxima, con membranas más gruesas que aumentan los niveles máximos (ver Figura 3A, B). Además, la configuración permite seleccionar la dirección en la que la onda expansiva golpea / penetra en la cabeza (es decir, de frente, lateral, superior o inferior) y, por lo tanto, se pueden investigar diferentes aspectos, como la lesión por onda expansiva sola o en combinación con lesiones por golpe y contragolpe debido a fuerzas de rotación rápidas.</li>
		<li>Repita los pasos 2.1.1 a 2.2.4 para establecer las propiedades de onda expansiva deseadas (si es necesario) y controlar la reproducibilidad.</li>
		<li>Repita los pasos 2.1.1 a 2.2.4 con membranas de poliéster de diferente grosor para evaluar la escalabilidad de la configuración (para obtener datos representativos, consulte la Figura 3A, B).</li>
	</ol></li>
</ol>3. Preparación de la configuración experimental y la inducción de LCT leve en roedores
NOTA: Transfiera los roedores al área de retención de 30 minutos a 1 h antes del inicio de los experimentos de LCT para aclimatarse. Seleccione el área de retención que se vea mínimamente afectada por el ruido del procedimiento.
<ol><li>Prepare todos los materiales necesarios para el experimento y verifique la configuración para una instalación adecuada (por ejemplo, ajuste los parámetros de acuerdo con el objetivo del estudio) (~ 5 – 10 minutos). NOTA: La gravedad de la lesión se puede ajustar seleccionando el grosor de la membrana de poliéster. Según nuestros estudios, se utiliza un espesor de membrana de 25,4 a 102 μm para una LCT leve a moderada en ratones35. Anteriormente hemos utilizado membranas con un espesor de 76,2 a 127 μm para producir LCT leve a moderada en ratas19.<ol>
<li>Corte cuidadosamente la membrana de poliéster, insértela entre las secciones accionada y atornilladora apretando los pernos de conexión.</li>
		<li>Conecte el tanque de gas al tubo de choque mediante el uso de accesorios de liberación rápida. Asegúrese de que la membrana esté bien fijada entre las secciones del conductor y las de accionamiento.</li>
		<li>Coloque tres sensores de presión a la salida del tubo de choque, a 120° de distancia, para controlar las propiedades de las ondas expansivas durante la inducción de LCT como se describe en los pasos 2.2.2 y 2.2.5.</li>
		<li>Asegúrese de que la distancia desde el extremo del aparato del tubo de choque sea correcta para cada sujeto respectivo utilizando el micrómetro instalado. Mantenga el posicionamiento de la cabeza del roedor (es decir, posición, distancia) constante dentro de los estudios para permitir una evaluación consistente de la lesión. NOTA: Como se indica en 1.2.1., se pueden inducir diferentes tipos de lesiones seleccionando la dirección en la que la onda expansiva impacta en la cabeza. Para que el procedimiento induzca una LCT leve a moderada descrita aquí, el cuerpo se coloca perpendicular al tubo de choque que la onda expansiva impacta en el lado de la cabeza. En este entorno, se permite la movilidad libre de la cabeza y, por lo tanto, se expone a la onda expansiva y a las fuerzas de rotación rápidas, lo que permite la generación de efectos de golpe y contragolpe.</li>
		<li>Inicie la grabación desde los sensores de presión utilizando la interfaz gráfica de usuario (GUI) del software.</li>
	</ol></li>
	<li>Anestesia y posicionamiento de roedores en configuración<ol>
<li>Transfiera roedores de la sala de espera e induzca anestesia con 4% de isoflurano en oxígeno y manténgalos con 2% de isoflurano en oxígeno para reducir la angustia y el dolor. NOTA: Asegúrese de que el animal no responda al pellizco del dedo del pie o la cola antes de continuar. Asegúrese de que la inducción de la anestesia sea consistente para todos los animales de experimentación, incluidos los controles simulados. Este procedimiento requiere un nivel bajo y una duración corta de la anestesia.</li>
		<li>Coloque el roedor completamente anestesiado en el escudo de tubería de PVC con amortiguación para proteger los órganos periféricos de la onda expansiva. NOTA: Los sujetos de control se anestesian y se colocan cerca de la configuración, pero no se someten directamente a la onda expansiva. Asegúrese de que los controles estén sujetos al ruido generado por el tubo de choque.</li>
		<li>Coloque la cabeza del roedor dentro del área de colocación de la cabeza y apóyela desde abajo, ya sea mediante un soporte incorporado directamente en el aparato de protección o una gasa. Determine la alineación de la cabeza de acuerdo con la anatomía de cada roedor individual, con el cóndilo occipital alineado con el borde del blindaje protector. NOTA: Evite dirigir la onda de presión directamente hacia el tronco encefálico para disminuir la mortalidad. Se sabe que la lesión del centro respiratorio del tronco encefálico y la médula espinal cervical contribuye a anomalías respiratorias e incluso a la muerte en modelos de roedores de LCT36,37,38.</li>
	</ol></li>
	<li>Exposición de roedores a ondas expansivas.<ol>
<li>Abra rápidamente la válvula principal del tanque de gas comprimido para producir un pico de presión que rompe la membrana y produce una fuerte explosión que confirma la generación de una onda de presión. La membrana se romperá visualmente cuando se retire después del experimento. NOTA: Se puede utilizar una cámara de alta velocidad para capturar los efectos de golpe y contragolpe de la aceleración rotacional experimentada por el roedor para su posterior análisis.</li>
		<li>Apague el flujo de gas inmediatamente después de escuchar la explosión.</li>
	</ol></li>
	<li>Recuperación de la exposición a ondas expansivas<ol>
<li>Después de la exposición a la onda expansiva, retire el roedor del aparato y colóquelo en una superficie plana directamente adyacente al tubo de choque de lado.</li>
		<li>Monitoree a los sujetos para determinar el tiempo reflejo de enderezamiento (TRR). Use un cronómetro para registrar el tiempo desde la exposición a las ondas expansivas hasta que recuperen el reflejo de enderezamiento inherente. (ver Figura 4A).</li>
		<li>Tan pronto como los sujetos recuperen su reflejo de enderezamiento, colóquelos en su jaula doméstica respectiva donde se los monitorea para detectar reacciones adversas (es decir, convulsiones, dificultad para respirar, sangrado de un orificio corporal) durante las próximas 24 h.</li>
		<li>Después del período de monitoreo inicial, los sujetos pueden ser analizados utilizando varios ensayos bioquímicos, neuropatológicos, neurofisiológicos y conductuales de elección del investigador (ver más abajo).</li>
	</ol></li>
	<li>Prepare la configuración y el espacio para el próximo experimento.<ol>
<li>Limpie la configuración con detergente para eliminar el olor.</li>
	</ol></li>
</ol>4. Aplicaciones aguas abajo para roedores expuestos a fuerzas y controles de onda expansiva/rotación
NOTA: En estudios previos, se evaluaron los efectos de una LCT leve a moderada en varios puntos temporales después de la exposición a una onda expansiva y fuerzas de rotación en roedores utilizando aplicaciones posteriores, incluidos análisis bioquímicos, neuropatológicos, neurofisiológicos y conductuales19.
<ol><li>Análisis bioquímico<ol>
<li>En puntos de tiempo experimentales definidos (horas a días después de una LCT leve), recolecte tejido (por ejemplo, cerebro, sangre) para el análisis bioquímico utilizando protocolos estándar como se describe19.</li>
		<li>Utilice tejido para análisis bioquímicos (es decir, inmunoblotting, ELISA, etc.) para evaluar el efecto de una LCT leve en los procesos neurobiológicos y fisiopatológicos.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Análisis neuropatológico<ol>
<li>En puntos de tiempo experimentales definidos (horas a días después de una LCT leve), perfundir roedores transcardialmente con solución salina seguida de solución de paraformaldehído al 4% para fijar el tejido como se describe19. NOTA: Algunas aplicaciones no son compatibles con la fijación de paraformaldehído (por ejemplo, tinción de plata, algunos anticuerpos para inmunohistoquímica).</li>
		<li>Utilizar tejido fijo perfundido para análisis anatómicos, histológicos y moleculares para evaluar los cambios neuropatológicos asociados con LCT leve, incluyendo neuroinflamación, neurodegeneración y cambios neuroquímicos como se describe19.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Análisis neurofisiológico en cortes cerebrales<ol>
<li>En puntos de tiempo experimentales definidos (horas a días después de una LCT leve), sacrifice roedores por decapitación, elimine cerebro y prepare rebanadas cerebrales como se describe19.</li>
		<li>Realizar registros electrofisiológicos como se describe19 para evaluar el efecto de una LCT leve sobre las propiedades sinápticas basales y la plasticidad sináptica.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Análisis de comportamiento<ol>
<li>En puntos de tiempo experimentales definidos (horas a días después de una LCT leve), evalúe el rendimiento conductual, incluida la función motora (por ejemplo, campo abierto, rotarod, actividad locomotora; consulte la Figura 4D) y el aprendizaje y la memoria (por ejemplo, acondicionamiento del miedo, laberinto de Barnes, laberinto de agua de Morris).</li>
	</ol>
</li>
</ol>

Los autores declaran que no tienen intereses contrapuestos.

Presentamos aquí un modelo preclínico de LCT leve que es rentable, fácil de configurar y ejecutar, y permite resultados experimentales de alto rendimiento, confiables y reproducibles. Este modelo proporciona un blindaje protector a los órganos periféricos para permitir una investigación centrada en los mecanismos leves de LCT al tiempo que limita las variables de confusión de la lesión sistémica. Por el contrario, se sabe que otros modelos de blastocitos infligen daño a los órganos periféricos2,39,40.<sup cla...

La lesión cerebral traumática (LCT) representa más de dos millones de visitas al hospital cada año solo en los Estados Unidos. La LCT leve comúnmente resultante de accidentes automovilísticos, eventos deportivos o caídas representa aproximadamente el 80% de todos los casos de LCT1. La LCT leve se considera la "enfermedad silenciosa", ya que los pacientes a menudo no experimentan síntomas manifiestos en los días y meses posteriores a la lesión inicial, pero pueden desarrollar complicaciones graves relacionadas con la LCT más adelante en la vida2. Además, el TCE leve inducido por explosiones es prevalente entre los miembros del servicio militar, y se ha asociado con disfunción crónica del SNC3,4,5,6. Debido a la creciente incidencia de LCT leve relacionada con blastocitos7,8, la modelización preclínica de los procesos neurobiológicos y fisiopatológicos asociados con LCT leve se ha convertido así en un foco en el desarrollo de nuevas intervenciones terapéuticas para LCT.
Históricamente, la investigación de LCT se ha centrado principalmente en las formas graves de neurotrauma, a pesar del número relativamente menor de casos graves de LCT humana. Se han desarrollado modelos preclínicos de roedores para LCT humana grave, incluyendo los modelos de impacto cortical controlado (ICC)9,10 y lesión por percusión fluida (FPI)11, ambos bien establecidos para producir efectos fisiopatológicos fiables12,13. Estos modelos han sentado las bases para lo que se conoce hoy en día sobre la neuroinflamación, la neurodegeneración y la reparación neuronal en TBI. Aunque se ha desarrollado un conocimiento considerable de la fisiopatología de la LCT, actualmente no hay tratamientos efectivos aprobados por la FDA disponibles para la LCT.
Más recientemente, el enfoque de la investigación de LCT se ha ampliado para incluir un espectro más amplio de patologías relacionadas con LCT con el objetivo final de desarrollar intervenciones terapéuticas efectivas. Sin embargo, se han establecido pocos modelos preclínicos para LCT leve que hayan mostrado efectos medibles, y sólo un pequeño número de estudios han investigado el espectro de LCT leve2,14,15. Dado que la LCT leve representa la gran mayoría de todos los casos de LCT, se necesitan urgentemente modelos fiables de LCT leve para facilitar la investigación sobre la etiología y la neuropatofisiología de la condición humana, con el fin de desarrollar nuevas estrategias terapéuticas.
Junto con ingenieros biomédicos y físicos aeroespaciales, hemos establecido un modelo escalable de onda expansiva de cabeza cerrada para una LCT leve a moderada. Este modelo preclínico de roedores se ha desarrollado específicamente para investigar los efectos de la dinámica de la fuerza, incluidas las ondas expansivas y el movimiento de aceleración / desaceleración, que se asocian con una LCT leve humana obtenida en combate militar, eventos deportivos, accidentes automovilísticos y caídas. Como las ondas expansivas se correlacionan con la dinámica de fuerza que causa una lesión cerebral traumática leve en humanos, este modelo fue diseñado para producir una forma de onda de Friedlander consistente con un impulso, que se mide como libras por pulgada cuadrada (psi) * milisegundo (ms). El nivel de impulso se escala para caer por debajo de las curvas de letalidad pulmonar definidas para ratones y ratas con el fin de realizar investigaciones preclínicas16,17,18. Además, este modelo permite la investigación de lesiones por golpes y contrecoup debido a las rápidas fuerzas de rotación de la cabeza del animal. Este tipo de lesión es inherente a varios tipos de presentaciones clínicas de LCT, incluidas las observadas tanto en poblaciones militares como civiles. Por lo tanto, este modelo versátil se ajusta a una necesidad que abarca múltiples presentaciones clínicas de TBI.
El modelo preclínico aquí presentado produce cambios fisiopatológicos fiables y reproducibles asociados a una lesión cerebral traumática leve clínica, como lo demuestran varios estudios previos17,19,20,21,22,23. Los estudios con este modelo mostraron que las ratas sometidas a una onda expansiva de baja intensidad exhibieron neuroinflamación, lesión axonal, daño microvascular, cambios bioquímicos relacionados con la lesión neuronal y déficits en la plasticidad a corto plazo y la excitabilidad sináptica19. Sin embargo, este modelo de LCT leve no indujo ningún cambio neuropatológico macroscópico, incluyendo daño tisular, hemorragia, hematoma y contusión19 que se han observado comúnmente en estudios con modelos de LCT invasivos moderados a severos10,24. Investigaciones anteriores19,21,22,23 han demostrado que este modelo preclínico puede ser utilizado para caracterizar los procesos neurobiológicos y fisiopatológicos subyacentes a la etiología del TBI leve y moderado17,19,20,21,22,23. Este modelo también permite probar nuevos compuestos y estrategias terapéuticas, así como la identificación de dianas novedosas y adecuadas para el desarrollo de intervenciones efectivas de LCT19,21,22,23.
Este modelo fue desarrollado para investigar los efectos inducidos por las ondas expansivas, así como las fuerzas de rotación rápidas en los resultados moleculares, celulares y de comportamiento en roedores. Análogamente al modelo de onda expansiva presentado aquí, se han desarrollado una serie de modelos preclínicos que intentan recapitular LCT leve a moderada utilizando ondas de sobrepresión impulsadas por gas2,14,17,25,26,27,28. Algunas de las limitaciones de otros modelos incluyen: el animal se fija a una camilla de malla de alambre y la cabeza se inmoviliza al impactar; los órganos periféricos están expuestos a la onda además del cerebro, lo que crea las variables de confusión del politraumatismo; y los modelos son grandes y estacionarios, lo que limita el cambio y la adaptación de parámetros críticos a mejores condiciones del modelo que recuerdan a la LCT humana.
Los beneficios de esta configuración de tubo de choque accionada por gas de sobremesa son su costo relativamente bajo para los gastos de adquisición y funcionamiento, así como la facilidad de instalación y uso. Además, la configuración permite una operación de alto rendimiento y la generación de ondas expansivas reproducibles controladas y resultados in vivo tanto en ratones como en ratas. Con el fin de controlar las condiciones de prueba consistentes (es decir, ondas de explosión constantes y sobrepresión), la configuración está equipada con sensores de presión. Las ventajas de este modelo para TBI incluyen la escalabilidad de la gravedad de la lesión y que la TBI leve se induce utilizando un procedimiento no invasivo de cabeza cerrada. La sobrepresión máxima y la posterior lesión cerebral aumentan con membranas de poliéster más gruesas de una manera escalable consistente17. La capacidad de escalar la gravedad de la LCT a través del grosor de la membrana es una herramienta útil para determinar el nivel en el que se hacen evidentes las medidas de resultado específicas (por ejemplo, neuroinflamación). Proporcionar un blindaje protector para los órganos periféricos, también permite la investigación enfocada en los mecanismos leves de LCT al evitar o reducir las variables de confusión de la lesión sistémica, como la lesión pulmonar o torácica. Además, esta configuración permite seleccionar la dirección en la que la onda expansiva golpea / penetra en la cabeza (es decir, de frente, lateral, superior o inferior) y, por lo tanto, se pueden investigar diferentes tipos de insultos que inducen LCT. El procedimiento estándar para inducir una LCT leve a moderada descrita aquí emplea la exposición lateral para evaluar los efectos de la lesión por ondas expansivas en combinación con la lesión por golpe y contrecoup debido a las fuerzas de rotación rápidas. Además, para investigar exclusivamente las lesiones inducidas por explosiones, se puede emplear la exposición a ondas de explosión de arriba hacia abajo en este modelo.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>3/8 SAE High Pressure Hydraulic Hose</td>
			<td>Eaton Aeroquip</td>
			<td>R2-6-6-36M</td>
			<td>Available from Grainger</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3/8&#39;&#39; Quick Connect Female Plugs</td>
			<td>Karcher</td>
			<td>KAR 86410440</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3/8&#39;&#39; Quick Connect Male Plugs</td>
			<td>Karcher</td>
			<td>KAR 86410440</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ANY-maze video tracking software</td>
			<td>Stoelting Co.</td>
			<td>ANY-maze software</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clear Mylar membrane</td>
			<td>ePlastics.com</td>
			<td>POLYCLR0.003</td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compound Slide Table (X2)</td>
			<td>Grizzly Industrial</td>
			<td>G5757</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deadman Gas Control Ball Valve</td>
			<td>Coneraco Inc.</td>
			<td>71-502-01</td>
			<td>&#34;Apollo&#34;, Available from Grainger</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Driver and driven section (murine)</td>
			<td>own design/production</td>
			<td>n/a</td>
			<td>For further information please contact the authors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Driver and driven section (rat)</td>
			<td>own design/production</td>
			<td>n/a</td>
			<td>For further information please contact the authors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ear Muffs</td>
			<td>3M</td>
			<td>37274</td>
			<td>Available from Grainger</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas Regulator - Hi Flow 3500-600-580</td>
			<td>Harris</td>
			<td>3003539</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Helium Gas</td>
			<td>AirGas</td>
			<td>HE 300</td>
			<td>Tanks are available in various sizes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inhalation Anesthesia System</td>
			<td>VetEquip</td>
			<td>901806</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Input Module</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>NI 9223</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Baxter</td>
			<td>NDC 10019-360-40</td>
			<td>Ordered by veterinarian</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory Timer/Stopwatch</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>50-550-352</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Labview version 12.0</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td></td>
			<td>Data Acquistion Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic Dial Indicator/Micrometer</td>
			<td>Grizzly Industrial</td>
			<td>G9849</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td></td>
			<td>Software for pressure recording analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen Regulator</td>
			<td>Medline</td>
			<td>HCS8725M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PC for Data Processing</td>
			<td>Dell</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyvinylchloride Tubing - 25.4 mm</td>
			<td>FORMUFIT</td>
			<td>P001FGP-WH-40x3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure sensors</td>
			<td>PCB Piezotronics</td>
			<td>102A05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Receiver USB Chassis</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>DAQ-9171</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor Signal Conditioner</td>
			<td>PCB Piezotronics</td>
			<td>482C series</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless NSF-Rated Mounting Table</td>
			<td>Gridmann</td>
			<td>GR06-WT2448</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T Handle Allen Wrench - 3/16&#39;&#39;</td>
			<td>S&#38;K</td>
			<td>73310</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

low-intensity blast wave model for preclinical assessment of closed-head mild traumatic brain injury in rodents

La lesión cerebral traumática (LCT) es un problema de salud pública a gran escala. La LCT leve es la forma más frecuente de neurotrauma y representa un gran número de visitas médicas en los Estados Unidos. Actualmente no hay tratamientos aprobados por la FDA disponibles para TBI. El aumento de la incidencia de LCT inducida por explosiones relacionada con el ejército acentúa aún más la necesidad urgente de tratamientos efectivos contra la LCT. Por lo tanto, los nuevos modelos animales preclínicos de LCT que recapitulan aspectos de la LCT humana relacionada con los blastos avanzarán en gran medida en los esfuerzos de investigación sobre los procesos neurobiológicos y fisiopatológicos subyacentes a la LCT leve a moderada, así como el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas para la LCT.
Aquí presentamos un modelo confiable y reproducible para la investigación de los efectos moleculares, celulares y conductuales de una LCT inducida por explosión leve a moderada. Describimos un protocolo paso a paso para una LCT leve inducida por explosión de cabeza cerrada en roedores utilizando una configuración de sobremesa que consiste en un tubo de choque impulsado por gas equipado con sensores de presión piezoeléctricos para garantizar condiciones de prueba consistentes. Los beneficios de la configuración que hemos establecido son su bajo costo relativo, facilidad de instalación, facilidad de uso y capacidad de alto rendimiento. Otras ventajas de este modelo de LCT no invasiva incluyen la escalabilidad de la sobrepresión del pico de explosión y la generación de resultados reproducibles controlados. La reproducibilidad y relevancia de este modelo de LCT se ha evaluado en una serie de aplicaciones posteriores, incluidos los análisis neurobiológicos, neuropatológicos, neurofisiológicos y conductuales, lo que respalda el uso de este modelo para la caracterización de los procesos subyacentes a la etiología de un TCE leve a moderado.

La escalabilidad de la configuración de onda expansiva se probó utilizando tres espesores de membrana diferentes, 25.4, 50.8 y 76.2 μm. Los niveles de presión máxima se evaluaron en el área de colocación de la cabeza y la salida del aparato del tubo de choque utilizando sensores de presión piezoeléctricos (ver Figura 1 y Figura 2). Las presiones máximas aumentan en concordancia con el espesor de la membrana en ambas ubicaciones del sensor (<strong clas...

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Low-intensity Blast Wave Model for Preclinical Assessment of Closed-head Mild Traumatic Brain Injury in Rodents

Presentamos aquí un protocolo de un modelo de onda expansiva para roedores para investigar los efectos neurobiológicos y fisiopatológicos de la lesión cerebral traumática leve a moderada. Establecimos una configuración de sobremesa impulsada por gas equipada con sensores de presión que permiten una generación confiable y reproducible de lesiones cerebrales traumáticas leves a moderadas inducidas por explosiones.

Modelo de onda blástica de baja intensidad para la evaluación preclínica de la lesión cerebral traumática leve de cabeza cerrada en roedores

Traumatic brain injury (TBI) is a large-scale public health problem. Mild TBI is the most prevalent form of neurotrauma and accounts for a large number of ...

low-intensity-blast-wave-model-for-preclinical-assessment-closed-head

Research

JoVE Journal

Neuroscience

2.6K vistas.  Veterans Affairs. Presentamos aquí un protocolo de un modelo de onda expansiva para roedores para investigar los efectos neurobiológicos y fisiopatológicos de la lesión cerebral traumática leve a moderada. Establecimos una configuración de sobremesa impulsada por gas equipada con sensores de presión que permiten una generación confiable y reproducible de lesiones cerebrales traumáticas leves a moderadas inducidas por explosiones.

Video: Low-intensity Blast Wave Model for Preclinical Assessment of Closed-head Mild Traumatic Brain Injury in Rodents

Investigations on Alterations of Hippocampal Circuit Function Following Mild Traumatic Brain Injury

Traumatic Brain Injury (TBI) afflicts more than 1.7 million people in the United States each year and even mild TBI can lead to persistent neurological impairments 1. Two pervasive and disabling symptoms experienced by TBI survivors, memory deficits and a reduction in seizure threshold, are thought to be mediated by TBI-induced hippocampal dysfunction 2,3. In order to demonstrate how altered hippocampal circuit function adversely affects behavior after TBI in mice, we employ lateral fluid percussion injury, a commonly used animal model of TBI that recreates many features of human TBI including neuronal cell loss, gliosis, and ionic perturbation 4-6.
	Here we demonstrate a combinatorial method for investigating TBI-induced hippocampal dysfunction. Our approach incorporates multiple ex vivo physiological techniques together with animal behavior and biochemical analysis, in order to analyze post-TBI changes in the hippocampus. We begin with the experimental injury paradigm along with behavioral analysis to assess cognitive disability following TBI. Next, we feature three distinct ex vivo recording techniques: extracellular field potential recording, visualized whole-cell patch-clamping, and voltage sensitive dye recording. Finally, we demonstrate a method for regionally dissecting subregions of the hippocampus that can be useful for detailed analysis of neurochemical and metabolic alterations post-TBI.
	These methods have been used to examine the alterations in hippocampal circuitry following TBI and to probe the opposing changes in network circuit function that occur in the dentate gyrus and CA1 subregions of the hippocampus (see Figure 1). The ability to analyze the post-TBI changes in each subregion is essential to understanding the underlying mechanisms contributing to TBI-induced behavioral and cognitive deficits. 
	The multi-faceted system outlined here allows investigators to push past characterization of phenomenology induced by a disease state (in this case TBI) and determine the mechanisms responsible for the observed pathology associated with TBI.

A multi-faceted approach to investigating functional changes to hippocampal circuitry is explained. Electrophysiological techniques are described along with the injury protocol, behavioral testing and regional dissection method. The combination of these techniques can be applied in similar fashion for other brain regions and scientific questions.

Las investigaciones sobre alteraciones de la función del circuito del hipocampo después de una lesión cerebral traumática leve

Traumatic Brain Injury (TBI) afflicts more than 1.7 million people in the United States each year and even mild TBI can lead to persistent neurological ...

Investigación

Neurociencias

A Method to Inflict Closed Head Traumatic Brain Injury in Drosophila

Traumatic brain injury (TBI) affects millions of people each year, causing impairment of physical, cognitive, and behavioral functions and death. Studies using Drosophila have contributed important breakthroughs in understanding neurological processes. Thus, with the goal of understanding the cellular and molecular basis of TBI pathologies in humans, we developed the High Impact Trauma (HIT) device to inflict closed head TBI in flies. Flies subjected to the HIT device display phenotypes consistent with human TBI such as temporary incapacitation and progressive neurodegeneration. The HIT device uses a spring-based mechanism to propel flies against the wall of a vial, causing mechanical damage to the fly brain. The device is inexpensive and easy to construct, its operation is simple and rapid, and it produces reproducible results. Consequently, the HIT device can be combined with existing experimental tools and techniques for flies to address fundamental questions about TBI that can lead to the development of diagnostics and treatments for TBI. In particular, the HIT device can be used to perform large-scale genetic screens to understand the genetic basis of TBI pathologies.

A Method to Inflict Closed Head Traumatic Brain Injury in Drosophila

Here we describe a method to inflict closed head traumatic brain injury (TBI) in Drosophila. This method provides a gateway to investigate the cellular and molecular mechanisms that underlie TBI pathologies using the vast array of experimental tools and techniques available for flies.

Un método para infligir Cerrado Jefe lesión cerebral traumática en<em&gt; Drosophila</em

Traumatic brain injury (TBI) affects millions of people each year, causing impairment of physical, cognitive, and behavioral functions and death. Studies ...

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

Traumatic brain injury is a leading cause of death and disability in military and civilian populations. Blast traumatic brain injury results from the detonation of explosive devices, however, the mechanisms that underlie the brain damage resulting from blast overpressure exposure are not entirely understood and are believed to be unique to this type of brain injury. Preclinical models are crucial tools that contribute to better understand blast-induced brain injury. A novel in vitro blast TBI model was developed using an open-ended shock tube to simulate real-life open-field blast waves modelled by the Friedlander waveform. C57BL/6N mouse organotypic hippocampal slice cultures were exposed to single shock waves and the development of injury was characterized up to 72 h using propidium iodide, a well-established fluorescent marker of cell damage that only penetrates cells with compromised cellular membranes. Propidium iodide fluorescence was significantly higher in the slices exposed to a blast wave when compared with sham slices throughout the duration of the protocol. The brain tissue injury is very reproducible and proportional to the peak overpressure of the shock wave applied.

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

This paper describes a novel model of primary blast traumatic brain injury. A compressed-air driven shock tube is used to expose in vitro mouse hippocampal slice cultures to a single shock wave. This is a simple and rapid protocol generating a reproducible brain tissue injury with a high throughput.

Un modelo de novela In Vitro de lesión cerebral traumática por explosión

Traumatic brain injury is a leading cause of death and disability in military and civilian populations. Blast traumatic brain injury results from the ...

Effects of Blast-induced Neurotrauma on Pressurized Rodent Middle Cerebral Arteries

Though there have been studies on the histopathological and behavioral effects of blast exposure, fewer have been dedicated to blast&#39;s cerebral vascular effects. Impact (i.e., non-blast) traumatic brain injury (TBI) is known to decrease pressure autoregulation in the cerebral vasculature in both humans and experimental animals. The hypothesis that blast-induced traumatic brain injury (bTBI), like impact TBI, results in impaired cerebral vascular reactivity was tested by measuring myogenic dilatory responses to reduced intravascular pressure in rodent middle cerebral arterial (MCA) segments from rats subjected to mild bTBI using an Advanced Blast Simulator (ABS) shock tube. Adult, male Sprague-Dawley rats were anesthetized, intubated, ventilated and prepared for Sham bTBI (identical manipulation and anesthesia except for blast injury) or mild bTBI. Rats were randomly assigned to receive Sham bTBI or mild bTBI followed by sacrifice 30 or 60 min post-injury. Immediately after bTBI, righting reflex (RR) suppression times were assessed, euthanasia at the time points post-injury was completed, the brain was harvested and the individual MCA segments were collected, mounted and pressurized. As the intraluminal pressure perfused through the arterial segments was reduced in 20 mmHg increments from 100 to 20 mmHg, MCA diameters were measured and recorded. With decreasing intraluminal pressure, MCA diameters steadily increased significantly above baseline in the Sham bTBI groups while MCA dilator responses were significantly reduced (p &#60; 0.05) in both bTBI groups as evidenced by the impaired, smaller MCA diameters recorded for the bTBI groups. In addition, RR suppression in the bTBI groups was significantly (p &#60; 0.05) higher than in the Sham bTBI groups. MCA&#39;s collected from the Sham bTBI groups exhibited typical vasodilatory properties to decreases in intraluminal pressure while MCA&#39;s collected following bTBI exhibited significantly impaired myogenic vasodilatory responses to reduced pressure that persisted for at least 60 min after bTBI.

Here, we present a protocol to describe methods for ex vivo vascular reactivity determination following a primary blast traumatic brain injury (bTBI) using isolated, pressurized, rodent middle cerebral arterial (MCA) segments. bTBI induction is accomplished using a shock tube, also known as an Advanced Blast Simulator (ABS) device.

Efectos de Neurotrauma inducido ráfaga en roedor a presión media de las arterias cerebrales

Though there have been studies on the histopathological and behavioral effects of blast exposure, fewer have been dedicated to blast&#39;s cerebral ...

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.

Imágenes de difusión avanzada en el hipocampo de ratas con lesión cerebral traumática leve

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.

Modelo electromagnético controlado de cabeza cerrada de lesión cerebral traumática leve en ratones

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.

Evaluación de los cambios en la plasticidad sináptica utilizando un modelo de lesión cerebral traumática leve con vigilia

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

Validación de la respuesta a las lesiones y las evaluaciones conductuales en un modelo de rata mTBI

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 destacado: Avance en la investigación de lesiones cerebrales traumáticas: un modelo de cabeza cerrada para una replicación precisa y una evaluación rápida 

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.

Modelo de Rata de Lesión Traumática Leve de Cabeza Cerrada y su Validación

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