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横方向の流体パーカッション(LFP)、マウスの外傷性脳損傷の確立されたモデルは、実証される。妥当性、信頼性と臨床的関連:LFPは、動物モデルの3つの主要な基準を満たしています。外科的開頭で構成される手順は、ハブの固定は、焦点とびまん性傷害の結果、傷害の誘導が続く記述されています。
外傷性脳損傷(TBI)の研究では、どの罹患率と死亡率の結果頭部外傷の意識の高まりにより、新たな勢いを、達成している。再生のプロセスの1,2に続いているTBI、複雑かつ異種の二次影響の結果、以下の一次的損傷の性質に基づく。一次的損傷は、頭蓋骨の骨折からまたはせん断と動き3,4に起因する脳の変位を引き起こす組織の伸張から脳への直接挫傷により誘導され得る。結果として得られる血腫と裂傷が血管反応3,5を引き起こす、と白質の形態学的および機能的な損傷は、軸索傷害6-8拡散につながる。一般的に脳に見られる追加の二次的変化は、浮腫や頭蓋内圧亢進9です。 TBIは、次の最終的に長期的な神経学的障害を13,14につながる興奮神経伝達物質、免疫メディエーターおよび酸素ラジカル10-12、の放出に関与する生化学および生理学的経路の微視的な変化があります。したがって、ヒトおよびげっ歯類に存在する同様の細胞や分子のイベントはTBIそのTBIの適切な動物モデルを選択すると、損傷および修復のメカニズムを研究するために重要です。
流体パーカッション、皮質への影響及び重量落下/衝撃加速度1:TBIの様々な実験モデルはヒトで観察TBIの局面を再現するために開発されている、それらの間の3つの特定のモデルが広くげっ歯類に適応されています。流体のパーカッションのデバイスは、そのまま硬膜への簡単な流体の圧力パルスを印加することによりクレイニエクトミによって傷害を生成します。パルスは、流体のリザーバーのピストンを打つ振り子によって作成されます。パーカッションは、神経組織1,15の簡単な変位や変形を生成します。逆に、皮質衝撃傷害は、空気圧16,17の下で厳格なインパクターを経由して無傷の硬膜への機械的エネルギーを提供します。重量落下/衝撃モデルは閉じた頭蓋骨18日に特定の質量を持つ棒の落下によって特徴付けられる。 TBIのモデルの中で、LFPは混合焦点とびまん性脳損傷19を評価するために最も確立されたと一般的に使用されるモデルです。それは再現可能であり、傷害のパラメータの操作を可能にするために標準化されています。 LFPの反復するの怪我は、このように、それが臨床的に関連するレンダリング、ヒトで観察し、臨床翻訳20の新規治療薬の探索が可能になります。
我々は、マウスでLFPの手順を実行するための詳細なプロトコルを記述する。与えた損傷は皮質、海馬および最も脆弱である脳梁のような脳の領域で、軽度から中等度です。海馬と運動学習のタスクは、LFPは、次の探索されます。
1。クレイニエクトミ
2。傷害の誘導
3。モータの評価、認知的および組織学的転帰
4。代表的な結果:
LFPデバイスにより誘発される損傷は、特に十分な外科のトレーニングで、動物から動物に再現可能です。けがの一貫性を維持するために、デバイスによって硬膜に配信圧力の量が監視されます。振り子は、動物の頭蓋骨切除術のサイト(図1A)に貼付けがのハブに接続されている高圧チューブとルアーロックフィッティングと水で満たされたアクリルシリンダーを打つ。傷害を軽度から中等度の場合は、振り子の角度は0.9からの範囲の圧力を生成するように設定されています- 2.1気圧とアンプに接続してオシロスコープは、圧力パルス(図1B)を可視化するために使用されます。傷害は、反射回数と肺水腫に関連付けられている増加する死亡率を正すの範囲を生成します。 4分、0 - - 5%の死亡率は軽度の損傷は、2の立ち直り反射時間とみなされます。 10分および10 - - 20%の死亡率は中程度の傷害は、6の立ち直り反射時間とみなされます。また、LFPを受けたマウスは、てんかん発作を示すかもしれないトニック姿勢を示すことができる。発作は、しばしば危険にさらさ硬膜に関連付けられています。一緒に、これらの知見は、傷害が神経学的損傷の原因となっていることを示唆している。シャム動物はLFPデバイスに接続されていますが、振り子がリリースされていません。
LFPによって誘発される損傷を可視化するために、我々は、傷害に対する応答に関連付けられている細胞の種類が、どちらも星状膠細胞とマクロファージを認識する抗体を用いて免疫細胞化学を行った。グリア線維性酸性タンパク質(GFAP)染色は、傷害WHの領域では皮質全体に増加グリオーシスを明らかにereas偽のマウスはクレイニエクトミ下記の同等のサイト(図2A、B)で増加した星状細胞増加症が表示されません。同様に、MAC1染色は、偽手術を受けたマウスと比較して損傷部位を取り巻く多くのマクロファージを示しています。さらに、ではなく、偽のマウス(図2C、D)でLFPを受けたマウスの可視皮質組織に頻繁に物理的な損傷があります。
軽度のLFPは、次の行動試験は、認知運動の成果の両方を評価するために使用することができます。 MWMは、学習と記憶への影響を決定するために使用されます。試験室での視覚的な手がかりを使用して、偽のマウスは、急速に水迷路での訓練の後続の各一日にプラットフォームを配置で、より効率的になりました。軽度のLFPを受けたマウスは、その後3日目(図3A)でタスクを学ぶように見える偽のマウスに対する相対的なテストの最初の2日間に隠されたプラットフォームを見つけるために時間がかかります。これらの知見は、傷害のマウスは空間学習の獲得できる割合を減少させることを示唆している。記憶の保持に対する傷害の影響を判断するには、プローブの試験は1日の最後のトレーニングセッションの後に行われます。偽のマウスは怪我が使われているプラットフォームが存在する場所の位置(図3B)をリコールするためにマウスの能力に影響を与えていることを示唆して軽度のLFPを受けたマウスと比較して、ターゲットの象限に多くの時間を過ごす。運動機能を評価するために、マウスがロータロッドデバイス上でテストされています。軽度のLFPを受けたマウスでは1,7、および21日後の傷害(解像度)(図3C)で偽のマウスに比べて落ちる短い平均待機時間を持っている。これらのデータは、負傷したマウスは統合されたvestibulomotorと感覚運動機能に障害のあることを示唆している。
図1。LFPデバイスと傷害の間に得 られたオシロスコープから代表的なトレース。 A)LFPデバイスのコンポーネントは、次のとおりです。振り子は、所望の力、高圧のチューブと接続されているオスルアーロックフィッティング、アンプとアクリルシリンダーを満たした水を供給する所定の角度でスタンドとセットに固定とオシロスコープ。オシロスコープからの圧力パルスのB)代表トレース。ピークツーピーク値は1.47気圧の圧力を示す2.16ボルトです。
図2:LFP以下の強化された神経膠症と炎症反応は、傷害の程度を示しています。偽手術(A、C)またはLFPの損傷(B、D)7日後の傷害(解像度)を受けたマウスの脳を介して冷凍横断切片(20μmの)。皮質画像はクレイニエクトミの震源地で撮影されています。 (A、B)組織は、アストロサイトを識別する抗体で染色される。グリア線維性酸性タンパク質(GFAP)抗体(MAB360、ケミコン、1:400)は、偽手術に比べてLFPの損傷(矢印)を受けたマウスの大脳皮質全体に星状膠細胞の高い数値を示している。二次抗体はヤギ抗マウス594(1:1000)である。 (C. D)組織はマクロファージを識別する抗体で染色される。 MAC1抗体(MAC1 -α鎖のCD11b、BD Biosciences社、1:50)偽手術と比較して(矢印)皮質の損傷部位の周囲に多くのmacrophgesおよび/または活性化したミクログリアを明らかにする。二次抗体はヤギ抗ラットCY3(1:50)です。スケールバーとBの=200μmの、CとDに100μmの
図3。軽度のLFPは、次の行動試験は、偽のマウスと比較して負傷の赤字を示しています。 A)軽度のLFPを受けたマウスは、偽のマウスよりもMWMでプラットフォームを見つける作業を学ぶために時間がかかります。偽VS LFP(AVEの秒± SEM)1日34.21 ± 3.02対38.64 ± 2.63、2日目24.52 ± 2.84対27.21 ± 2.11、3日目22.47 ± 2.00対22.08 ± 2.52(1解像度、N = 9偽、10 LFP) 。 B)マウスは、偽のマウス(21解像度、N = 10)にMWM相対的に最後の訓練の後、プローブ試験24時間の間にターゲットの象限に少ない時間を過ごす穏やかなLFPを行った。 C)軽度のLFPを受けたマウスはすぐにロータロッド装置から落ちる偽のマウスに比べて(1、7、および21解像度、n = 5の偽の、8 LFP)。エラーバーはSEを表す。
LFPの方法は、ここで紹介のneuropathalogicalと行動の成果の多くのモデルは、TBIの広く使用されている動物モデルとなった理由である外傷性脳損傷の軽度から中等度。この手法の妥当性と信頼性を向上させるために考慮すべきいくつかの重要なステップがあります。例えば、硬膜の完全性がクレイニエクトミ中に危険にさらされていないだけで、動物がLFPに供し、研究で使用することが重要です。クレイニエクトミは、任意の接着剤やセメントによって閉塞されている場合、さらに、クレイニエクトミ下硬膜のように一部が流体圧の力にさらされていない、動物は試験から除外されるべきである。最後に、立ち直り反射の時間や死亡率が所望の範囲内にない場合、動物は研究に含まれるべきではない。圧力パルスの強度は、より深刻な怪我を生成するために増加することができます。
図1に示すように、LFPデバイスの設定は比較的単純で、傷害の程度の再現性は、オシロスコープに圧力の雰囲気を監視することによって維持されています。オシロスコープのトレース上の曲線の滑らかな形状は、LFPの傷害の誘導を妨害する可能性流体内に気泡がないことを示しています。テストパルスは、傷害を誘発する前に配信される必要がありますし、オシロスコープのトレースは、滑らかな曲線を示していない場合、気泡を削除する必要があります。パルスの持続時間は、衝突試験のシミュレーションで測定された誘導の時間を表す約20ミリ秒です。短いパルスの傷害はより多くの焦点怪我を生産する可能性があります。 TBIしたがって、パルスのモデルのこの期間は人間。
LFPを以下の形態学的および細胞の変化は、組織への物理的な損傷だけでなく、図2に示すようにアストロサイトとマクロファージ数の増加が含まれています。それは傷害の顕著な兆候の一つは、星状膠細胞とグリア瘢痕の形成の過形成であることが十分に確立されている。グリア瘢痕が有益と有害な影響24の両方を有することが示されている。同様に、マクロファージは、治癒のプロセスが25を開始したとき、位相は、次の怪我の間に様々な組織に蓄積することが知られている。このように偽のコントロールに対する相対LFP試料のGFAPとMAC1陽性細胞数の増加は、傷害の誘導の指標である。偽のコントロールで、これらの細胞特異的マーカーの発現の欠如は、単独で手術操作は脳組織の健康上およびタンパク質発現の変化は、傷害のパラダイムに固有の負の結果を持っていないことを示しています。
図3に示す軽度のLFPの行動結果は、認知や運動障害などがあります。 MWMの所見LFPマウスは、最終的にタスクを学ぶことを示しているが偽のマウスよりも遅い速度で、彼らは訓練の後だけでなく、一日の作業を覚えていません。このように、さらに軽度負傷マウスは、その後のテスト中に取得する必要が空間的な情報を、処理の統合、および格納するための外部手がかりを使ってで偽のマウスよりも効率的です。このような条件性恐怖反応のような他の海馬依存の認知タスクはLFP 26に受けたマウスでは損なわれることが示されている。最後に、軽度の損傷後の3週間にロータロッドパラダイムで偽のマウスの相対LFPマウスによって落下する短い待ち時間は、統合されたvestibulomotorと感覚運動機能の障害の指標です。他のグループ27から30によって示されているとして、より多くの中程度の傷害は、認知および運動機能のより顕著な変化を明らかにするだろう。
それが予想される基準の多くを満たしているため合計では、LFPは人間TBIの有効なモデルです。 LFPは、構成概念妥当性を提供するという点では、ヒトにおけるTBI誘導病因のプロセスを再作成します。具体的には、力と死亡率の大きさは、事前に怪我の外科的介入は、動物モデルに対して一意であることを警告と軽度および中等度のスポーツカー関連の負傷で発生しているものと同様である。 LFPはまた、人間のTBIで観測された解剖学的、生化学的、神経病理学的および行動への影響の多くのそのLFP反復するに顔の妥当性を示す。そこにLFP後に検出される焦点とびまん性変化の両方があり、インパクトの左右差は1つが対側のそれと怪我に同側での形態学的損傷を比較することができます。一つ注意点は、認知運動効果を1つだけの半球が負傷の結果として、より微妙な場合があることである。最後に、LFPは、予測的妥当性を示し、LFPの手法の信頼性は、傷害20の誘導の前または後に様々な薬理学的および遺伝的操作の評価が可能になります。このような血圧、血液のpHや血液などの生理学的変数ガスは、治療薬の作用機序を決定するために、テスト薬剤の存在下および非存在下で測定する必要があります。しかし、TBIのプライマリとセカンダリの影響の複雑な性質のため、それはすべての症状を緩和することができる単一の介入を識別することは困難な作業です。
LFPのテクニックの一つ将来の考慮事項は、流体15の振り子によって提供される力を校正するための必要性をなくし、そのような気泡のような運用上の変数を避けるために、マイクロプロセッサ制御、空気圧駆動機器を採用したマイクロ流体パーカッションの使用可能性があります。しかし、標準のLFPのアプローチは、より良い介入や治療につながるTBI以下のダメージと回復の分子メカニズムを探索するために信頼性とシンプルな手法であることが多くの研究者によって証明されています。
利害の衝突は宣言されません。
この作業は、脳損傷の研究でニュージャージー州委員会によって運営されている。
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