Os autores gostariam de agradecer as fontes de financiamento: Exército-UNL Centro de Mecânica Trauma (DoD / ARO, # W911NF-11-1-0033, PI: Dr. Chandra Namas), Prêmio Layman UNL (26-1110-0033 -001 , PI: Lim).

1. Cultura Celular Neuronal <ol><li> As células do cérebro, incluindo células neuronais, astrócitos e a sua co-cultura pode ser utilizado como um modelo de célula. Como uma demonstração de viabilidade, pressurização impulsivo de células da linha de células neuronais é apresentado. </li><li> SH-Sy5y células de neuroblastoma humano (ATCC, CRL-2266) são cultivadas em lamelas de vidro 18 mm de diâmetro. As células são semeadas a uma densidade de 3 x 10 3 células / cm 2, usando os meios de crescimento composto por DMEM suplementado com 10% de soro fetal bovino e 1% de penicilina-estreptomicina. Lâminas de vidro de células em cultura são mantidas em 5% de CO 2 incubador humidificado a 37 ° C. </li><li> Para obter a diferenciação de células neuronais de células SH-Sy5y, as células são tratadas com meio suplementado com mais de 10 uM de ácido retinóico (AR) durante 7 dias com meio mudado a cada dois dias. No dia 7, as células estão prontas para ser pressurizado. </li></ol> 2. Equipamento de pressurização: Kolsky Bar <ol><li> A barra de Kolsky, dedesenvolvido pela Kolsky 1 em 1949, tem sido utilizado para medir a propriedade mecânica de um material, a uma taxa de carregamento muito elevada. O aparelho é constituído por duas barras com uma amostra colocada em contacto entre as barras. Uma onda de tensão, criada na barra incidente, se propaga para a amostra, onde a onda se divide em uma onda reflectida e transmitida. A tensão da amostra é proporcional à onda transmitida. No presente estudo, nós utilizamos uma câmara de pressurização da célula a ser colocado entre as duas barras da Kolsky set-up. </li><li> As duas barras de liga de alumínio (cada comprimento de 6 m) estão suspensos por chumaceiras de bronze alinhados, e uma câmara de pressurização in vitro de células é colocado entre as barras. O bar é o bar a montante incidente com uma massa 130 lb presa em uma extremidade. Um grampo de fricção é colocado numa posição em que vai dar a duração do impulso desejada. Ao envolver-se a braçadeira de aperto e um macaco tesoura entre a massa e um suporte de carga, a secção de aperto de massa da barra de incidente é pré-compressed para o nível desejado. Forçar um parafuso entalhado que trava o grampo para uma ruptura brusca com um sistema hidráulico libera a compressão pré-armazenados rapidamente e, assim, gera um impulso de pressão. Esta propaga-se através da barra incidente, acciona o êmbolo da câmara de teste, e pressuriza o fluido e as células dentro da câmara de impulso. A pressurização da câmara, por sua vez inicia uma pressão de pulso de propagação a jusante da barra de transmissão. As estirpes associadas com os impulsos de pressão das barras são medidos com medidores de compostos de alta resistência de tensão excitado a 45 volts. Os sinais de calibre são gravados com um osciloscópio digital na freqüência de 1 MHz, como uma história de carregamento. </li><li> In vitro a câmara de pressurização da célula é constituída por um êmbolo do cilindro. O cilindro tem 2,6 cm de diâmetro interno e 3,8 cm de diâmetro exterior, e tem um pequeno orifício aproveitado na base da cavidade. O orifício serve de ar de ventilação e o excesso de líquido da amostra durante a instalação da célula. O pistão é de 7,5 cm de comprimentoe é feita a partir do material de barra mesmo. O pistão é envolvido com duas a três camadas de fita de encanador (Teflon), que servem como selo de baixo atrito. A tampa de extremidade é de 32 mm de comprimento e tem dois pequenos parafusos de aço inoxidável que fixam as lamelas de vidro (no qual as células são cultivadas), durante o carregamento. </li></ol> 3. Pressurização impulsivo de células neuronais <ol><li> Todas as peças da câmara de pressurização são esterilizados utilizando a autoclave e são mantidos sob luz UV. A montagem da câmara é realizada no interior da capa de cultura de células. O parafuso de purga na câmara é fracamente envolvida na entrada de ar na base da cavidade. Pré-aquecido (37 ° C) de meio de crescimento fresco é pipetada para dentro da câmara, sem fazer bolhas. Em seguida, uma lâmina de vidro de células de cultura é recolhida, e é colocado sobre a tampa do êmbolo (células voltados para fora). Os pequenos parafusos que prendem são apertados para o slide para segurá-la no lugar. O êmbolo com uma lâmina de vidro de células cultivadas é inserido um pequeno into da cavidade da câmara, e o conjunto é inclinado com a abertura estar no ponto mais alto. O parafuso de purga é removida e o pistão é empurrado para dentro da primeira cavidade obrigando as bolhas de ar, em seguida, o excesso de líquido. Ou uma marca de referência ou um gabarito é utilizado como um guia para assegurar o mesmo volume de meio de cultura para cada teste. A dimensão axial da mídia na câmara é de cerca de 6 mm. Higienizar o parafuso de purga e substituí-lo para fazer a água da câmara apertado. A câmara não deve vazar sob esta carga estática, se isso acontecer, o envoltório Teflon precisa ser substituídos ou reforçados. </li><li> Neste ponto, o sistema de barra Kolsky é reposto. A massa pesada é transferida de volta para a posição original e um parafuso de travamento novo substitui o utilizado (quebrado) um. O trinco de bloqueio novo com o sistema hidráulico para cerca de 200 psi. Usar a tomada de uma tesoura para comprimir a secção de pré-carregamento da barra incidente, até um pouco de pressão mais elevado do que o valor desejado, e depois voltar-off para envolver o atrito total doparafuso de Jack. A aquisição de dados agora está armado. </li><li> A câmara de pressurização da célula montada é montado no sistema. Ela é colocada num bloco V suportada pela pequena tesoura jack laboratório e em linha com as duas barras. Unte cada interface com uma camada de graxa leve e esfregar as superfícies cabeçadas em conjunto para eliminar as lacunas de ar entre eles. </li><li> O teste está agora pronto para prosseguir. O parafuso de fixação braçadeira é forçado a quebrar rapidamente por bombear o motorista pinça hidráulica. A braçadeira vai separar e a aquisição de dados deve exibir os resultados. A história de pressurização da célula é determinada a partir das medições do calibre bar transmitida. Se a barra de transmissão utilizada é suficientemente longo, este deve ser apenas a partir da primeira perturbação para o ponto em que as medições mostram uma pressão negativa. A duração do pulso transmitido pode ser mais curto do que o impulso de acidente, se a bolha está preso. A magnitude pode não atingir a do pulso incidente, mas deve ter uma lon suficientementeg planalto antes da descarga. Caso contrário, quer uma bolha de ar grande na câmara selada ou um desalinhamento entre o conjunto e uma barra pode ter ocorrido. </li><li> A câmara de pressurização da célula é então removido e desmontado no interior da capa de cultura de células. O parafuso de purga é removido e o êmbolo é puxado livre da câmara. A lâmina de vidro de células de cultura é tomada a partir da extremidade do êmbolo. </li></ol> 4. Avaliando o comportamento das células pressurizada <ol><li> Após a pressurização, as células podem ser inspeccionadas imediatamente ou ainda incubada para posterior exame. Com processos adequados de operação de assepsia, de longo prazo pós-incubação é possível. </li><li> Células sob pressão pode ser examinado por todas as técnicas de biologia molecular e celular. Especificamente para a pressurização da célula neuronal, para investigar a fisiologia celular e molecular, em condições de TBI, os ensaios de avaliação de pressão induzidas por alterações no crescimento de neurites, a mudança de microtúbulos do citoesqueleto neuronal, Expre genession apoptose, etc, pode ser realizada. Como amostras de controlo de células, as células que são cultivadas na mesma, mantida no interior da câmara de pressurização para o mesmo período de tempo, mas não pressurizado são utilizados (assim chamada, câmara de controlo). </li><li> Para avaliar as alterações no crescimento de neurites, as células de controlo submetidas a pressão e da câmara são examinadas por microscópio óptico imediatamente após a pressurização e 1 e 24 h de pós-incubação. Um exemplo de imagens de células neuronais são mostrados na seção &quot;Resultados representativos&quot; (Figura 2). A mudança de comprimento de neurites pode ser quantificado por coloração imunofluorescente actina e análise de imagem. As células são fixadas com uma solução de paraformaldeído a 4% w / v, lavou-se com um 0,05% v / v de Tween-20 tampão de lavagem, e permeabilizadas com um v / v 0,1% de Triton X-100 a solução. Após o bloqueio com um w / v de bovino a 1% solução de albumina de soro, as células são incubadas com o isotiocianato de tetrametilrodamina (TRITC)-faloidina conjugada. Imagens de imunofluorescência das células são colhidas utilizando um fluorescentemicroscópio e os comprimentos das neurites de células pressurizados e de controlo são quantificados utilizando o software ImageJ (NIH). </li><li> As neurites pode ser identificado como axônios ou dendritos. Para avaliar as alterações morfológicas nos axônios ou dendritos, os experimentos acima descritos podem ser repetidos, utilizando anticorpos de detecção de cada estrutura, ou seja, um anticorpo de neurofilamento (NF) para axónios e do microtúbulo associado à proteína de anticorpo (MAP2) para dendrites. </li><li> Os microtúbulos são um dos principais componentes do citoesqueleto de neurónios, e os danos aos microtúbulos tem sido utilizada como marcador de lesão neuronal. Microtúbulos 2 pode ser visualizada usando o anticorpo imunofluorescência β-tubulina. As células são fixadas após 0 e 24 h de pós-pressurização, coradas com anticorpo β-tubulina, e observadas ao microscópio de fluorescência. </li><li> Para avaliar o efeito da pressurização impulsiva na expressão do gene neuronal apoptótica e, de ARN total é extraído a partir de células submetidas a pressão e de controlo. Genexpressão e pode ser examinado através da realização de RT-PCR quantitativo em tempo real ou RT-PCR, semelhante aos nossos protocolos publicados. 3 </li></ol> 5. Resultados representativos: <img src="/files/ftp_upload/2723/2723fig1.jpg" alt="Figura 1"/> Figura 1. Um exemplo de perfil de pressão aplicada às células no interior da câmara de pressurização. O aparelho bar Kolsky sucesso gera nível 2 MPa, um único pulso de pressurização tipo impulsivo, com uma duração de cerca de 0,7 ms. <img src="/files/ftp_upload/2723/2723fig2.jpg" alt="Figura 2"/> Figura 2. Um exemplo de resposta de células neuronais de pressurização impulsivo. SH-Sy5y células expostas a pressurização impulsivo a 2 MPa mostra colapso neurite / axon distinta em relação às células de controlo da câmara. 6. Dificuldades e Soluções <ol><li> Câmara de vedação é um dos principais obstáculos a serem superados. É found que os discos de largura, com o-rings tem um problema de cinzelamento e atrito maior. A fim de eliminar os efeitos de fricção, bem como evitar cinzelamento, um simples método de gravação do pistão com a fita de Teflon canalizador é usado. Isto resolve os problemas e produz o nível de pressão desejado e duração. </li><li> Comportamento da célula neuronal pressurizado, especialmente quando se avalia mecanismo TCE secundário ou efeitos a longo prazo, deve ser examinada depois de um tempo pós-incubação longo. A câmara contendo as células é exposto a condições potencialmente não esterilizadas enquanto se move para a barra Kolsky, pressurizando, e movendo-se para trás para o capuz de cultura de células. Com a esterilização prévia das partes da câmara e do funcionamento apropriado de montagem / desmontagem da corrediça de células cultivadas e câmara no interior da capa de cultura de células, de longo prazo pós-incubação é possível até várias semanas. </li><li> A reprodutibilidade dos dados é um parâmetro importante em celulares experiências de estimulação mecânica. Para o nosso dispositivo, o reproducibility em resposta celular neuronal é determinada como desejado perfil de pressurização impulsivo, nos dois níveis de pressão e duração, é repetidamente obtidos. Uma vez que o perfil de pressão gravar obtido para cada pressurização, os dados de resposta de células a partir de perfil de pressão não desejada pode ser manualmente excluída depois. </li><li> As etapas de pressurização inteiras, incluindo a montagem da câmara de transferência e montar na barra Kolsky, a pressurização, a transferência de recurso, e a desmontagem da câmara, ter menos de 10 min. A corrediça próxima célula de cultura pode ser pressurizado imediatamente após a pressurização anterior. Assim, um número suficiente de experiências de pressurização pode ser completado de forma eficiente. O nosso set-up utiliza 18 milímetros lamínulas de diâmetro. Um experimento pressurização não fornece proteínas suficientes para inmunotransferência devido ao tamanho do substrato (e também em parte por causa de algumas das células submetidas a pressão são mortos). Cerca de três experimentos de pressurização repetidas fornecer quantidade de proteína necessária para immunoblOtting. Mais uma vez, a reprodutibilidade é verificada cada vez com o perfil de pressão. </li></ol>

<ol>
	<li>Kolsky, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+investigation+of+mechanical+properties+of+materials+at+very+high+rates+of+loading.">An investigation of mechanical properties of materials at very high rates of loading.</a> Prec. Phys. Soc. London. 62, 676-700 (1949).</li><li>Tang-Schomer, M. D., Patel, A. R., Baas, P. W., Smith, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+breaking+of+microtubules+in+axons+during+dynamic+stretch+injury+underlies+delayed+elasticity,+microtubule+disassembly,+and+axon+degeneration.">Mechanical breaking of microtubules in axons during dynamic stretch injury underlies delayed elasticity, microtubule disassembly, and axon degeneration.</a> FASEB. J. 24, 1401-1410 (2010).</li><li>Lim, J. Y., Taylor, A. F., Li, Z., Vogler, E. A., Donahue, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrin+expression+and+osteopontin+regulation+in+human+fetal+osteoblastic+cells+mediated+by+substratum+surface+characteristics.">Integrin expression and osteopontin regulation in human fetal osteoblastic cells mediated by substratum surface characteristics.</a> Tissue. Eng. 11, 19-29 (2005).</li><li>Chen, Y. C., Smith, D. H., Meaney, F. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+approaches+for+studying+blast-induced+traumatic+brain+injury.">In vitro approaches for studying blast-induced traumatic brain injury.</a> J. Neurotrauma. 26, 861-876 (2009).</li><li>Ling, G., Bandak, F., Armonda, R., Grant, G., Ecklund, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Explosive+blast+neurotrauma.">Explosive blast neurotrauma.</a> J. Neurotrauma. 26, 815-825 (2009).</li><li>Shepard, S. R., Ghajar, J. B. G., Giannuzzi, R., Kupferman, S., Hariri, R. J. <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+barotrauma+chamber:+a+new+in+vitro+model+for+traumatic+brain+injury.">Fluid percussion barotrauma chamber: a new in vitro model for traumatic brain injury.</a> J. Surg. Res. 51, 417-424 (1991).</li><li>VandeVord, P. J., Leung, L. Y., Hardy, W., Mason, M., Yang, K. H., King, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Up-regulation+of+reactivity+and+survival+genes+in+astrocytes+after+exposure+to+short+duration+overpressure.">Up-regulation of reactivity and survival genes in astrocytes after exposure to short duration overpressure.</a> Neurosci. Lett. 434, 247-252 (2008).</li><li>Huang, H., Feng, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+of+the+dynamic+tribological+response+of+closed+fracture+surface+pairs+by+Kolsky-bar+compression-shear+experiment.">A study of the dynamic tribological response of closed fracture surface pairs by Kolsky-bar compression-shear experiment.</a> Int. J. Solids. Struct. 41, 2821-2835 (2004).</li><li>Song, B., Chen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Split+Hopkinson+pressure+bar+techniques+for+characterizing+soft+materials.">Split Hopkinson pressure bar techniques for characterizing soft materials.</a> Lat. Am. J. Solids. Struct. 2, 113-152 (2005).</li></ol>

Não há conflitos de interesse declarados.

Muitas das técnicas experimentais in vitro têm sido tentadas para estudar os danos das células cerebrais em condições de TCE. Estes incluem neurônio / astrócitos alongamento, tensão de escoamento induzido cisalhamento, queda de peso, laceração caneta, laser transecção, litotripsia, etc 4,5 Assumiu-se que de curta duração sobre pressão é um fator dominante física para TCE. 6,7 Especialmente , a onda de choque da explosão TCE tem uma duração de pulso de uma ordem de milissegundos. 4 Com base neste pressuposto e observação, câmara barômetro capaz de pressurização transiente foi desenvolvido e utilizado para avaliar o comportamento de células do cérebro em condições de TCE. Por exemplo, no fluido de percussão barotrauma câmara de um impulso de pressão com 20-30 ms de duração longa e um pico de pressão de até 0,5 MPa foi usada para examinar o comportamento de células glial humana sob o TCE. 6 Recentemente, VandeVord et al. 7 metal usado bola câmara barômetro marcante para examinar a célula astrócitoscomportamento sob TCE, mas a bola de metal dramáticas produzidas pulsos de pressão múltiplos. No presente estudo, nós desenvolvemos um dispositivo de pressurização novel célula que gera um único pulso de pressurização tipo impulsivo. O dispositivo foi desenvolvido com base na barra de Kolsky configuração, que tem sido utilizado como um aparelho de ensaio de materiais em nossos 8 e de outros estudos. 1,9 O bar Kolsky da capacidade de teste de material em taxa de carga muito elevada foi modificado para ser capaz de aplicar um único pulso de sobrepressão tipo para as células de cultura no interior da câmara de pressurização (Figura 1). Poderíamos conseguir controlar a magnitude e duração da sobrepressão impulsivo. Como uma resposta das células representativo, foi demonstrado que a 2 MPa de pressão SH-Sy5y células neuronais exibir neurite significativo e perda axonal, em comparação com células de controlo não pressurizados de câmara. Em conclusão, foi desenvolvido um novo aparelho de pressurização impulsivo célula usando um Kolsky especialmente concebidodispositivo bar e demonstrou seu potencial para utilização em investigar a resposta celular neuronal em condições de TCE. Observamos também que esta técnica é muito versátil na medida em que qualquer tipo de células podem ser expostas a pressões impulsivas em níveis diferentes e duração. Portanto, o dispositivo pode ser usado para investigar o impulsivo pressão induzida comportamento mecanotransdução celular, não só para ferir as células, mas também para estimular as células positivamente na sua função e determinação destino.

<ul><li> SH-Sy5y (ATCC, CRL-2266), as células de neuroblastoma humano </li><li> 18 lamínulas mm de diâmetro </li><li> Meios de cultura de células: DMEM, 10% de soro fetal bovino, 1% de penicilina-estreptomicina </li><li> Ácido retinóico (10 mM) para induzir a neurogénese </li><li> Kolsky barra de dispositivo de pressurização impulsivo </li><li> Pistão-cilindro de câmara de pressurização da célula </li><li> Parafusos de aço inoxidável para proteger lamela células cultivadas no pistão </li><li> Graxa para interfaces entre células na câmara e bar Kolsky </li><li> Gerais de biologia molecular suprimentos para avaliar a resposta de células de pressurização (fixador, anticorpo, corante fluorescente, o abastecimento de PCR, etc) </li></ul>

impulsive pressurization of neuronal cells for traumatic brain injury study

Um experimento de pressurização romance impulsivo celular foi desenvolvido utilizando um dispositivo de bar Kolsky para investigar explosão induzida por traumatismo crânio-encefálico (TCE). Demonstramos neste artigo de vídeo como a pressurização explosão TBI-impulsivo relevante é aplicada às células neuronais in vitro. Isto é conseguido através da utilização bem controlada pulso de pressão criado por um dispositivo especializado Kolsky bar, com história completa da pressão no interior da câmara de pressurização da célula registada. Pressurizados células neuronais são inspeccionadas imediatamente após a pressurização, ou ainda incubadas para examinar os efeitos a longo prazo de pressurização impulsivo sobre neurite / axonal outgrowth, a expressão do gene neuronal, apoptose, etc observou-se que a pressurização impulsivo a cerca de 2 MPa relativos induz perda distinta neurite de células não pressurizados. A nossa técnica proporciona um método novo para investigar os mecanismos moleculares / celulares de explosão TBI, através de pressurização impulsivo de células cerebrais em bem controlada prEssure magnitude e duração.

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Impulsive Pressurization of Neuronal Cells for Traumatic Brain Injury Study

Um experimento de pressurização romance impulsivo celular foi desenvolvido utilizando um dispositivo de bar Kolsky para investigar os mecanismos moleculares / celulares da explosão induzida lesão cerebral traumática.

Pressurização impulsivo de células neuronais de Estudos Traumático Brain Injury

A novel impulsive cell pressurization experiment has been developed using a Kolsky bar device to investigate blast-induced traumatic brain injury (TBI). ...

impulsive-pressurization-neuronal-cells-for-traumatic-brain-injury

Research

JoVE Journal

Bioengineering

10.2K visualizações.  University of Nebraska-Lincoln. Um experimento de pressurização romance impulsivo celular foi desenvolvido utilizando um dispositivo de bar Kolsky para investigar os mecanismos moleculares / celulares da explosão induzida lesão cerebral traumática.

Vídeo: Impulsive Pressurization of Neuronal Cells for Traumatic Brain Injury Study

Lateral Fluid Percussion: Model of Traumatic Brain Injury in Mice

Traumatic brain injury (TBI) research has attained renewed momentum due to the increasing awareness of head injuries, which result in morbidity and mortality. Based on the nature of primary injury following TBI, complex and heterogeneous secondary consequences result, which are followed by regenerative processes 1,2. Primary injury can be induced by a direct contusion to the brain from skull fracture or from shearing and stretching of tissue causing displacement of brain due to movement 3,4. The resulting hematomas and lacerations cause a vascular response 3,5, and the morphological and functional damage of the white matter leads to diffuse axonal injury 6-8. Additional secondary changes commonly seen in the brain are edema and increased intracranial pressure 9. Following TBI there are microscopic alterations in biochemical and physiological pathways involving the release of excitotoxic neurotransmitters, immune mediators and oxygen radicals 10-12, which ultimately result in long-term neurological disabilities 13,14. Thus choosing appropriate animal models of TBI that present similar cellular and molecular events in human and rodent TBI is critical for studying the mechanisms underlying injury and repair.
Various experimental models of TBI have been developed to reproduce aspects of TBI observed in humans, among them three specific models are widely adapted for rodents: fluid percussion, cortical impact and weight drop/impact acceleration 1. The fluid percussion device produces an injury through a craniectomy by applying a brief fluid pressure pulse on to the intact dura. The pulse is created by a pendulum striking the piston of a reservoir of fluid. The percussion produces brief displacement and deformation of neural tissue 1,15. Conversely, cortical impact injury delivers mechanical energy to the intact dura via a rigid impactor under pneumatic pressure 16,17. The weight drop/impact model is characterized by the fall of a rod with a specific mass on the closed skull 18. Among the TBI models, LFP is the most established and commonly used model to evaluate mixed focal and diffuse brain injury 19. It is reproducible and is standardized to allow for the manipulation of injury parameters. LFP recapitulates injuries observed in humans, thus rendering it clinically relevant, and allows for exploration of novel therapeutics for clinical translation 20.
We describe the detailed protocol to perform LFP procedure in mice. The injury inflicted is mild to moderate, with brain regions such as cortex, hippocampus and corpus callosum being most vulnerable. Hippocampal and motor learning tasks are explored following LFP.

Lateral fluid percussion (LFP), an established model of traumatic brain injury in mice, is demonstrated. LFP fulfills three major criteria for animal models: validity, reliability and clinical relevance. The procedure, consisting of surgical craniotomy, fixation of hub followed by induction of injury, resulting in focal and diffuse injuries, is described.

Percussão Fluid lateral: Modelo de Lesão em Ratos

Traumatic brain injury (TBI) research has attained renewed momentum due to the increasing awareness of head injuries, which result in morbidity and ...

Neurociência

Use of a Wireless Video-EEG System to Monitor Epileptiform Discharges Following Lateral Fluid-Percussion Induced Traumatic Brain Injury

The lateral fluid percussion injury (FPI) model is well established and has been used to study TBI and post-traumatic epilepsy (PTE). However, considerable variability has been reported for the specific parameters used in different studies that have employed this model, making it difficult to harmonize and interpret the results between laboratories. For example, variability has been reported regarding the size and location of the craniectomy, how the Luer lock hub is placed relative to the craniectomy, the atmospheric pressure applied to the dura and the duration of the pressure pulse. Each of these parameters can impact injury severity, which directly correlates with the incidence of PTE. This has been manifested as a wide range of mortality rates, righting reflex times and incidence of convulsive seizures reported. Here we provide a detailed protocol for the method we have used to help facilitate harmonization between studies. We used FPI in combination with a wireless EEG telemetry system to continuously monitor for electrographic changes and detect seizure activity.&#160; FPI is induced by creating a 5 mm craniectomy over the left hemisphere, between the Bregma and Lambda and adjacent to the lateral ridge. A Luer lock hub is secured onto the skull over the craniectomy. This hub is connected to the FPI device, and a 20-millisecond pressure pulse is delivered directly to the intact dura through pressure tubing connected to the hub via a twist lock connector. Following recovery, rats are re-anesthetized to remove the hub. Five 0.5 mm, stainless steel EEG electrode screws are placed in contact with the dura through the skull and serve as four recording electrodes and one reference electrode. The electrode wires are collected into a pedestal connector which is secured into place with bone cement. Continuous video/EEG recordings are collected for up to 4 weeks post TBI.

Here we present a protocol to induce severe TBI with the lateral fluid percussion injury (FPI) model in adult, male Wistar rats. We also demonstrate the use of a wireless telemetry system to collect continuous video-EEG recordings and monitor for epileptiform discharges consistent with post-traumatic epileptogenesis.&#160;

Uso de um sistema de vídeo-EEG sem fio para monitorar descargas epileptiformes após lesão cerebral traumática induzida por fluido-percussão lateral

The lateral fluid percussion injury (FPI) model is well established and has been used to study TBI and post-traumatic epilepsy (PTE). However, ...

Comportamento

Controlled Cortical Impact Model for Traumatic Brain Injury

Every year over a million Americans suffer a traumatic brain injury (TBI). Combined with the incidence of TBIs worldwide, the physical, emotional, social, and economical effects are staggering. Therefore, further research into the effects of TBI and effective treatments is necessary. The controlled cortical impact (CCI) model induces traumatic brain injuries ranging from mild to severe. This method uses a rigid impactor to deliver mechanical energy to an intact dura exposed following a craniectomy. Impact is made under precise parameters at a set velocity to achieve a pre-determined deformation depth. Although other TBI models, such as weight drop and fluid percussion, exist, CCI is more accurate, easier to control, and most importantly, produces traumatic brain injuries similar to those seen in humans. However, no TBI model is currently able to reproduce pathological changes identical to those seen in human patients. The CCI model allows investigation into the short-term and long-term effects of TBI, such as neuronal death, memory deficits, and cerebral edema, as well as potential therapeutic treatments for TBI.

Traumatic brain injuries (TBIs) remain a serious health problem. Using the controlled cortical impact surgery model, research on the effects of TBI and possible treatment methods may be performed.

Controlado Modelo Impact Cortical para lesão cerebral traumática

Every year over a million Americans suffer a traumatic brain injury (TBI).  Combined with the incidence of TBIs worldwide, the physical, emotional, ...

Medicina

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.

Um modelo de romance In Vitro de explosão traumatismo crânio-encefálico

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.

Efeitos de Neurotrauma induzida por explosão em roedores pressurizado artérias cerebrais de médio

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

Murine Model of Controlled Cortical Impact for the Induction of Traumatic Brain Injury

The Centers for Disease Control and Injury Prevention estimate that almost 2 million people sustain a traumatic brain injury (TBI) every year in the United States. In fact, TBI is a contributing factor to over a third of all injury-related mortality. Nonetheless, the cellular and molecular mechanisms underlying the pathophysiology of TBI are poorly understood. Thus, preclinical models of TBI capable of replicating the injury mechanisms pertinent to TBI in human patients are a critical research need. The controlled cortical impact (CCI) model of TBI utilizes a mechanical device to directly impact the exposed cortex. While no model can full recapitulate the disparate injury patterns and heterogeneous nature of TBI in human patients, CCI is capable of inducing a wide range of clinically applicable TBI. Furthermore, CCI is easily standardized allowing investigators to compare results across experiments as well as across investigative groups. The following protocol is a detailed description of applying a severe CCI with a commercially available impacting device in a murine model of TBI.

Here we describe a protocol for the induction of murine traumatic brain injury via an open-head controlled cortical impact.

Modelo murino de impacto cortical controlado para a indução de traumatismo cranioencefálico

The Centers for Disease Control and Injury Prevention estimate that almost 2 million people sustain a traumatic brain injury (TBI) every year in the ...

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

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 medical visits in the United States. There are currently no FDA-approved treatments available for TBI. The increased incidence of military-related, blast-induced TBI further accentuates the urgent need for effective TBI treatments. Therefore, new preclinical TBI animal models that recapitulate aspects of human blast-related TBI will greatly advance the research efforts into the neurobiological and pathophysiological processes underlying mild to moderate TBI as well as the development of novel therapeutic strategies for TBI.
Here we present a reliable, reproducible model for the investigation of the molecular, cellular, and behavioral effects of mild to moderate blast-induced TBI. We describe a step-by-step protocol for closed-head, blast-induced mild TBI in rodents using a bench-top setup consisting of a gas-driven shock tube equipped with piezoelectric pressure sensors to ensure consistent test conditions. The benefits of the setup that we have established are its relative low-cost, ease of installation, ease of use and high-throughput capacity. Further advantages of this non-invasive TBI model include the scalability of the blast peak overpressure and the generation of controlled reproducible outcomes. The reproducibility and relevance of this TBI model has been evaluated in a number of downstream applications, including neurobiological, neuropathological, neurophysiological and behavioral analyses, supporting the use of this model for the characterization of processes underlying the etiology of mild to moderate TBI.

We present here a protocol of a blast wave model for rodents to investigate neurobiological and pathophysiological effects of mild to moderate traumatic brain injury. We established a gas-driven, bench-top setup equipped with pressure sensors allowing for reliable and reproducible generation of blast-induced mild to moderate traumatic brain injury.

Modelo de onda de explosão de baixa intensidade para avaliação pré-clínica de lesão cerebral traumática leve de cabeça fechada em 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 ...

A Preclinical Controlled Cortical Impact Model for Traumatic Hemorrhage Contusion and Neuroinflammation

Cerebral contusion is a severe medical problem affecting millions of people worldwide each year. There is an urgent need to understand the pathophysiological mechanism and to develop effective therapeutic strategy for this devastating neurological disorder. Intraparenchymal hemorrhage and post-traumatic inflammatory response induced by initial physical impact can aggravate microglia/macrophage activation and neuroinflammation which subsequently worsen brain pathology. We provide here a controlled cortical impact (CCI) protocol that can reproduce experimental cortical contusion in mice by using a pneumatic impactor system to deliver mechanical force with controllable magnitude and velocity onto the dural surface. This preclinical model allows researchers to induce moderately severe focal cerebral contusion in mice and to investigate a wide range of post-traumatic pathological progressions including hemorrhage contusion, microglia/macrophage activation, iron toxicity, axonal injury, as well as short-term and long-term neurobehavioral deficits. The present protocol can be useful for exploring the long-term effects of and potential interventions for cerebral contusion.

<meta charset="utf8"></head><body>Um modelo pré-clínico de impacto cortical controlado para hemorragia traumática, contusão e neuroinflamação

Intraparenchymal hemorrhage and neuroinflammation accompanied by cerebral contusion can trigger severe secondary brain injury. This protocol details a mouse controlled cortical impact (CCI) model allowing researchers to study hemorrhage contusion and post-traumatic immune responses and explore potential therapeutics.

Um modelo pré-clínico de impacto cortical controlado para hemorragia traumática, contusão e neuroinflamação

Cerebral contusion is a severe medical problem affecting millions of people worldwide each year. There is an urgent need to understand the ...

Método do tubo de choque para modelar explosão de baixo nível altamente repetitiva em camundongos

Modeling Highly Repetitive Low-level Blast Exposure in Mice

Exposure to explosive blasts is a significant risk factor for brain trauma among exposed persons. Although the effects of large blasts on the brain are well understood, the effects of smaller blasts such as those that occur during military training are less understood. This small, low-level blast exposure also varies highly according to military occupation and training tempo, with some units experiencing few exposures over the course of several years whereas others experience hundreds within a few weeks. Animal models are an important tool in identifying both the injury mechanisms and long-term clinical health risks following low-level blast exposure. Models capable of recapitulating this wide range of exposures are necessary to inform acute and chronic injury outcomes across these disparate risk profiles.
Although outcomes following a few low-level blast exposures are easily modeled for mechanistic study, chronic exposures that occur over a career may be better modeled by blast injury paradigms with repeated exposures that occur frequently over weeks and months. Shown here are methods for modeling highly repetitive low-level blast exposure in mice. The procedures are based on established and widely used pneumatic shocktube models of open-field blast exposure that can be scaled to adjust the overpressure parameters and the number or interval of the exposures. These methods can then be used to either enable mechanistic investigations or recapitulate the routine blast exposures of clinical groups under study.

Autor em destaque: decifrando os efeitos a longo prazo de exposições a explosões de baixo nível em camundongos

Presented here are methods for producing repeated low-intensity blast exposures using mice.

Modelagem de exposição a explosões de baixo nível altamente repetitiva em camundongos

Exposure to explosive blasts is a significant risk factor for brain trauma among exposed persons. Although the effects of large blasts on the brain are ...

Pressurização impulsivo de células neuronais de Estudos Traumático Brain Injury

Resumo

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Percussão Fluid lateral: Modelo de Lesão em Ratos

Uso de um sistema de vídeo-EEG sem fio para monitorar descargas epileptiformes após lesão cerebral traumática induzida por fluido-percussão lateral

Controlado Modelo Impact Cortical para lesão cerebral traumática

Um modelo de romance In Vitro de explosão traumatismo crânio-encefálico

Efeitos de Neurotrauma induzida por explosão em roedores pressurizado artérias cerebrais de médio

Modelo murino de impacto cortical controlado para a indução de traumatismo cranioencefálico

Modelo de onda de explosão de baixa intensidade para avaliação pré-clínica de lesão cerebral traumática leve de cabeça fechada em roedores

Um modelo pré-clínico de impacto cortical controlado para hemorragia traumática, contusão e neuroinflamação

Um modelo pré-clínico de impacto cortical controlado para hemorragia traumática, contusão e neuroinflamação

Modelagem de exposição a explosões de baixo nível altamente repetitiva em camundongos