Method Article
Боковой удар жидкости (LFP), создана модель черепно-мозговой травмы у мышей, демонстрируется. LFP выполняет три основных критерия для животных моделях: достоверность, надежность и клиническое значение. Процедура, состоящая из хирургической трепанации черепа, фиксации центра следуют индукции травмы, в результате очаговых и диффузных повреждений, описывается.
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.
1. Удаление фрагментов костей черепа
2. Индукция травмы
3. Оценка двигателя, познавательные и гистологические результаты
4. Представитель Результаты:
Травмы индуцированной устройство LFP воспроизводится от животного к животному, в частности, с достаточной хирургической подготовки. Чтобы сохранить целостность травмы, количество давления доставлены оболочки на устройство находится под контролем. Маятник ударов заполненные водой акриловую цилиндр высокого давления, насосно-компрессорные и Луер-лок установки, которая связана с травмой центром прикреплены к удаление фрагментов костей черепа сайта на животных (рис. 1А). Для легкой и средней тяжести, угол маятника устанавливается для создания давления в пределах от 0,9 - 2,1 атм и осциллограф подключен к усилителю используется для визуализации импульс давления (рис. 1В). Травма производит целый ряд рефлекса раза и увеличение смертности, связанных с отеком легких. Мягкий травмы считается рефлекса время 2 - 4 мин и 0 - 5% смертности. Причинение средней тяжести вреда считается время рефлекса 6 - 10 мин и 10 - 20% смертности. Кроме того, мышей, подвергнутых воздействию LFP могут проявлять тоник позерство, что может свидетельствовать о конфискации. Захват часто ассоциируется с угрозой оболочки. Вместе взятые, эти результаты показывают, что травма вызывает неврологические повреждения. Шам животных связаны с устройством LFP но маятник не выпустили.
Для визуализации повреждений, вызванных LFP, мы выполнили иммуноцитохимии с использованием антител, которые распознают астроциты и макрофагов оба из которых являются типы клеток связано с ответом на травму. Глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP) окрашивание показывает увеличился глиоз всей коры в районе травмы WHereas фиктивный мышей не отображаются увеличился astrocytosis в эквиваленте сайт ниже удаление фрагментов костей черепа (рис. 2а, б). Точно так же MAC1 окрашивание демонстрирует более макрофаги окружающих месте повреждения по сравнению с мышей, подвергавшихся операции обман. Кроме того, часто физические повреждения корковой ткани видны в мышей, подвергнутых воздействию LFP, но не в мнимой мышей (рис. 2в, г).
Поведенческие тестирование следующей мягкий LFP могут быть использованы для оценки как когнитивные и моторные результатов. МВМ используется для определения последствий для обучения и памяти. Использование визуальных подсказок в тестировании комнате, притворство мышей быстро стало более эффективным при поиске платформы с каждым последующим днем обучения в водном лабиринте. Мыши подвергались мягкий LFP занять больше времени, чтобы найти скрытые платформы на первых двух дней тестирования по отношению к мнимой мышей, но затем появляются, чтобы узнать задание на третий день (рис. 3А). Эти результаты показывают, что травма снижает скорость, с которой мышь может приобрести пространственного обучения. Чтобы определить, последствия травм на сохранение данных в памяти, датчик суда осуществляется через 1 день после последней тренировочной сессии. Шам мышей проводить больше времени в целевой сектор по сравнению с мышей, подвергнутых воздействию мягкого LFP предположить, что травма повлияла на способность мышей вспомнить место, где платформа, используемая для проживания (рис. 3В). Для оценки двигательной функции, мыши были протестированы на устройство rotarod. Мыши подвергались мягкий LFP имеют более короткие среднее время ожидания падать по сравнению с мнимой мышей на 1, 7 и 21 день после травмы (точек на дюйм) (рис. 3С). Эти данные свидетельствуют о том, что ранения мышах нарушением интегрированной vestibulomotor и сенсомоторной функции.
Рисунок 1. LFP устройства и представитель след от осциллографа, полученные в ходе травмы. ) Компоненты устройства LFP являются: маятник крепится к подставке и под углом предопределено обеспечить желаемые силы, заполненных водой акриловую цилиндра высокого давления труб и мужчины Луер-лок установки прилагается, усилитель, и осциллограф. Б) представитель след импульса давления от осциллографа. Пик-пик значения 2,16 вольт указывает давление 1,47 атм.
Рисунок 2. Расширенные глиоз и воспалительные реакции после LFP демонстрирует высокую степень травмы. Замороженные поперечного сечения (20 мкм) через мозг мышей подвергали мнимого хирургии (А, С) или LFP травмы (B, D) 7 дней после травмы (точек на дюйм). Корковая изображения взяты в эпицентре удаление фрагментов костей черепа. (А, В) Ткань окрашивали антителами для выявления астроцитов. Глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP) антител (MAB360, Chemicon, 1:400) показывает большее число астроцитов всей коре мыши подвергались LFP травмы (стрелки) по сравнению с хирургии обман. Вторичные антитела антимышиного 594 (1:1000). (C. D) Ткань окрашивали антителами для выявления макрофагов. MAC1 антител (MAC1-альфа цепи CD11b, BD Biosciences, 1:50) показывает больше macrophges и / или активированных микроглии вокруг места повреждения в коре головного мозга (стрелки) по сравнению с хирургии обман. Вторичные антитела козьи антитела крысы Cy3 (1:50). Шкала бар = 200 мкм в А и В, 100 мкм в С и D.
Рисунок 3. Поведенческие тестирование следующей мягкий LFP демонстрирует дефицита ранения по сравнению с мнимой мышей. ) Мыши подвергались мягкий LFP занять больше времени, чтобы узнать задача найти платформу в MWM, чем мыши, обман. Шам против LFP (пр. секунд ± SEM) 1 день 34,21 ± 3,02 против 38,64 ± 2,63; 2 день 24,52 ± 2,84 против 27,21 ± 2,11; 3 день 22,47 ± 2,00 против 22,08 ± 2,52 (1 дюйм, п = 9 обман, 10 LFP) . Б) мышей, подвергнутых воздействию мягкого LFP тратить меньше времени в целевом квадранте во время зонд суда 24 часа после последнего обучения в MWM относительно мнимой мышей (21 точек на дюйм, п = 10). С) Мыши подвергались мягкий LFP упасть rotarod устройство раньше, чем притворство мышей (1, 7 и 21 точек на дюйм, п = 5 обман, 8 LFP). Планки погрешностей представляют SE.
Метод LFP, представленные здесь модели многих neuropathalogical и поведения от легкой до умеренной черепно-мозговой травмой и именно поэтому он стал широко используются животной модели ЧМТ. Есть несколько важных шагов для рассмотрения в целях повышения достоверности и надежности этой техники. Например, важно, что только животные, у которых целостность оболочки не был скомпрометирован в течение удаление фрагментов костей черепа может быть подвергнут LFP и использованы в исследовании. Кроме того, если удаление фрагментов костей черепа является окклюзии любой клей или цемент, что часть оболочки под удаление фрагментов костей черепа не подвергается силу давления жидкости, животное должно быть исключено из исследования. Наконец, если рефлекса времени или смертность не в желаемом диапазоне, животное не должно быть включено в исследование. Интенсивность импульса давления может быть увеличено для получения более тяжелых травм.
Как показано на рисунке 1, конфигурация устройства LFP относительно проста и воспроизводимость Степень повреждения ведется мониторинг атмосфер давления на осциллограф. Гладкой формы кривой на осциллограмме указывает, что Есть нет воздушных пузырьков в жидкости, которые могут помешать индукции травмы LFP. Контрольный импульс должен быть доставлен до вызывающих повреждение и если осциллограмма не обладает гладкой кривой, пузырьки воздуха должны быть удалены. Длительность импульса составляет примерно 20 мс который представляет индукции время, измеряемое в симуляции краш-тестов. Травмы более коротких импульсов могут привести к несколько инстанций, травм. Таким образом, эта длительность импульса модели человеческого TBI.
Морфологические и клеточные изменения следующих LFP включают физические повреждения тканей, а также увеличение числа астроцитов и макрофагов, как показано на рисунке 2. Хорошо известно, что одним из отличительных признаков травмы гиперплазия астроцитов и образование глиальных шрам. Глиальных шрам как было показано, имеют как положительные, так и негативные последствия 24. Аналогичным образом, макрофаги, как известно, накапливаются в различных тканях при травме следующей фазе, когда процесс заживления начинается 25. Таким образом, увеличение числа GFAP и MAC1 положительных клеток в LFP образцы относительно мнимого контроля свидетельствует об индукции травмы. Отсутствие экспрессии те ячейки специфических маркеров в контрольной группе мнимой означает, что хирургические манипуляции сами по себе не иметь негативные последствия на здоровье тканей головного мозга, и что изменения в экспрессии белка являются специфическими для травму парадигмы.
Поведенческие последствия мягких LFP показано на рисунке 3 включает когнитивные и моторные дефициты. MWM данные показывают, что LFP мышей в конечном счете узнаете задача, но более медленными темпами, чем мышей притворство, и они не помню, задачи, а на следующий день после тренировки. Таким образом, даже слегка ранения мышей менее эффективны, чем притворство мышей при использовании внешних сигналов для обработки, консолидации и хранения пространственной информации, которые должны быть получены в ходе последующих испытаний. Другие гиппокампа зависит от когнитивных задач, таких как условный рефлекс страха было показано, что нарушение у мышей подвергали LFP 26. Наконец, тем короче задержка сократится на LFP мышей относительно мнимой мышей в парадигме rotarod до 3-х недель после легкой травмой является показателем дефицита в интегрированных vestibulomotor и сенсомоторной функции. Более умеренные травмы покажут более поразительные изменения в когнитивной функции и двигатель, как было показано в других группах 27-30.
В общем, LFP является допустимым модель для человеческого TBI, потому что эта система удовлетворит многих ожидаемых критериям. LFP обеспечивает построить действия тем, что он воссоздает этиологических процессов, которые вызывают ЧМТ у человека. В частности, величина силы, а уровень смертности аналогичный тому, который происходит в легкой и среднетяжелой спортивных автомобилей и травм с оговоркой, что до травмы хирургические вмешательства являются уникальными для животных моделях. LFP также экспонаты валидность в том, что LFP повторяет многие из анатомических, биохимических, нейропатологических и поведенческие эффекты, наблюдаемые в человеческой TBI. Есть и очаговых и диффузных изменений обнаружено после LFP и латерализации воздействия позволяет сравнивать морфологические повреждения на стороне ипсилатерального на повреждения, что на противоположной стороне. Одно предостережение в том, что когнитивные и моторные эффекты могут быть более тонкими, в результате ранения только одно полушарие. Наконец, LFP экспонатов прогностическая валидность и надежность техники LFP обеспечивает оценку различных фармакологических и генетических манипуляций, до или после индукции травмы 20. Физиологические переменных, таких как кровяное давление, рН крови и кровигазы должны быть измерены в присутствии и отсутствии испытуемого препарата, чтобы определить механизм действия терапевтического агента. Однако из-за сложного характера первичных и вторичных последствий ЧМТ, это трудная задача для идентификации одного вмешательства, которые могут уменьшить все симптомы.
Один рассмотрения в будущем для техники LFP может быть использование микро-жидкость ударных в котором работают с микропроцессорным управлением, пневматическим приводом инструмента для устранения необходимости для калибровки силы выступил маятника и, чтобы избежать оперативного переменных, таких как воздушные пузырьки в жидкости 15 . Тем не менее, стандартный подход LFP было доказано многими исследователями как надежный и простой метод для изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе повреждения и восстановления после ЧМТ, которые приведут к лучшему вмешательства и терапии.
Нет конфликта интересов объявлены.
Эта работа финансируется Нью-Джерси, Комиссия по изучению мозга травмы.
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены