Kapalı Kafa Hafif Travmatik Yaralanmanın Sıçan Modeli ve Validasyonu

Özet

Burada, kapalı başlı hafif travmatik beyin hasarı (mTBI) sıçan modelini ve akut ve subakut evrelerdeki davranışsal belirtiler açısından insan mTBI'sına dikkate değer benzerlik gösteren doğrulamasını sunuyoruz.

Özet

Hayvan modelleri, hafif travmatik beyin hasarı (mTBI) anlayışımızı ilerletmek ve klinik araştırmalara rehberlik etmek için çok önemlidir. Anlamlı içgörüler elde etmek için istikrarlı ve tekrarlanabilir bir hayvan modeli geliştirmek çok önemlidir. Bu çalışmada, modelleme etkisini doğrulamak için kapalı başlı bir mTBI modelinin ayrıntılı bir tanımını ve Sprague-Dawley sıçanlarını kullanan temsili bir doğrulama yöntemini sunuyoruz. Model, 550 g'lık bir kütle ağırlığını 100 cm yükseklikten doğrudan tahrip edilebilir bir yüzey üzerinde bir sıçanın kafasına düşürmeyi ve ardından 180 derecelik bir dönüşü içerir. Yaralanmayı değerlendirmek için sıçanlar, yaralanmadan 10 dakika sonra, bilinç kaybı zamanı, ilk arama davranışı süresi, kaçış yeteneği ve ışın dengesi yetenek testi dahil olmak üzere bir dizi nörodavranışsal değerlendirmeye tabi tutuldu. Yaralanmayı takip eden akut ve subakut aşamalarda, motor koordinasyon yeteneğini (Işın görevi), anksiyeteyi (Açık Alan testi) ve öğrenme ve hafıza yeteneklerini (Morris Su Labirenti testi) değerlendirmek için davranış testleri yapıldı. Kapalı kafa mTBI modeli, minimum mortalite ve çoğaltılmış gerçek yaşam durumları ile tutarlı bir yaralanma yanıtı üretti. Doğrulama yöntemi, model geliştirmeyi etkili bir şekilde doğruladı ve modelin kararlılığını ve tutarlılığını sağladı.

Giriş

Hafif travmatik beyin hasarı (mTBI) veya beyin sarsıntısı, en yaygın yaralanma türüdür ve çeşitli kısa süreli ve kronik semptomlara yol açabilir¹. Bu semptomlar, diğerlerinin yanı sıra baş dönmesi, baş ağrısı, depresyon ve anhedoniyi içerebilir ve mTBI^2'den etkilenen bireyler için önemli acılara yol açabilir. Çoğu mTBI'ye künt kuvvet travması³ neden olduğundan, bu tür yaralanmaları doğru bir şekilde taklit eden hayvan modelleri geliştirmek zorunlu hale gelir. Bu modeller, yaralanmayı ve altında yatan mekanizmaları daha iyi anlamak için gereklidir ve insan çalışmalarına kıyasla daha az değişkenlik ve heterojenlik ile kontrollü bir ortam sunar.

Travmatik beyin hasarı (TBI) için sıvı perküsyon yaralanması (FPI)⁴, kontrollü kortikal etki (CCI)⁵, ağırlık düşürme yaralanması⁶, patlama travmatik beyin hasarı⁷ ve diğerleri dahil olmak üzere çok sayıda köklü kemirgen modeli geliştirilmiştir. Bununla birlikte, bu modeller öncelikle orta ila şiddetli TBI senaryolarını çoğaltmaya odaklanmaktadır. Buna karşılık, mTBI'yi simüle etmek için özel olarak tasarlanmış deneysel modeller nispeten daha az ilgi gördü ve yeterince keşfedilmedi⁸. Bu nedenle, mTBI'yi doğru bir şekilde temsil eden istikrarlı ve tekrarlanabilir bir hayvan modeli oluşturmak için kritik bir ihtiyaç vardır. Böyle bir model, mTBI ile ilişkili nörobiyolojik ve davranışsal sonuçlar hakkındaki anlayışımızı önemli ölçüde artıracaktır.

Anestezinin etkileri geçtikten sonra mTBI sıçanlarında fonksiyonel eksiklikler normal sıçanlara göre rastgele gözlem yoluyla ayırt edilemez. Bu nedenle, spesifik testlerin uygulanması gereklidir. İnsanlarda, hastaları değerlendirmek için çok çeşitli klinik değerlendirmeler kullanılır ^9,10,11. Benzer şekilde, sıçan modelinde başarılı bir model oluşturmak, geçerliliğini belirlemek için hızlı değerlendirme araçlarının kullanılmasını da gerektirir.

Bu çalışmada, mTBH'nin insan durumuna çok benzer bir şekilde araştırılmasını sağlayan kapalı başlı bir mTBI sıçan modeli sunuyoruz. Modelin ayrıntılı açıklaması ve doğrulama prosedürü, mTBI çalışmasında kullanılan deneysel yaklaşımın kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlar.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protokol

Hayvan deneyleri, Central South Üniversitesi Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylandı. Tüm çalışmalar laboratuvar hayvanlarının refahı ve etik ilkeleri doğrultusunda yürütülmüştür.

1. Hayvan besleme ve anestezi prosedürü

1. 280-320 g Sprague-Dawley erkek sıçanlarını gruplandırın ve onları yiyecek ve suya erişim ile 12 saat / 12 saat aydınlık/karanlık döngüsünde tutun. Sıçanlar 6 gün boyunca iklime alıştıktan sonra çalışmayı gerçekleştirin.
2. Sıçanı, pençe veya kuyruk sıkışmasına yanıt vermeyene kadar bir indüksiyon kutusunda 0.6 L / dak hava akışında% 3 izofluran ile uyuşturun. Akış hızını 30 saniye koruyun.
   NOT: Nörodavranışsal değerlendirmelerde sıçanın tepkisini etkileyeceği için ağrı kesici ilaçlar kullanılmamıştır.

2. Ameliyat öncesi kurulum

1. Sertlik değeri 35D (süngerin ağırlığı 35 kg/m3), aynı uzunluk ve genişlikte ancak 12 cm kalınlığında bir süngeri, üst kapağı olmayan akrilik bir kutuya (15 cm x 22 cm x 43 cm) yerleştirin.
2. Bir teneke folyoyu (20 μm kalınlığında) kesin ve bir sıçanın ağırlığını taşıyabilecek tahrip edilebilir bir yüzey oluşturmak için yapışkan bant kullanarak akrilik kutuya yapıştırın. Ek olarak, sıçanın kafasını konumlandırmak için belirlenmiş yer olarak yaklaşık 10 cm'lik bir kesim çizgisi işaretleyin.
3. Demir bir sehpa yardımıyla PVC boruyu yerine sıkıca sabitleyin. 18 milimetre çapında 550 gram ağırlığında delikli bir ağırlık hazırlayın. Ağırlığı, bir polivinil klorür veya PVC tüpün içinde 1 metre yükseklikte bir oltaya takın. ve kılavuz borunun konumunu kalay folyonun 3 santimetre yukarısına ayarlayın.
4. Bir kask ve bir yastık hazırlayın. 10 mm çapında ve 3 mm kalınlığında paslanmaz çelik bir disk kullanarak bir kask yapın. Sıçanın başının altına yerleştirmek için kama şeklinde bir sünger yastık hazırlayın ve yerçekimi yönüne dik olduğundan emin olun.
   NOT: Darbe aparatının şematik bir diyagramı Şekil 1'de sunulmuştur. Kask, çarpma yerini belirleme ve dış kuvvetin dağılımını artırma amacına hizmet eder. Yastık, düzgün ve sabit hasarı garanti etmek için kullanılır.

3. mTBI indüksiyonu

1. Anestezi uygulanmış fareyi hızlı bir şekilde göğsüne, teneke folyo üzerine yerleştirin.
   NOT: mTBI indüksiyonu için biri hazırlık, diğeri doğrulama için olmak üzere iki operatör gereklidir.
2. Hazırlık: Yastığı farenin altına yerleştirin ve başının folyo kağıda paralel olduğundan emin olun. Kaskı farenin kulaklarıyla hizalayın ve yerine sabitleyin.
3. Doğrulama: PVC borunun doğrudan kaskın üzerine yerleştirildiğini doğrulayın. Her iki operatör de doğru kurulumu onayladıktan sonra bir sonraki adıma geçin.
4. Kafa dönüşünün indüksiyonu: Ağırlığı serbest bırakın, düşmesine ve farenin kafasına çarpmasına izin verin, süngerin üzerine düşmeye ve 180 ° dönmeye neden olun.
5. Fareyi temiz bir kafese sırt üstü yerleştirin.

4. Sahte indüksiyon

1. Sıçana önceki mTBI indüksiyon açıklamasıyla aynı şekilde davranın, ancak kafa darbesine maruz bırakmayın.

5. Doğrulama prosedürü: Akut nörodavranışsal değerlendirmeler

NOT: Aşağıdaki değerlendirmeler Nörolojik Şiddet Skorları⁹ ve Flierl ve ^ark.10 protokolüne göre değiştirilmiştir. Tüm bu değerlendirmeler, sıçan düzeltme refleksini geri kazandıktan 10 dakika sonra yapıldı.

1. Bilinç kaybı zamanı: Sıçanın uyuşturulmasından doğrultma refleksini geri kazanmasına kadar geçen süreyi kaydedin.
   NOT: Doğrultma refleksi, sıçanın sırt üstü yatırıldığında döndüğü süreçtir. Düzeltme refleksinin kaybı, insancıl bir son nokta olarak kabul edilmeli ve hayvana kurumsal yönergelere göre ötenazi yapılmalıdır.
2. İlk arama davranışı zamanı: Sıçanın uyuşturulduğu andan arama davranışını ilk kez gösterdiği zamana kadar geçen süreyi kaydedin.
   NOT: Davranış aramak, çevreye olan ilginin bir işaretidir, fizyolojik bir tepkidir.
3. Kaçma yeteneği
   1. Fareyi, çıkışı (12,5 cm uzunluğunda ve 9 cm genişliğinde) dairesel bir aparatın (0,5 m çapında ve 0,3 m yüksekliğinde) ortasına yerleştirin.
   2. Sıçanın çemberden çıkması için geçen süreyi kaydedin.
      NOT: Sıçan 180 s içinde daireden çıkmazsa, süreyi 180 s olarak kaydedin.
4. Işın dengesi yetenek testi
   1. Fareyi buna göre 1 dakika boyunca 3 cm, 2 cm ve 1,5 cm genişliğinde bir kirişe yerleştirin.
   2. Sıçan, kiriş üzerinde sabit bir duruşla dengeyi koruyorsa, 0 olarak puanlayın.
   3. Sıçan kirişin kenarını kavrarsa, 1 puan verin. Sıçan kirişe sarılırsa ve bir uzuv düşerse, 2 olarak puanlayın.
   4. Sıçan kirişe sarılırsa ve iki uzuv ondan düşerse veya üzerinde dönerse (>60 s), 3 olarak puanlayın.
   5. Sıçan kiriş üzerinde dengede durmaya çalışır ancak düşerse (> 40 s), 4 olarak puanlayın.
   6. Sıçan kiriş üzerinde dengede durmaya çalışır ancak düşerse (>20 sn), 5 olarak puanlayın.
   7. Sıçan kirişi dengelemeye veya asmaya çalışmazsa ve 20 saniye içinde düşerse, 6 olarak puanlayın.
      NOT: Işın dengesi testi bir ön deneme gerektirmez.

6. Doğrulama prosedürü: Nörodavranış değerlendirmesi

NOT: Davranışsal deneylerden önce, sıçanlar, stresi ve yenilik bozulmasını en aza indirmek için art arda 3 gün boyunca günde 2 dakika boyunca ele alındı. Tüm davranışsal deneyler, deney başlamadan önce hayvanlar 60 dakika boyunca test ortamına yerleştirilerek gerçekleştirilmiştir.

1. Motor koordinasyon yeteneği (Işın görevi)
   1. Deney düzeneği
      1. Fareleri denge kirişinin bir ucuna (1,5 m uzunluğunda ve yerden 75 cm yukarıda) yerleştirin. Diğer ucuna bir kaçış kutusu (eğimli bir yatak ev kafesi) yerleştirin.
      2. Test sırasında düşme durumunda sıçanların potansiyel yaralanma riskini azaltmak için kirişin altına bir köpük dolgu yerleştirin.
      3. Video kamerayı açın.
      4. Test günlerini yaralanma sonrası veya sahte tedavi sonrası belirli zaman noktalarında planlayın (örneğin, 1. gün, 3. gün ve 7. gün).
   2. Eğitim aşaması (2 gün)
      1. Sıçanları 4 cm genişliğindeki kirişi art arda 3 kez geçmeleri için eğitin, ardından 2 cm genişliğindeki kiriş üzerinde iki deneme yapın.
      2. Eğitim sırasında, fareleri parazit olmadan kolayca geçebilene kadar kiriş boyunca nazikçe yönlendirin.
   3. Denge kirişi deneyi
      1. Fareleri art arda 5 deneme için 2 cm genişliğindeki kirişe yerleştirin.
      2. Sıçanın burnu sırasıyla başlangıç ve bitiş çizgilerini geçtiğinde her denemenin başlangıcını ve bitişini kaydedin.
      3. Deneyin sonunda fareleri kafeslerine geri koyun.
   4. Temel test
      1. Yaralanma veya tedaviden önce denge kirişi deneyini yapın.
      2. Her sıçan için taban çizgisini belirlemek için bu 5 ardışık denemeden elde edilen ortalama değerleri hesaplayın.
   5. Veri analizi
      1. Deneysel koşullara kör olan araştırmacılar tarafından video analizini kullanarak kirişi geçme süresini ve toplam arka ayak kayma sayısını analiz edin.
2. Anksiyete (Açık alan testi)
   1. Deney düzeneği
      1. Açık alan arenasını hazırlayın, temiz olduğundan ve önceki koku ipuçlarından arınmış olduğundan emin olun. Arenayı üç bölgeye ayırın: merkezi bir iç bölge (33 cm x 33 cm), bir orta bölge (66 cm x 66 cm) ve bir dış bölge.
   2. Test aşaması
      1. Açık alan arenasının ortasına bir fare yerleştirin ve zamanlayıcıyı başlatın. Farenin arenayı 5 dakika boyunca özgürce keşfetmesine izin verin. 5 dakika sonra, fareyi dikkatlice ve nazikçe ev kafesine geri koyun.
   3. Veri toplama
      1. 5 dakikalık keşif süresi boyunca sıçan tarafından kat edilen toplam mesafeyi ölçün. Sıçanın merkezi iç, orta ve dış bölgelerde geçirdiği süreyi belirleyin.
   4. Veri analizi
      1. Kat edilen toplam mesafeyi, genel keşif davranışının ve lokomotor yeteneğin bir ölçüsü olarak kullanın. Kaygı benzeri tepkilerin bir göstergesi olarak merkezi iç bölgede geçirilen zamanı hesaplayın.
3. Öğrenme ve hafıza yetenekleri (Morris su labirenti testi)
   1. Su labirenti aparatının uygun durumda olduğundan emin olun. Suyu siyaha boyayın ve ipuçlarını dört ana yöne yerleştirin. Platformu su yüzeyinin 2,5 cm altına yerleştirin.
   2. Sıçanların davranışlarını kaydetmek ve gözlemlemek için bir izleme sistemi kurun.
   3. İz günü
      1. Fareyi hızlı bir şekilde su labirentine yerleştirin. Sıçan 2 dakika içinde platforma ulaşamazsa, tahta çubuğu kullanarak yavaşça yönlendirin.
      2. Platformda 20 saniye dururken farenin labirent ortamına alışmasına izin verin, ardından çıkarın. Sıçan platforma girdikten sonra 20 saniye kalmasına izin verin, ardından çıkarın.
   4. Günlük tekrarlama
      1. Sıçanı farklı kadranlardan suya yerleştirerek eğitim günü prosedürünü tekrarlayın. Adım 6.3.3'ü tekrarlayın. Arka arkaya 5 gün boyunca eğitime devam edin.
   5. Prob test günü: 6^{. günde} , platformu çıkarın ve fareyi 2 dakika boyunca aynı kadrana yerleştirin.
   6. Gözlem ve kayıt: Deneme ve prob test günlerinde sıçanın davranışını izlemek için izleme sistemini kullanın.
   7. Temizleme: Fareyi su labirentinden çıkardıktan sonra, iyice kurutmak için bir havlu kullanın.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Sonuçlar

Bu çalışmada kullanılan aparat, Kane modelinin ve Richelle Mychasiuk'un pediatrik modelinin değiştirilmiş bir versiyonuydu^11,12. Bu çalışmada, SD sıçanlar sahte ve mTBI gruplarına ayrıldı. Bu modelin tekrarlanabilirliğini göstermek için, her deneyde 8-12 sıçan içeren akut nörodavranışsal değerlendirme ile birlikte bu modelin üç bağımsız kopyasını gerçekleştirdik. Bu çalışmada 30'dan fazla mTBI ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Tartışmalar

Bu model, kafa derisi kesisine veya kafatası açılmasına gerek kalmadan kapalı başlı bir mTBI'yi başarılı bir şekilde simüle ederek, insan vakalarında gözlemlenen etki senaryosunun daha doğru bir temsilini sağlar. Kafa derisi insizyonundan kaçınmak, gerçek durumla uyumlu olmayabilecek enflamatuar yanıtların önlenmesine yardımcı olur. Richelle Mychasiuk'un pediatrik modeli¹² ile karşılaştırıldığında, bu çalışmada kullanılan model, 280-320 g ağırlığındaki yeti...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acrylic box	In-house	N/A	15 cm x 22 cm x 43 cm
Anesthesia Machine	RWD Life Science Co.	R540 Mice & Rat Animal Anesthesia Machine
Helmet	In-house	N/A	Stainless-steel disk measuring 10 mm in diameter and 3 mm in thickness
Morris water maze	RWD Life Science Co.		Diameter 150 cm, height 50 cm,platform diameter 35 cm
Open field	RWD Life Science Co.	63007	Width100 cm, height 40 cm
Panlab SMART V3.0	RWD Life Science Co.	SMART v3.0
Perforated weight	In-house	N/A	Weight of 550 g and diameter of 18 mm
Pillow	In-house	N/A	Wedge-shaped sponge to place beneath the rat's head