Name: a novel in vitro model of blast traumatic brain injury
Uploaded: 2018-12-21T13:00:00
Duration: 8 min 59 s
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द्वारा समर्थित: रॉयल सेंटर फॉर डिफेंस मेडिसिन, बर्मिंघम, यूनाइटेड किंगडम, रॉयल ब्रिटिश सेना केंद्र ब्लास्ट इंजरी अध्ययन के लिए, इंपीरियल कॉलेज लंदन, यूनाइटेड किंगडम । आयुर्विज्ञान अनुसंधान परिषद्, लंदन, युनाइटेड किंग्डम (MC_PC_13064; श्री N027736/ गैस सुरक्षा ट्रस्ट, लंदन, यूनाइटेड किंगडम । रीता Campos-Pires Fundação पैरा ए Ciência ई ए Tecnologia, लिस्बन, पुर्तगाल से डॉक्टरेट प्रशिक्षण पुरस्कार के प्राप्तकर्ता था । केटी हैरिस वेस्टमिंस्टर मेडिकल स्कूल रिसर्च ट्रस्ट, लंदन, यूनाइटेड किंगडम से एक पीएचडी के छात्र के प्राप्तकर्ता था ।
इंपीरियल कॉलेज में रॉयल ब्रिटिश सेना सेंटर फॉर ब्लास्ट इंजरी स्टडीज (RBLCBIS) के सहयोग से यह मॉडल विकसित किया गया था । हम रॉयल ब्रिटिश सेना की वित्तीय सहायता स्वीकार करना चाहते हैं । सहयोग या आगे विस्तार में रुचि शोधकर्ताओं लेखकों या RBLCBIS संपर्क कर सकते हैं ।
हम डॉ अमरजित समरा, अनुसंधान के निदेशक, रक्षा चिकित्सा, बर्मिंघम, यूनाइटेड किंगडम के लिए रॉयल सेंटर, इस काम के समर्थन के लिए, स्कॉट आर्मस्ट्रांग, सर्जरी के विभाग & कैंसर, इंपीरियल कॉलेज लंदन, प्रारंभिक प्रयोगों के साथ सहायता के लिए धन्यवाद , Theofano Eftaxiopolou, हरि अरोरा & लूज Ngoc गुयेन, इंजीनियरिंग इंपीरियल कॉलेज लंदन के विभाग, & विलियम गर्व, भौतिकी इंपीरियल कॉलेज लंदन के विभाग, सदमे पर सलाह के लिए-ट्यूब, रक़ील Yustos, अनुसंधान तकनीशियन, विभाग जीवन विज्ञान के, इंपीरियल कॉलेज लंदन, तकनीकी सहायता के लिए, पॉल ब्राउन MBE, कार्यशाला प्रबंधक और स्टीव नेल्सन, कार्यशाला तकनीशियन, भौतिकी विभाग, इंपीरियल कॉलेज लंदन, धातु के छल्ले बनाने के लिए, भौतिकी विभाग के नील पॉवेल, शाही कॉलेज लंदन, कलाकृति के लिए ।

लेखकों की कोई होड़ वित्तीय हितों की नहीं है ।

विस्फोट दर्दनाक मस्तिष्क चोट (TBI) विस्फोटक उपकरणों के विस्फोट से परिणाम है कि मस्तिष्क की चोट का एक जटिल प्रकार है1,2. ब्लास्ट TBI इराक और अफगानिस्तान में हाल ही में हुए सैन्य संघर्षों के साथ पिछले 15 सालों में एक प्रमुख स्वास्थ्य मुद्दे के रूप में उभरा है2,3. कुल मिलाकर, यह अनुमान है कि ४.४% और इराक और अफगानिस्तान से लौट रहे सैनिकों के २२.८% के बीच हल्के TBI, इन जा रहा है विस्फोट से संबंधित की एक बड़ी संख्या का सामना करना पड़ा है, अमेरिकी बलों में विस्फोट TBI के एक उच्च दर की सूचना के साथ ब्रिटेन बलों के साथ तुलना में4 ,5.
तात्कालिक विस्फोटक उपकरणों का उपयोग विस्फोट से जुड़े आघात के अधिकांश के लिए जिंमेदार है, ब्लास्ट TBI सहित, सैंय बलों6द्वारा सहा । एक विस्फोटक आरोप के एक बहुत तेजी से परिणाम में विस्फोट-लेकिन क्षणिक-दबाव में वृद्धि, मिसे में होने वाली । एक वास्तविक जीवन मुक्त क्षेत्र विस्फोट से परिणामस्वरूप अधिक दबाव लहर Friedlander समारोह द्वारा मॉडलिंग की है, चोटी एक घातीय क्षय7,8द्वारा पीछा करने के लिए अचानक वृद्धि के साथ । चरम बलों की सीमा और उनके तेजी से समय एक विस्फोट घटना में देखा पाठ्यक्रम आमतौर पर गैर में अनुभव नहीं कर रहे है विस्फोट1,9आघात । तरंग की अधिकतम दबाव है, जो पीक अधिक दबाव, और सकारात्मक लहर की अवधि के लिए मस्तिष्क की चोट विस्फोट और इन विस्फोटक आरोप और विस्फोट से दूरी10पर निर्भर करने के लिए महत्वपूर्ण योगदानकर्ताओं माना जा रहा है, 11.
आघात है कि एक विस्फोटक विस्फोट से परिणाम चार असतत घटकों, प्राथमिक, माध्यमिक, तृतीया और चतुर्धातुक विस्फोट चोट10,12,13,14के रूप में नामित के रूप में वर्गीकृत किया गया है । इन घटकों में से प्रत्येक चोट के विशिष्ट तंत्र के साथ जुड़ा हुआ है । प्राथमिक विस्फोट चोट अंगों और ऊतकों पर अधिक दबाव लहर के प्रत्यक्ष कार्रवाई से परिणाम2,13. द्वितीयक विस्फोट चोट टुकड़े फेंकने के प्रभाव से परिणाम, मर्मज्ञ और गैर-मर्मज्ञ घाव2,15के कारण । तृतीयक विस्फोट चोट तब होती है जब शिकार के शरीर जमीन या आसपास की वस्तुओं के खिलाफ विस्थापित है और त्वरण/मंदी बलों1,10,13के साथ जुड़ा हुआ है । चतुर्धातुक विस्फोट चोट सीधे पहले तीन चोट तंत्र द्वारा कवर नहीं विस्फोट से संबंधित चोटों के एक विषम समूह का वर्णन12,13वर्णित है । यह शामिल है (लेकिन सीमित नहीं है) थर्मल चोट, धुआं साँस लेना, विकिरण, विद्युत चुम्बकीय तरंगों, और प्रतिकूल मनोवैज्ञानिक प्रभाव13,15. सबसे विस्फोट से जुड़े TBI चोट के पहले तीन तंत्र से सीधे परिणाम है, जबकि विस्फोट की चोट के चतुर्धातुक तंत्र आम तौर पर प्रणालीगत चोट13के साथ जुड़े रहे हैं । त्वरण/मंदी बलों के प्रभाव (जैसे, whiplash), कुंद और मर्मज्ञ दर्दनाक मस्तिष्क चोट बड़े पैमाने पर TBI के अंय प्रकार के संबंध में अध्ययन किया गया है (जैसे, मोटर वाहन दुर्घटनाओं, गिरता है, बैलिस्टिक चोट) । हालांकि, प्राथमिक विस्फोट अधिक दबाव लहर चोट विस्फोट और मस्तिष्क के ऊतकों पर इसके प्रभाव के लिए अद्वितीय है बहुत कम अच्छी तरह से16समझ रहे हैं । प्राथमिक विस्फोट चोट तंत्र, एक दबाव लहर के साथ जुड़े, यांत्रिक बलों के पहले मस्तिष्क के साथ बातचीत कर रहे हैं ।
कई नैदानिक TBI मॉडल पिछले दशकों है कि चोट और pathophysiology के विस्फोट TBI तंत्र को समझने के लिए अमूल्य गया है और संभावित नए उपचार है, जो अंयथा करने के लिए विशेष रूप से असंभव हो जाएगा की जांच पर विकसित किया गया है नैदानिक सेटिंग में17,18,19. हालांकि कोई एकल नैदानिक मॉडल नैदानिक विस्फोट मस्तिष्क आघात की जटिलता को पुन: पेश कर सकते हैं, आम तौर पर अलग नैदानिक TBI मॉडल मानव TBI के विशिष्ट पहलुओं को दोहराने । एक विस्फोट विस्फोट के साथ जुड़े बलों की हानिकारक कार्रवाई अलगाव में या दोनों में इन विट्रो में और vivo ब्लास्ट TBI मॉडल में संयोजन में अध्ययन किया जा सकता है । इन विट्रो मॉडल में प्रयोगात्मक पर्यावरण (ऊतक शारीरिक स्थितियों और चोट जैव यांत्रिकी), जो जैविक परिवर्तनशीलता को कम कर देता है और reproducibility में सुधार के एक तंग नियंत्रण की अनुमति का लाभ है, के अध्ययन की अनुमति पशु मॉडल20में मौजूद संस्थापकों के बिना विशिष्ट आणविक कैस्केडिंग । हमारा लक्ष्य एक इन विट्रो मॉडल मस्तिष्क ऊतक पर प्राथमिक विस्फोट के प्रभाव की जांच करने के लिए विकसित करने के लिए किया गया था । हम ऐसी है कि एक तात्कालिक विस्फोटक डिवाइस (आईईडी) द्वारा उत्पादित के रूप में एक मुक्त क्षेत्र विस्फोट की एक Friedlander तरंग प्रतिनिधि के साथ एक सुपरसोनिक shockwave के साथ एक मॉडल विकसित करने के उद्देश्य से ।

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Geys balanced salt solution</td>
			<td>Sigma UK</td>
			<td>G9779</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D- glucose</td>
			<td>Sigma UK</td>
			<td>G8270</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antibiotic/antimycotic</td>
			<td>Sigma UK</td>
			<td>A5955</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Minimum essential medium Eagle</td>
			<td>Sigma UK</td>
			<td>M4655</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hanks balanced salt solution</td>
			<td>Sigma UK</td>
			<td>H9269</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Horse serum</td>
			<td>Sigma UK</td>
			<td>H1138</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-glutamine</td>
			<td>Sigma UK</td>
			<td>G7513</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>VWR Prolabo, Belgium</td>
			<td>441476L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Sigma UK</td>
			<td>S-0945</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue culture inserts</td>
			<td>Millicell CM 30 mm low height Millipore</td>
			<td>PICM ORG 50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-well plates</td>
			<td>NUNC, Denmark</td>
			<td>140675</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propidium iodide</td>
			<td>Sigma UK</td>
			<td>P4864</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile polyethylene bags - Twirl&#39;em sterile sample bags</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>01-002-30</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Portex Avon Kwill Filling Tube 5&#34; (127mm)</td>
			<td>Smiths Medical Supplies</td>
			<td>E910</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epifluorescence microscope</td>
			<td>NIKON Eclipse 80i, UK</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope objective</td>
			<td>Nikon Plan UW magn. 2x, NA 0.06, WC 7.5 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope filter</td>
			<td>Nikon G-2B (longpass emission)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mylar electrical insulating film, 304 mm x 200 mm x 0.023 mm</td>
			<td>RS Components UK</td>
			<td>785-0782</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure transducer</td>
			<td>Dytran Instruments Inc.</td>
			<td>2300V1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue chopper</td>
			<td>Mickle Laboratory Engineering Co., Guildford, Surrey, United Kingdom.</td>
			<td>Mcllwain tissue chopper</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone elastomer</td>
			<td>Dow Corning, USA</td>
			<td>Sylgard 184</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphing &#38; statistics software</td>
			<td>GraphPad Software, USA</td>
			<td>Prism 7.0</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a novel in vitro model of blast traumatic brain injury

दर्दनाक मस्तिष्क चोट सैंय और नागरिक आबादी में मौत और विकलांगता का एक प्रमुख कारण है । विस्फोट के विस्फोटक उपकरणों के विस्फोट से दर्दनाक मस्तिष्क चोट के परिणाम, हालांकि, तंत्र है कि आबाद मस्तिष्क क्षति विस्फोट से अधिक दबाव जोखिम के परिणामस्वरूप पूरी तरह से समझ में नहीं आ रहे है और मस्तिष्क की चोट के इस प्रकार के लिए अद्वितीय माना जाता है । नैदानिक मॉडल महत्वपूर्ण उपकरण है कि बेहतर विस्फोट प्रेरित मस्तिष्क चोट को समझने में योगदान कर रहे हैं । इन विट्रो ब्लास्ट TBI मॉडल में एक उपन्यास वास्तविक जीवन खुला क्षेत्र विस्फोट तरंगों Friedlander तरंग द्वारा मॉडलिंग अनुकरण करने के लिए एक खुला समाप्त सदमे ट्यूब का उपयोग कर विकसित किया गया था । C57BL/6N माउस organotypic हिप्पोकैम्पस स्लाइस संस्कृतियों एक सदमे तरंगों को उजागर और चोट के विकास के लिए ७२ ज propidium आयोडाइड, कोशिका क्षति के एक अच्छी तरह से स्थापित फ्लोरोसेंट मार्कर का उपयोग कर रहे थे कि केवल कोशिकाओं के साथ प्रवेश सेलुलर झिल्ली समझौता । Propidium आयोडाइड प्रतिदीप्ति एक विस्फोट की लहर से अवगत कराया स्लाइस में काफी अधिक था जब इस प्रोटोकॉल की अवधि भर में अन्तर्वासना स्लाइस की तुलना में । मस्तिष्क ऊतक चोट बहुत reproducible और सदमे लहर लागू की चोटी के दबाव के लिए आनुपातिक है ।

इस विधि में इस्तेमाल सदमे ट्यूब Friedlander समारोह7,8द्वारा मॉडलिंग वास्तविक जीवन खुला क्षेत्र विस्फोट अनुकरण कि अधिक दबाव यात्रियों की पीढ़ी की अनुमति देता है । ४४० मी (मच १.३) के वेग के साथ सुपरसोनिक आश्चर्य (चित्रा 2a) प्राप्त किया गया । तरंग डेटा रिपोर्ट संवेदक 2 से है, सदमे ट्यूब के संचालित खंड के अंत में रेडियल तैनात ।
प्रोटोकॉल का उपयोग ऊपर वर्णित है, organotypic हिप्पोकैम्पस स्लाइस एक सदमे की लहर को उजागर संस्कृतियों (चित्रा 2a) महत्वपूर्ण चोट quantified propidium आयोडाइड, एक उच्च ध्रुवीय फ्लोरोसेंट डाई है कि केवल कोशिकाओं के साथ प्रवेश का उपयोग कर विकसित समझौता सेलुलर झिल्ली24,25 (चित्रा बी, सी) ।
यहां तक कि इष्टतम शर्तों के तहत, और अंय OHSC प्रकाशित मॉडल21,22के अनुरूप, वहां पृष्ठभूमि propidium आयोडाइड प्रतिदीप्ति कारण, भाग में, मामूली नुकसान अंतर्निहित ऊतक जोड़तोड़ से उत्पंन की एक निंन स्तर है ( जैसे संस्कृति अवधि के दौरान मीडिया परिवर्तन या इमेजिंग के लिए मशीन से हटाने के रूप में) । इस विस्फोट TBI प्रोटोकॉल पर्याप्त हेरफेर है कि मध्यम में बाँझ बैग और सदमे लहर जोखिम प्रोटोकॉल के दौरान हैंडलिंग के एक काफी डिग्री के अंदर स्लाइस के डुबकी भी शामिल शामिल है (जैसे, के लिए बाँझ बैग clamping धारक फ्रेम) । हालांकि, अगर सभी चरणों का ध्यान से प्रदर्शन कर रहे हैं, इस अतिरिक्त हेरफेर OHSC के अंतर्निहित स्वास्थ्य पर प्रभाव नहीं है के रूप में कोई महत्वपूर्ण अंतर के रूप में 6-अच्छी तरह से प्लेटों में रखा स्लाइस का एक नियंत्रण समूह के बीच देखा गया हर समय (यानी, आवेषण जलमग्न या संभाला नहीं थे) और शर्म की बात है, जो स्लाइस है कि बाँझ बैग सदमे ट्यूब (चित्रा बी) के लिए clamped अंदर जलमग्न शामिल थे ।
दो सदमे तरंगों चुना, ५० केपीए पर और ५५ केपीए पीक दबाव, भरपुर उत्पादन (पी < 0.05 और पी < 0.0001, क्रमशः) और reproducible चोट जब विस्फोट जोखिम के बाद सभी समय-अंक में घायल अन्तर्वासना स्लाइस की तुलना में प्रोटोकॉल (चित्रा बी) ऊतक संस्कृति आवेषण या बाँझ बैग को किसी भी क्षति के कारण के बिना । आदेश में शिखर-अधिक दबाव में छोटे मतभेदों को मॉडल की संवेदनशीलता का निर्धारण करने के लिए, हम मान है कि ~ 10% से अलग थे का चयन करने का फैसला किया । इन परिणामों को भी पता चलता है कि, के रूप में की उंमीद है, चोट ५५ केपीए से जिसके परिणामस्वरूप एक ५० केपीए सदमे की लहर के बाद से अधिक है ।
डेटा मतलब का मतलब ± मानक त्रुटि के रूप में व्यक्त कर रहे हैं । महत्व होल्म-Sidak पोस्ट हॉक परीक्षण का उपयोग करते हुए प्रसरण का एक 2-तरीका दोहराया उपाय विश्लेषण का उपयोग करके मूल्यांकन किया गया था । फैक्टर 1 समूह था (नियंत्रण, शम, विस्फोट) और 2 कारक चोट के बाद समय था (-1 एच, 24 एच, ४८ एच और ७२ एच), जहां 1 फैक्टर दोहराया कारक था । एकाधिक तुलना के लिए p मान का समायोजन उपयोग किया गया था । P मान से कम ०.०५ समूहों के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर इंगित करने के लिए लिया गया था । सांख्यिकीय परीक्षणों एक रेखांकन और सांख्यिकी सॉफ्टवेयर पैकेज का उपयोग कर लागू किया गया ।
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58400/58400fig1.jpg"> चित्रा 1: बाँझ बैग धारक फ्रेम के साथ सदमे ट्यूब डिवाइस की योजनाबद्ध । (क). शॉक ट्यूब एक ३.८ मीटर लंबे समय स्टेनलेस स्टील ट्यूब, तीन १.२२ मीटर लंबे वर्गों से बना है, गैसकेट और निकला हुआ किनारा से जुड़ा हुआ है, ५९ मिमी के एक आंतरिक व्यास के साथ. (ख) इनसेट डबल ब्रीच विधानसभा से पता चलता है । एक या दो Mylar डायाफ्राम रबर ओ-छल्ले द्वारा प्रदान की मुहर के साथ विधानसभा में clamped किया जा सकता है । (ग) बाँझ बैग धारक फ्रेम । फ्रेम के शरीर एक केंद्रित परिपत्र छेद (५९ mm व्यास) है कि सदमे ट्यूब आउटलेट के साथ संरेखित के साथ दो धातु प्लेटों के होते हैं । दो मेटल प्लेट्स के बीच सिलिकॉन elastomer के दो पतले (4 एमएम) चादरें फिट की गई हैं । इन चादरों का उद्देश्य बाँझ बैग दबाना करने के लिए एक भी और गैर फिसलन सतह प्रदान करने के लिए है । बैग और शॉक ट्यूब के आउटलेट के बीच की दूरी 7 सेमी है । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58400/58400fig1large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए</a> ।
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58400/58400fig2.jpg"> चित्रा 2: ठेठ shockwave और organotypic हिप्पोकैम्पस स्लाइस संस्कृतियों में जिसके परिणामस्वरूप चोट । (एक) सदमे लहर का प्रतिनिधि उदाहरण 23 µm-मोटी पॉलिएस्टर फिल्म, २.१६ बार फट दबाव, ५५ केपीए पीक दबाव, ०.४ एमएस सकारात्मक लहर अवधि, १०.१ केपीए · ms आवेग का उपयोग कर प्राप्त की । तरंग डेटा 2 सेंसर से प्राप्त कर रहे थे रेडियल झटका ट्यूब संचालित अनुभाग के बाहर निकला हुआ किनारा पर घुड़सवार. सदमे तरंग वेग ४४० मी (मच १.३) था । (ख) चोट के विकास के सदमे की लहर की तीव्रता के लिए आनुपातिक है । दोनों ५० केपीए और ५५ केपीए पीक दबाव सदमे तरंगों महत्वपूर्ण चोट है कि ७२ एच प्रोटोकॉल भर में विकसित किया जब शम समूह के साथ तुलना में कारण । एक ५५ केपीए पीक दबाव लहर जोखिम से उत्पंन चोट से काफी अधिक था ५० केपीए के बाद ४८ एच और ७२ एच. अन्तर्वासना स्लाइसें में हूबहू इलाज किया गया लेकिन सदमे ट्यूब नहीं निकाल दिया गया था । नियंत्रण स्लाइसें किसी भी हेरफेर के बिना एक मशीन में 6 अच्छी तरह से प्लेटों में बनाए रखा गया । पट्टियां मतलब मान और त्रुटि पट्टियां मानक त्रुटियां है (n = 7, नियंत्रण; n = ४८, शम; n = 30, विस्फोट ५० केपीए; n = ५१, विस्फोट ५५ केपीए; n = स्लाइस की संख्या, 6 अलग प्रयोगों से) । * p < 0.05, * * * *p < 0.0001 की तुलना में अन्तर्वासना. # p < 0.05, # #p < 0.01 ब्लास्ट ५५ केपीए के साथ तुलना में । (ग) प्रतिनिधि propidium आयोडाइड प्रतिदीप्ति से organotypic स्लाइस की छवियां (i) शम, (ii) विस्फोट ५० केपीए और (iii) विस्फोट ५५ केपीए समूहों में चोट के बाद ७२ ज. अन्तर्वासना स्लाइस प्रतिदीप्ति के निम्न स्तर, यानी, चोट, और विस्फोट उजागर स्लाइसें फैलाना चोट के उच्च स्तर दिखाने के लिए, और अधिक स्पष्ट ५५ केपीए चोटी दबाव उजागर स्लाइस (स्केल बार = ५०० µm) पर दिखाता है । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58400/58400fig2large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।</a>

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A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

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