Name: advanced diffusion imaging in the hippocampus of rats with mild traumatic brain injury
Uploaded: 2019-08-14T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Advanced Diffusion Imaging in The Hippocampus of Rats with Mild Traumatic Brain Injury at JoVE.com

Forfatterne vil gerne takke Research Foundation-Flanders (FWO) for at støtte dette arbejde (tilskudsnummer: G027815N).

Protokollen er blevet godkendt af den dyreetiske Komité ved universitetet i Gent (ECD 15/44Aanv), og alle eksperimenter blev gennemført i overensstemmelse med Europa-Kommissionens retningslinjer (direktiv 2010/63/EU).
1. tilberedning af dyr og hjelm fastgørelse
<ol><li>En kvindelig Wistar H rotte (± 250 g eller 12 uger) vejes og bedødes i et lille induktions kammer fyldt med en blanding af isofluran (5%) og O2 i mindst 1 min.</li>
	<li>Injicer rotten med 0,05 mg/kg buprenorph...

<ol>
	<li>Carroll, L. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+Review+of+the+Prognosis+After+Mild+Traumatic+Brain+Injury+in+Adults.">Systematic Review of the Prognosis After Mild Traumatic Brain Injury in Adults.</a> Cognitive, Psychiatric, and Mortality Outcomes: Results of the International Collaboration on Mild Traumatic Brain Injury Prognosis. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 95 (3), S152-S173 (2014).</li><li>Buck, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mild+Traumatic+Brain+Injury:+A+Silent+Epidemic+in+Our+Practices.">Mild Traumatic Brain Injury: A Silent Epidemic in Our Practices.</a> Health &amp; Social Work. 36 (4), 299-302 (2011).</li><li>Bodanapally, U. K., Sours, C., Zhuo, J., Shanmuganathan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+of+Traumatic+Brain+Injury.">Imaging of Traumatic Brain Injury.</a> Radiologic Clinics of North America. 53 (4), 695-715 (2015).</li><li>Basser, P. J., Mattiello, J., LeBihan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MR+diffusion+tensor+spectroscopy+and+imaging.">MR diffusion tensor spectroscopy and imaging.</a> Biophysical Journal. 66 (1), 259-267 (1994).</li><li>Hulkower, M. B., Poliak, D. B., Rosenbaum, S. B., Zimmerman, M. E., Lipton, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Decade+of+DTI+in+Traumatic+Brain+Injury:+10+Years+and+100+Articles+Later.">A Decade of DTI in Traumatic Brain Injury: 10 Years and 100 Articles Later.</a> American Journal of Neuroradiology. 34 (11), 2064-2074 (2013).</li><li>Hutchinson, E. B., Schwerin, S. C., Avram, A. V., Juliano, S. L., Pierpaoli, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+MRI+and+the+detection+of+alterations+following+traumatic+brain+injury.">Diffusion MRI and the detection of alterations following traumatic brain injury.</a> Journal of Neuroscience Research. 96 (4), 612-625 (2018).</li><li>Wallace, E. J., Mathias, J. L., Ward, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+tensor+imaging+changes+following+mild,+moderate+and+severe+adult+traumatic+brain+injury:+a+meta-analysis.">Diffusion tensor imaging changes following mild, moderate and severe adult traumatic brain injury: a meta-analysis.</a> Brain Imaging and Behavior. , 1-15 (2018).</li><li>Rutgers, D. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=White+Matter+Abnormalities+in+Mild+Traumatic+Brain+Injury:+A+Diffusion+Tensor+Imaging+Study.">White Matter Abnormalities in Mild Traumatic Brain Injury: A Diffusion Tensor Imaging Study.</a> American Journal of Neuroradiology. 29 (3), 514-519 (2008).</li><li>Bondi, C. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Found+in+translation:+Understanding+the+biology+and+behavior+of+experimental+traumatic+brain+injury.">Found in translation: Understanding the biology and behavior of experimental traumatic brain injury.</a> Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews. 58, 123-146 (2015).</li><li>Shultz, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+potential+for+animal+models+to+provide+insight+into+mild+traumatic+brain+injury:+Translational+challenges+and+strategies.">The potential for animal models to provide insight into mild traumatic brain injury: Translational challenges and strategies.</a> Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews. 76, 396-414 (2017).</li><li>Osier, N. D., Dixon, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Controlled+Cortical+Impact+Model:+Applications,+Considerations+for+Researchers,+and+Future+Directions.">The Controlled Cortical Impact Model: Applications, Considerations for Researchers, and Future Directions.</a> Frontiers in Neurology. 7 (AUG), (2016).</li><li>Lyeth, B. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Historical+Review+of+the+Fluid-Percussion+TBI+Model.">Historical Review of the Fluid-Percussion TBI Model.</a> Frontiers in Neurology. 7 (DEC), 1-7 (2016).</li><li>Marmarou, A., Foda, M. A. A. -. E., van den Brink, W., Campbell, J., Kita, H., Demetriadou, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+model+of+diffuse+brain+injury+in+rats.">A new model of diffuse brain injury in rats.</a> Journal of Neurosurgery. 80 (2), 291-300 (1994).</li><li>Heim, L. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Invisibility+of+Mild+Traumatic+Brain+Injury:+Impaired+Cognitive+Performance+as+a+Silent+Symptom.">The Invisibility of Mild Traumatic Brain Injury: Impaired Cognitive Performance as a Silent Symptom.</a> Journal of Neurotrauma. 34 (17), 2518-2528 (2017).</li><li>Zohar, O., Rubovitch, V., Milman, A., Schreiber, S., Pick, C. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Behavioral+consequences+of+minimal+traumatic+brain+injury+in+mice.">Behavioral consequences of minimal traumatic brain injury in mice.</a> Acta Neurobiol Exp (Wars. 71 (1), 36-45 (2011).</li><li>Pierpaoli, C., Basser, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+a+quantitative+assessment+of+diffusion+anisotropy.">Toward a quantitative assessment of diffusion anisotropy.</a> Magnetic resonance in medicine&#8239;: official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 36 (6), 893-906 (1996).</li><li>Jensen, J. H., Helpern, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI+quantification+of+non-Gaussian+water+diffusion+by+kurtosis+analysis.">MRI quantification of non-Gaussian water diffusion by kurtosis analysis.</a> NMR in Biomedicine. 23 (7), 698-710 (2010).</li><li>Fieremans, E., Jens, H., Jensen, J. A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=White+matter+characterization+with+diffusional+kurtosis+imaging.">White matter characterization with diffusional kurtosis imaging.</a> NeuroImage. 58, 177-188 (2011).</li><li>Leemans, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Explore DTI. , (2019).</li><li>Loening, A. M., Gambhir, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AMIDE:+A+Free+Software+Tool+for+Multimodality+Medical+Image+Analysis.">AMIDE: A Free Software Tool for Multimodality Medical Image Analysis.</a> Molecular Imaging. 2 (3), 131-137 (2003).</li><li>Veraart, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Denoising+of+diffusion+MRI+using+random+matrix+theory.">Denoising of diffusion MRI using random matrix theory.</a> NeuroImage. 142, 394-406 (2016).</li><li>Veraart, J., Fieremans, E., Novikov, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+MRI+noise+mapping+using+random+matrix+theory.">Diffusion MRI noise mapping using random matrix theory.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 76 (5), 1582-1593 (2016).</li><li>Braeckman, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+changes+in+hippocampal+diffusion+and+kurtosis+metrics+following+experimental+mTBI+correlate+with+glial+reactivity.">Dynamic changes in hippocampal diffusion and kurtosis metrics following experimental mTBI correlate with glial reactivity.</a> NeuroImage: Clinical. 21 (August 2018), 101669 (2019).</li><li>Jones, D. K., Kn&#246;sche, T. R., Turner, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=White+matter+integrity,+fiber+count,+and+other+fallacies:+The+do's+and+don'ts+of+diffusion+MRI.">White matter integrity, fiber count, and other fallacies: The do's and don'ts of diffusion MRI.</a> NeuroImage. 73, 239-254 (2013).</li><li>. Matlab code DKI and WMTI model Available from: <a target="_blank" href="https://github.com/NYU-DiffusionMRI/Diffusion-Kurtosis-Imaging">https://github.com/NYU-DiffusionMRI/Diffusion-Kurtosis-Imaging</a> (2019)</li></ol>

Da mTBI ofte er resultatet af en diffus og subtil skade, der ikke viser nogen abnormiteter på CT og konventionelle MRI-scanninger, er vurderingen af mikrostrukturelle skader efter et mildt traume fortsat en udfordring. Derfor er mere avancerede imaging teknikker er nødvendige for at visualisere det fulde omfang af traumet. Anvendelsen af diffusion magnetisk resonans imaging i TBI forskning har fået mere interesse i det sidste årti, hvor diffusion tensor Imaging er hyppigst anvendte5. En begræ...

Traumatisk hjerneskade (TBI) har fået mere opmærksomhed i de seneste år, da det er blevet klart, at disse hjerneskader kan resultere i livslang kognitive, fysiske, følelsesmæssige, og sociale konsekvenser1. På trods af denne stigende bevidsthed, mild TBI (mTBI, eller hjernerystelse) er stadig ofte underrapporteret og udiagnosticeret. MTBI er blevet omtalt som en tavs epidemi, og personer med en historie mTBI viser højere satser for stofmisbrug eller psykiatriske problemer2. Flere patienter med mTBI går udiagnosticeret hvert år på grund af den diffuse og subtile karakter af de skader, som ofte ikke er synlige på konventionel computertomografi (CT) eller magnetisk resonans imaging (MRI) scanninger. Denne mangel på radiologiske beviser for hjerneskade har ført til udvikling af mere avancerede billeddiagnostiske teknikker såsom diffusion MRI, som er mere følsomme over for mikrostrukturelle ændringer3.
Diffusion MRI tillader in vivo kortlægning af mikrostrukturen, og denne MRI teknik har været anvendt i udstrakt grad i TBI undersøgelser4,5,6. Fra diffusions tensor beregnes fraktioneret anisotropi (FA) og gennemsnitlig difsivitet (MD) for at kvantificere ændringer i den mikrostrukturelle organisation efter skade. Nylige anmeldelser i mTBI patienter rapporterer stigninger i FA og fald i MD efter skade, som kan være tegn på axonal hævelse7. I modsætning hertil er stigninger i MD og fald i FA også fundet og er blevet foreslået til at underbyde afbrydelser i parentchymal struktur efter ødem dannelse, axonal degeneration, eller fiber forskydning/afbrydelse8. Disse blandede fund kan delvis forklares ved den signifikante kliniske heterogenitet af mTBI forårsaget af forskellige typer af virkninger og sværhedsgrad (f. eks. rotation-acceleration, stump kraft traumer, blast skade eller kombination af førstnævnte). Men i øjeblikket er der ingen klar konsensus om den underliggende patologi og biologisk/cellulære grundlag understøtter ændringer i den mikrostrukturelle organisation.
Dyremodeller giver en standardiseret og kontrolleret indstilling til at undersøge biologiske mekanismer for skade og reparation efter TBI mere detaljeret. Flere eksperimentelle modeller for TBI er blevet udviklet og repræsenterer forskellige aspekter af human TBI (f. eks focal vs. diffus traume eller traumer forårsaget af roterende kræfter)9,10. Almindeligt anvendte dyremodeller omfatter kontrollerede kortikale virkninger (CCI) og lateral Fluid percussion skade (LFPI) modeller11,12. Selv om de eksperimentelle parametre kan være velkontrolleret, disse modeller gør brug af en kraniotomi at udsætte hjernen. Craniotomier eller kraniet frakturer er ikke almindeligt forekommende i mTBI; Derfor er disse eksperimentelle modeller ikke gyldige til efterligne MTBI. Den effekt acceleration model udviklet af Marmarou et al.13 gør brug af en vægt, der er faldet fra en vis højde på rotte hovedet, som er beskyttet af en hjelm. Denne dyremodel inducerer lignende mikrostrukturelle ændringer og kognitive funktionsnedsættelser som set hos patienter, der opretholder milde traumer. Derfor er denne marmarou vægt dråbe model egnet til at undersøge Imaging biomarkører for diffus MTBI14,15.
Denne rapport viser anvendelsen af avanceret diffusion MRI i en mTBI rotte model ved hjælp af Marmarou vægt drop model. Første vist er, hvordan man fremkalder en mild og diffus traume, og analyse ved hjælp af diffusion tensor Imaging (DTI) model er derefter forudsat. Specifikke biologiske oplysninger opnås ved brug af mere avancerede diffusionsmodeller [dvs. diffusion Kurtosis Imaging (DKI) og hvide substans Tract (WMTI) model]. Specielt er der påført milde traumer, og mikrostrukturelle ændringer evalueres derefter i hippocampus ved hjælp af konventionel T2-vægtet MRI og en avanceret diffusions billedbehandlings protokol.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Induction of trauma</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.9% NaCl physiologic solution</td>
			<td>B Braun</td>
			<td>394496</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>brass weight 450g</td>
			<td>custom made</td>
			<td>custom made</td>
			<td>diamter 18mm and 210 mm height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>catheter</td>
			<td>Terumo</td>
			<td>Versatus-W</td>
			<td>26G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ethilon II</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>EH7824</td>
			<td>FS-3, 4-0, 3/8, 16mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrass</td>
			<td>Foam to Size</td>
			<td>Type E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plexiglas tube</td>
			<td>ISPA Plastics</td>
			<td>416564</td>
			<td>M1 PMMA XT GOO tube 25x19 mm (inner diamter 19 mm, minimal length of 1.50 m)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Preclinical CT scanner</td>
			<td>Molecubes</td>
			<td>X-cube</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel helmet</td>
			<td>custom made</td>
			<td>custom made</td>
			<td>diameter 10 mm and 3 mm thickness</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vetbond Tissue Adhesive</td>
			<td>3M</td>
			<td>1469SB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vetergesic (buprenorphin)</td>
			<td>EcuPhar</td>
			<td>VETERG20</td>
			<td>0.05 mk/kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylocaine 2% gel</td>
			<td>AstraZeneca</td>
			<td>Xylocaine 2%</td>
			<td>gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylocaine (lidocain 2%)</td>
			<td>Aspen/AstraZeneca</td>
			<td>Xylocaine 2% gel</td>
			<td>100 &#956;l injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diffusion MRI</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Preclinical MRI acquisition software</td>
			<td>Bruker Biospin MRI GmbH</td>
			<td>Z400_PV51_CENTOS55</td>
			<td>ParaVision 5.1 MRI software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Preclinical MRI scanner</td>
			<td>Bruker Biospin MRI GmbH</td>
			<td>PharmaScan 70/16</td>
			<td>7T MRI scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quadrature volume coil</td>
			<td>Bruker Biospin MRI GmbH</td>
			<td>RF RES 300 1H 075/040 QSN TR</td>
			<td>Model No: 1P T13161C3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small animal physiological monitoring unit</td>
			<td>Rapid Biomedical</td>
			<td>EKGHR02-0571-043C01</td>
			<td>Unit for respiratory monitoring</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water-based heating unit</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>Haake S 5P</td>
			<td>Model No: 1523051</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anaesthesia</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anaesthesia movable unit</td>
			<td>Veterenary technics</td>
			<td></td>
			<td>BDO - Medipass, Ijmuiden</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>isoflurane: Isoflo</td>
			<td>Zoetis</td>
			<td>B506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen generator</td>
			<td>Veterenary technics</td>
			<td>7F-3</td>
			<td>BDO - Medipass, Ijmuiden</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diffusion image processing</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amide</td>
			<td>http://amide.sourceforge.net</td>
			<td>Version 1.0.5.</td>
			<td>Medical Imaging Data Examiner Toolbox (Loening AM, Gambhir SS, &#34; AMIDE: A Free Software Tool for Multimodality Medical Image Analysis&#34;, Molecular Imaging, 2(3):131-137, 2003)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ExploreDTI</td>
			<td>http://www.exploredti.com</td>
			<td>Version 4.8.6</td>
			<td>Toolbox for (pre-)processing and analysis of diffusion weighted MR images (Leemans A, Jeurissen B, Sijbers J, and Jones DK. ExploreDTI: a graphical toolbox for processing, analyzing, and visualizing diffusion MR data. In: 17th Annual Meeting of Intl Soc Mag Reson Med, p. 3537, Hawaii, USA, 2009)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRtrix3</td>
			<td>http://www.mrtrix.org</td>
			<td>Version 3.0_RC3-86-g4b523b41</td>
			<td>Toolbox for (pre-)processing and analysis of diffusion weighted MR images</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

advanced diffusion imaging in the hippocampus of rats with mild traumatic brain injury

Mild traumatisk hjerneskade (mTBI) er den mest almindeligt forekommende form for erhvervet hjerneskade. Da patienter med traumatisk hjerneskade viser en enorm variation og heterogenitet (alder, køn, type af traumer, andre mulige patologier, etc.), dyremodeller spiller en central rolle i unraveling faktorer, der er begrænsninger i klinisk forskning. De giver en standardiseret og kontrolleret indstilling til at undersøge de biologiske mekanismer for skade og reparation efter TBI. Men ikke alle animalske modeller efterligner den diffuse og subtile karakter af mTBI effektivt. For eksempel gør de almindeligt anvendte kontrollerede kortikale virkninger (CCI) og lateral Fluid percussion skade (LFPI) modeller brug af en kraniotomi for at eksponere hjernen og fremkalde udbredt fokal traume, som ikke er almindeligt forekommende i mTBI. Derfor er disse eksperimentelle modeller ikke gyldige til efterligne MTBI. Således bør en passende model anvendes til at undersøge mTBI. Marmarou vægt drop model for rotter inducerer lignende mikrostrukturelle ændringer og kognitive funktionsnedsættelser som ses hos patienter, der opretholder mild traume; Derfor blev denne model valgt for denne protokol. Konventionelle computertomografi og magnetisk resonans imaging (MRI) scanninger viser almindeligvis ingen skade efter en mild skade, fordi mTBI inducerer ofte kun subtile og diffuse skader. Med diffusions vægtet MRI er det muligt at undersøge mikrostrukturelle egenskaber af hjernevæv, som kan give mere indsigt i de mikroskopiske ændringer efter milde traumer. Derfor er målet med denne undersøgelse er at opnå kvantitative oplysninger om en udvalgt region-af-interesse (dvs., hippocampus) at følge op sygdomsprogression efter opnåelse af en mild og diffus hjerneskade.

I undersøgelsen, alle TBI rotter (n = 10) overlevede virkningen og var i stand til at inddrive fra virkningen og anæstesi inden for 15 min efter løsrivelse fra anæstesi23. På CT-billederne var der ingen tegn på kraniets frakturer, og T2-billederne viste ingen abnormiteter såsom blødning, forstørrede ventrikler eller ødem dannelse på kontusions stedet 1 dag efter traume (figur 5). Således, baseret på disse visuelle inspektioner af de anatomiske billeder, s...

Watch this Scientific Journal Video about Advanced Diffusion Imaging in The Hippocampus of Rats with Mild Traumatic Brain Injury at JoVE.com

Advanced Diffusion Imaging in The Hippocampus of Rats with Mild Traumatic Brain Injury

Det overordnede mål med denne procedure er at opnå kvantitative mikrostrukturelle oplysninger af hippocampus i en rotte med mild traumatisk hjerneskade. Dette gøres ved hjælp af en avanceret diffusion-vægtet magnetisk resonans imaging protokol og region-of-Interest baseret analyse af parametrisk diffusion kort.

Avanceret diffusion Imaging i hippocampus af rotter med mild traumatisk hjerneskade

Mild traumatic brain injury (mTBI) is the most common type of acquired brain injury. Since patients with traumatic brain injury show a tremendous ...

Med denne diffusionbilleddannelsesprotokol er det muligt at undersøge mikrostrukturelle ændringer i hippocampus af en rotte med en mild traumatisk hjerneskade, der ellers ikke er synlige på anatomisk MRI. Denne teknik kan detektere ændringer i hjernen efter et mildt og diffust traume, som ikke kan påvises med CT eller anatomisk MR. Denne teknik gør det lettere at overvåge helbredelsesprocessen efter at opretholde en mild traumatisk hjerneskade på en objektiv og kvantitativ måde.Denne diffusion billeddannelse og analyse teknik kan også anvendes i andre lidelser, der påvirker hjernen, såsom demens og multipel sklerose, ikke kun i prækliniske undersøgelser, men også hos mennesker. I denne protokol er det vigtigt, at kvaliteten af diffusionsscanninger og korrektionstrin er høj, og derfor foreslås vejledning fra erfarne teknikere og analytikere. Placer dyret på en 37-grader Celsius varmepude efter at have bekræftet en manglende reaktion på tå knivspids i en 12-ugers gammel, kvinde, Wistar H rotte og indsætte et kateter i en lateral hale vene.Injicer 100 mikroliter af 2% lidocain lokalt i den barberede og desinficerede hovedbund og lav et midterlinjeincision for at afsløre kraniet. Brug en lille saks til at fjerne eventuelle overskydende membraner og gnid en vatpind over kraniet, indtil periosteum ikke længere er til stede, derefter bruge en dråbe væv lim til at fastgøre en 10-millimeter diameter, tre-millimeter tyk, metallisk disk ca 1 / 3 foran og 2 / 3 bag bregma. For traumatisk hjerneskade induktion, placere rotten på en specialfremstillet seng med en skum madras af en bestemt fjeder konstant og placere rotten direkte under en gennemsigtig plastrør med en 450-gram messing vægt med hjelmen så vandret som muligt.Træk vægten op til en meter. Med en anden eksperimentator til stede, frigive vægten og har den anden eksperimentator flytte rotten væk fra røret umiddelbart efter virkningen for at forhindre en anden skade. Træk forsigtigt hjelmen ud af kraniet og brug en gaze til at dæmme op for blødninger.Luk huden med en sutur og anvende lokale analgesi gel til snittet. Placer rotten på sengen af en CT-scanner og administrere en generel formål, lav-dosis CT-scanning for at udelukke kraniebrud, derefter placere rotten i et rent bur på en 37-grader Celsius varmepude med overvågning, indtil fuld recumbency før du returnerer dyret til sit bur. Før og en dag efter traumet induktion, bekræfte en manglende reaktion på tå klemme i forsøgsdyret og placere dyret på MR scanner seng i en headfirst, tilbøjelige position.Skub quadraturevolumenspolen hen over hovedet, og før scannersengen ind i scannerboringen. For at sikre en korrekt placering skal du anskaffe en standardscanning af spejder på 3 fly. Når scanningen er færdig, skal du indlæse scanningen i billeddisplayet og sikre, at hovedet ligger lige, og at hjernen er placeret i midten af magneten og spolen.Hent T2-vægtede billeder ved hjælp af standardindstillingerne, bortset fra feltet, visningen og matrixstørrelsen, som skal justeres til en højere opløsning i plan 109 gange 109 mikrometer. Åbn geometrieditoren, og placer skivepakken i den korrekte position, herunder hjernens og lillehjernens pære, og indlæs tre nye ekkoplanar- og diffusionsvægtede spin-ekkosekvenser fra B_diffusion-mappen i scanningskontrolprotokollen. Hent diffusionsvægtede billeder ved hjælp af standardindstillingerne, og åbn fanen Rediger scanning.Indstil skiveretningen til aksial og antallet af skiver til 25 for at opnå en skivetykkelse på 500 mikrometer og en indvendig skiveafstand på 600 mikrometer og ret udlæsningsretningen til venstre-højre. Juster de geometriske parametre under fanen Geometri, og juster synsfeltet og matrixstørrelsen til 105 med 105 for at sikre en opløsning på 333 gange 333 mikrometer. Klik på fanen Diffusion under fanen Forskning for hver af de tre diffusionsskaller, og juster antallet af diffusionsretninger til 32 for den første skal, 46 for den anden skal og 64 for den tredje skal.Ændre antallet af B0-billeder til fem for den første shell, fem for den anden shell og syv for den tredje shell, og juster forløbsanvisningerne med brugerdefinerede forløbsretningsfiler. Juster B-værdien pr. retning til 800 sekunder pr. millimeter kvadreret for den første skal, 1, 500 sekunder pr. millimeter kvadreret for den anden skal og 2.000 sekunder pr. millimeter kvadreret for den tredje skal, åbn derefter geometrieditoren, og placer synsfeltet mellem pæren og cerebellum, der kun indeholder cerebrum for at reducere artefaktet og scanningstiden. Ved afslutningen af scanningsprotokollen skal dyret overføres fra scannersengen til et rent bur med en 37-grader Celsius varmepude med overvågning, indtil det er fuldt recumbency.Til behandling af mr.diffusion skal du indlæse billederne i MRtrix3 og udføre støjkorrektion og Gibbs ringekorrektion på diffusionsvægtede billeder i softwareprogrammet. Konverter de korrigerede, diffusionsvægtede billeder i T2-billedet til NIFTI-formatet som angivet. Hvis du vil udføre rettelse for ekko-planar billeddannelse, bevægelse og eddy aktuelle forvrængninger, skal du i menuen Medfølsomme filer i ExploreDTI vælge Korrektion for emnebevægelse EC/EPI-forvrængninger og vælge den forarbejdede diffusionsdatafil.For at beregne diffusion tensor imaging målinger for hver rotte, skal du klikke Plug-ins og Eksportere ting til NIFTI, derefter vælge parametriske kort over diffusion tensor imaging model og eksportere parametriske kort for kurtosis og hvide stof tarmkanalen integritet modeller. For at oprette en maske fil til hippocampus af hver rotte, indlæse fraktioneret anisotropi billede af rotten i MRtrix seeren og klik på plus-knappen for at skabe en ny region af interesse. For at udtrække diffusion målinger af hippocampus af rotten, importere den oprettede maske fil i AMIDE software og åbne parametriske kort og maske billede af rotten.Hvis du vil føje maskefilens interesseområde til AMIDE, skal du vælge maskefilbilledet, klikke på Rediger, Tilføj interesseområde og 3D-isocontour og give interesseområdet et meningsfuldt navn. Klik på det interesseområde, der vises i maskebilledet, og bekræft, at denne diskenhed kun må indeholde voxels med en værdi på én. Hvis du vil beregne gennemsnitsværdierne for diffusionsmålingerne i hippocampus, skal du klikke på Værktøjer og Beregne interessestatistik for interesseområde og angive de billeder og det område af interesse, der skal medtages.Når du har klikket på Udfør, vises et pop op-vindue med de beregnede værdier, der kan bruges til yderligere statistisk analyse. I dette repræsentative eksperiment var der ingen tegn på kraniebrud som vurderet af CT-billeddannelse, og T2-billederne viste ingen abnormiteter på kontusionstedet en dag efter traumet. For at undersøge kvaliteten af det ikke-stive co-registreringstrin mellem T2-billedet og diffusionsdatasættet blev der føjet en overlejring af T2-billedet til det farvekodede brøkisotropikort.De parametriske kort for fraktioneret anisotropi, gennemsnitlig diffusivitet, aksial diffusivitet og radial diffusivitetsparametriske kort kunne derefter beregnes. Inden for interesseområdet kan der også udføres beregning af middelværdierne for de aksiale, middelværdi- og radiale kurtoseværdier samt værdier for aksonalvandfraktionen, aksial og radial eksaksonel diffusivitet og tortuositet af den hvide stofkanals integritet. I dette repræsentative eksperiment viste analyse af diffusions tensormaging-målingerne en betydelig stigning i fraktioneret anisotropiværdier og et fald i diffusivitetsværdierne efter virkningen i den milde traumatiske hjerneskadegruppe.Diffusion kurtose målinger viste også et betydeligt fald i radial kurtose efter virkningen, mens ingen ændringer i aksial eller gennemsnitlig kurtose blev observeret. Ved hjælp af den hvide stof tarmkanalen integritet model, radiale ekstra-axonal diffusivitet viste et betydeligt fald og tortuosity viste en betydelig stigning i den milde traumatiske hjerneskade gruppe en dag efter virkningen. Under billedanalysen er det vigtigt at kontrollere, om dataformatet fra MRtrix blev korrekt konverteret og importeret til ExploreDTI, og at hvert korrektionstrin blev udført korrekt.I stedet for ROI-baseret analyse, en voxel-by-voxel analyse kan anvendes til at undersøge hele hjernen ændringer. Denne teknik er meget værdifuld inden for neuroimaging området og kan anvendes til andre hjernesygdomme samt, for eksempel demens og multipel sklerose.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Investigations on Alterations of Hippocampal Circuit Function Following Mild Traumatic Brain Injury

Undersøgelser om Ændringer af hippocampus Circuit funktion efter Mild traumatisk hjerneskade

Traumatic Brain Injury (TBI) afflicts more than 1.7 million people in the United States each year and even mild TBI can lead to persistent neurological ...

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

En roman In Vitro Model af Blast traumatisk hjerneskade

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

Virkningerne af Blast-induceret Neurotrauma på trykisoleret gnaver midt cerebrale arterier

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

Investigating Alterations in Caecum Microbiota After Traumatic Brain Injury in Mice

Undersøgelse af ændringer i Caecum microbiota efter traumatisk hjerneskade i mus

Increasing evidence shows that the microbiota-gut-brain axis plays an important role in the pathogenesis of brain diseases. Several studies also ...

Laser-Induced Brain Injury in the Motor Cortex of Rats

Laser-induceret hjerneskade i Motor Cortex af rotter

A common technique for inducing stroke in experimental rodent models involves the transient (often denoted as MCAO-t) or permanent (designated as MCAO-p) ...

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

Lavintensitets blastbølgemodel til præklinisk vurdering af mild traumatisk hjerneskade med lukket hoved hos gnavere

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 Metric Test for Assessing Spatial Working Memory in Adult Rats Following Traumatic Brain Injury

En metriske test til vurdering af rumlig arbejdshukommelse hos voksne rotter efter traumatisk hjerneskade

Impairments to sensory, short-term, and long-term memory are common side effects after traumatic brain injury (TBI). Due to the ethical limitations of ...

Electromagnetic Controlled Closed-Head Model of Mild Traumatic Brain Injury in Mice

Elektromagnetisk kontrolleret lukket hovedmodel af mild traumatisk hjerneskade hos mus

Highly reproducible animal models of traumatic brain injury (TBI), with well-defined pathologies, are needed for testing therapeutic interventions and ...

Assessing Changes in Synaptic Plasticity Using an Awake Closed-Head Injury Model of Mild Traumatic Brain Injury

Vurdering af ændringer i synaptisk plasticitet ved hjælp af en vågen lukket hovedskademodel af mild traumatisk hjerneskade

Mild traumatic brain injuries (mTBIs) are a prevalent health issue in North America. There is increasing pressure to utilize ecologically valid models of ...

Intravital Imaging of Fluorescent Protein Expression in Mice with a Closed-Skull Traumatic Brain Injury and Cranial Window Using a Two-Photon Microscope

Intravital billeddannelse af fluorescerende proteinekspression hos mus med en lukket kranium traumatisk hjerneskade og kranievindue ved hjælp af et to-fotonmikroskop

The goal of this protocol is to demonstrate how to longitudinally visualize the expression and localization of a protein of interest within specific cell ...