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

De auteurs willen graag Research Foundation-Flanders (FWO) bedanken voor het ondersteunen van dit werk (subsidie nummer: G027815N).

Het protocol is goedgekeurd door het dier ethisch comité aan de Universiteit Gent (ECD 15/44Aanv), en alle experimenten werden uitgevoerd in overeenstemming met de richtlijnen van de Europese Commissie (richtlijn 2010/63/EU).
1. bevestiging van de dieren bereiding en helm
<ol><li>Weeg een vrouwelijke Wistar H rat (± 250 g of 12 weken oud) en anesthetiseren in een kleine inductie kamer gevuld met een mengsel van Isofluraan (5%) en O2 gedurende ten minste 1 min.</li>
	<li>Injectee...

<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>

Omdat mTBI vaak het resultaat is van een diffuse en subtiele verwonding die geen afwijkingen vertoont op CT-en conventionele MRI-scans, blijft de evaluatie van micro structurele schade na een mild trauma een uitdaging. Daarom zijn er meer geavanceerde beeldvormingstechnieken nodig om de volledige omvang van het trauma te visualiseren. De toepassing van diffusie magnetische resonantie beeldvorming in TBI-onderzoek heeft in de afgelopen tien jaar meer belangstelling gekregen, waarbij diffusie tensor beeldvorming het vaakst...

Traumatisch hersenletsel (TBI) heeft in de afgelopen jaren meer aandacht gekregen, omdat het duidelijk is geworden dat deze hersenletsel kan resulteren in levenslange cognitieve, fysieke, emotionele en sociale gevolgen1. Ondanks dit toenemende bewustzijn, is milde TBI (mTBI, of hersenschudding) nog vaak ondergemeld en niet gediagnosticeerd. MTBI is een stille epidemie genoemd, en individuen met een geschiedenis van mTBI vertonen hogere percentages van drugsmisbruik of psychiatrische problemen2. Verschillende patiënten met mTBI gaan elk jaar niet gediagnosticeerd vanwege de diffuse en subtiele aard van de verwondingen, die vaak niet zichtbaar zijn op conventionele computertomografie (CT) of Magnetic Resonance Imaging (MRI) scans. Dit gebrek aan radiologisch bewijs van hersenletsel heeft geleid tot de ontwikkeling van geavanceerdere beeldvormingstechnieken zoals diffusie-MRI, die gevoeliger zijn voor microstructurele veranderingen3.
Diffusie MRI maakt in vivo mapping van de microstructuur mogelijk, en deze MRI-techniek is uitgebreid gebruikt in TBI-onderzoeken4,5,6. Uit de diffusie-tensor worden gefractioneerde anisotropie (FA) en gemiddelde diffusiviteit (MD) berekend om de verandering in de microstructurele organisatie na letsel te kwantificeren. Recente beoordelingen in mTBI-patiënten rapporteren verhogingen in FA en dalingen in MD na letsel, wat indicatief kan zijn voor axonale zwelling7. Integendeel, stijgingen van de MD en dalingen in de FA worden ook gevonden en zijn gesuggereerd om verstoringen in de parenchymale structuur te ondervangen na oedeem vorming, axonale degeneratie, of Fiber misalignment/verstoring8. Deze gemengde bevindingen kunnen gedeeltelijk worden verklaard door de significante klinische heterogeniteit van mTBI veroorzaakt door verschillende soorten impact en Ernst (bijv. rotatie-versnelling, botte kracht trauma, blast letsel of combinatie van de eerste). Momenteel is er echter geen duidelijke consensus over de onderliggende pathologie en biologische/cellulaire basis die de veranderingen in de microstructurele organisatie onderbouw.
Diermodellen bieden een gestandaardiseerde en gecontroleerde instelling voor het onderzoeken van biologische mechanismen van letsel en reparatie na TBI in meer detail. Verschillende experimentele modellen voor TBI zijn ontwikkeld en vertegenwoordigen verschillende aspecten van menselijke TBI (bijv. focale vs. diffuus trauma of trauma veroorzaakt door rotatiekrachten)9,10. Veelgebruikte diermodellen zijn onder andere de gecontroleerde corticale impact (CCI) en laterale vloeistof percussie letsel (lfpi) modellen11,12. Hoewel de experimentele parameters goed gecontroleerd kunnen worden, maken deze modellen gebruik van een craniotomie om de hersenen bloot te leggen. Craniotomieën of schedel fracturen worden niet vaak gezien in mTBI; Daarom zijn deze experimentele modellen niet geldig om mTBI na te bootsen. Het effect acceleratie model ontwikkeld door Marmarou et al.13 maakt gebruik van een gewicht dat van een bepaalde hoogte op het hoofd van de rat wordt gedropt, dat wordt beschermd door een helm. Dit diermodel induceert soortgelijke microstructurele veranderingen en cognitieve stoornissen zoals te zien bij patiënten die milde trauma ondersteunen. Daarom is dit marmarou gewicht druppel model geschikt om Imaging biomarkers te onderzoeken voor diffuse mtbi14,15.
Dit rapport toont de toepassing van Advanced Diffusion MRI in een mTBI rat model met behulp van het Marmarou Weight drop model. Voor het eerst getoond is hoe een mild en diffuus trauma induceren, en analyse met behulp van diffusie tensor Imaging (DTI) model wordt dan verstrekt. Specifieke biologische informatie wordt verkregen met het gebruik van geavanceerdere diffusie modellen [d.w.z. diffusie kurtosis Imaging (DKI) en White Matter Tract Integrity (WMTI) model]. Specifiek, milde trauma wordt toegebracht en microstructurele veranderingen worden vervolgens geëvalueerd in de Hippocampus met behulp van conventionele T2-gewogen MRI en een geavanceerde diffusie Imaging protocol.

<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 traumatisch hersenletsel (mTBI) is de meest voorkomende vorm van verworven hersenletsel. Omdat patiënten met traumatisch hersenletsel een enorme variabiliteit en heterogeniteit (leeftijd, geslacht, soort trauma, andere mogelijke pathologieën, enz.) vertonen, spelen diermodellen een sleutelrol bij het ontraveling van factoren die beperkingen zijn in klinisch onderzoek. Ze bieden een gestandaardiseerde en gecontroleerde instelling om de biologische mechanismen van letsel en herstel na TBI te onderzoeken. Echter, niet alle diermodellen nabootsen de diffuse en subtiele aard van mTBI effectief. Bijvoorbeeld, de veelgebruikte gecontroleerde corticale impact (CCI) en laterale vloeistof percussie letsel (LFPI) modellen maken gebruik van een craniotomie om de hersenen bloot te leggen en induceren wijdverspreide focal trauma, die niet vaak worden gezien in mTBI. Daarom zijn deze experimentele modellen niet geldig om mTBI na te bootsen. Zo moet een geschikt model worden gebruikt om mTBI te onderzoeken. De Marmarou Weight drop model voor ratten induceert soortgelijke microstructurele veranderingen en cognitieve beperkingen zoals te zien bij patiënten die milde trauma ondersteunen; Daarom is dit model geselecteerd voor dit protocol. Conventionele computertomografie en magnetische resonantie imaging (MRI) scans vertonen vaak geen schade na een milde verwonding, omdat mTBI vaak alleen subtiele en diffuse verwondingen induceert. Met diffusie gewogen MRI is het mogelijk om microstructurele eigenschappen van hersenweefsel te onderzoeken, die meer inzicht kunnen geven in de microscopische veranderingen na een mild trauma. Daarom is het doel van deze studie om kwantitatieve informatie te verkrijgen van een geselecteerde regio-van-belang (dat wil zeggen, Hippocampus) om follow-up ziekteprogressie na het verkrijgen van een milde en diffuse hersenletsel.

In de studie, alle TBI ratten (n = 10) overleefde de impact en waren in staat om te herstellen van de impact en anesthesie binnen 15 minuten na loslating van de anesthesie23. Op de CT-beelden, er was geen bewijs van schedel fracturen en de T2 beelden vertonen geen afwijkingen zoals bloeden, vergrote ventrikels, of oedeem vorming op de contusie site 1 dag na trauma (Figuur 5). Op basis van deze visuele inspecties van de anatomische beelden werden dus geen grote focale ...

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

Het algemene doel van deze procedure is het verkrijgen van kwantitatieve microstructurele informatie van de Hippocampus in een rat met milde traumatische hersenletsel. Dit wordt gedaan met behulp van een geavanceerde diffusie-gewogen magnetische resonantie imaging protocol en regio-of-interest gebaseerde analyse van parametrische diffusie kaarten.

Geavanceerde diffusie beeldvorming in de hippocampus van ratten met mild traumatisch hersenletsel

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

Met dit diffusiebeeldvormingsprotocol is het mogelijk om microstructurele veranderingen in de hippocampus van een rat te onderzoeken met een mild traumatisch hersenletsel dat anders niet zichtbaar is op anatomische MRI. Deze techniek kan veranderingen in de hersenen detecteren na een mild en diffuus trauma dat niet kan worden gedetecteerd met CT of anatomische MRI. Deze techniek maakt het gemakkelijker om het herstelproces te volgen na het ondersteunen van een mild traumatisch hersenletsel op een objectieve en kwantitatieve manier.Deze diffusie beeldvorming en analyse techniek kan ook worden toegepast in andere aandoeningen die de hersenen, zoals dementie en multiple sclerose, niet alleen in preklinische studies, maar ook bij de mens. In dit protocol is het belangrijk dat de kwaliteit van de diffusiescans en correctiestappen hoog is, daarom wordt begeleiding van ervaren technici en analisten voorgesteld. Plaats het dier op een 37 graden Celsius verwarmingskussen na bevestiging van een gebrek aan reactie op teen knijpen in een 12 weken oude, vrouwelijke, Wistar H rat en steek een katheter in een laterale staart ader.Injecteer 100 microliter van 2% lidocaïne lokaal in de geschoren en ontsmette hoofdhuid en maak een middellijn incisie om de schedel bloot te leggen. Gebruik een kleine schaar om overtollige membranen te verwijderen en wrijf een wattenstaafje over de schedel totdat het periosteum niet meer aanwezig is, gebruik dan een druppel weefsellijm om een diameter van 10 millimeter, drie millimeter dikke, metalen schijf ongeveer 1/3 voor en 2/3 achter de bregma te bevestigen. Voor traumatische hersenletsel inductie, plaats de rat op een op maat gemaakt bed met een schuim matras van een specifieke veerconstante en plaats de rat direct onder een transparante plastic buis met een 450-gram messing gewicht met de helm zo horizontaal mogelijk.Trek het gewicht op tot een meter. Met een tweede experimenter aanwezig, laat het gewicht en hebben de tweede experimentator verplaatsen van de rat uit de buurt van de buis onmiddellijk na de impact om een tweede verwonding te voorkomen. Trek voorzichtig de helm uit de schedel en gebruik een gaas om bloeden te stoppen.Sluit de huid met een hechting en breng lokale analgesiagel aan op de incisie. Plaats de rat op het bed van een CT-scanner en toedient een CT-scan met een lage dosis voor algemeen gebruik om schedelbreuken uit te sluiten en plaats de rat vervolgens in een schone kooi op een 37 graden Celsius verwarmingskussen met controle tot volledige recumbency voordat het dier terugkeert naar zijn kooi. Bevestig vóór en op een dag na de trauma-inductie een gebrek aan respons op teenknijpen in het proefdier en plaats het dier op het MR-scannerbed in een headfirst, prone positie.Schuif de quadrature volume spoel over het hoofd en schuif de scanner bed in de scanner boring. Om een juiste positionering te garanderen, u een standaard scoutscan met 3 vliegtuigverkenners verkrijgen. Wanneer de scan is voltooid, laadt u de scan in het beelddisplay en zorg ervoor dat het hoofd recht ligt en dat de hersenen in het midden van de magneet en spoel worden geplaatst.Verwerf T2-gewogen afbeeldingen met behulp van de standaardinstellingen, met uitzondering van het veld, de weergave en de matrixgrootte die moeten worden aangepast aan een hogere resolutie in het vlak van 109 bij 109 micrometer. Open de Geometry Editor en plaats het segmentpakket in de juiste positie, inclusief de bulbus van de hersenen en het cerebellum en laad drie nieuwe echo-planar, diffusie-gewogen, spin-echo sequenties van de B_diffusion map in het scancontroleprotocol. Verwerf diffusiegewogen afbeeldingen met de standaardinstellingen en open het tabblad Scannen bewerken.Stel de segmentoriëntatie in op axiaal en het aantal segmenten op 25 om een plakdikte van 500 micrometer en een binnenste plakafstand van 600 micrometer te bereiken en de uitleesrichting links-rechts te wijzigen. Pas onder het tabblad Geometrie de geometrische parameters aan en pas het gezichtsveld en de matrixgrootte aan op 105 bij 105 om een resolutie van 333 bij 333 micrometer te garanderen. Klik op het tabblad Diffusie op het tabblad Onderzoek voor elk van de drie diffusieschalen en pas het aantal diffusierichtingen aan op 32 voor de eerste shell, 46 voor de tweede shell en 64 voor de derde shell.Wijzig het aantal B0-afbeeldingen in vijf voor de eerste shell, vijf voor de tweede shell en zeven voor de derde shell en pas de verlooprichtingen aan met aangepaste verlooprichtingbestanden. Pas de B-waarde per richting aan op 800 seconden per millimeter in het kwadraat voor de eerste schaal, 1, 500 seconden per millimeter in het kwadraat voor de tweede schaal en 2.000 seconden per millimeter in het kwadraat voor de derde schaal, open vervolgens de Geometry Editor en plaats het gezichtsveld tussen de bulbus en het cerebellum met alleen de cerebrum om het artefact en de scantijd te verminderen. Breng het dier bij het voltooien van het scanprotocol van het scannerbed naar een schone kooi met een 37 graden Celsius verwarmingskussen met controle tot volledige recumbency.Voor diffusie MRI-beeldverwerking laadt u de beelden in MRtrix3 en voert u ruiscorrectie uit en gibbs beltecorrectie op de diffusiegewogen beelden in het softwareprogramma. Converteer de gecorrigeerde, diffusiegewogen afbeeldingen in T2-afbeelding naar de NIFTI-indeling zoals aangegeven. Als u correctie wilt uitvoeren voor echo-planaire beeldvorming, bewegings- en wervelstroomvervormingen, selecteert u in het menu Plug-ins van ExploreDTI Correctie voor subject motion EC/EPI-vervormingen en selecteert u het vooraf verwerkte diffusiegegevensbestand.Als u de diffusie tensor imaging metrics voor elke rat wilt berekenen, klikt u op Plug-ins en Exporteer je spullen naar NIFTI, selecteer je vervolgens de parametrische kaarten van het diffusie tensor imaging model en exporteer je de parametrische kaarten voor de kurtose en white matter tract integriteitsmodellen. Als u een maskerbestand wilt maken voor de hippocampus van elke rat, laadt u de fractionele anisotropieafbeelding van de rat in de MRtrix-viewer en klikt u op de plusknop om een nieuw interessegebied te creëren. Om de verspreidingsstatistieken van de hippocampus van de rat te extraheren, importeert u het gemaakte maskerbestand in de AMIDE-software en opent u de parametrische kaarten en het maskerbeeld van de rat.Als u het interessegebied van het maskerbestand wilt toevoegen aan AMIDE, selecteert u de afbeelding van het maskerbestand, klikt u op Bewerken, Regio van belang en 3D-isocontour toevoegen en geeft u de interessegebied een betekenisvolle naam. Klik op het interessegebied dat in de maskerafbeelding wordt weergegeven en bevestig dat dit volume alleen voxels met een waarde van één mag bevatten. Als u de gemiddelde waarden van de diffusiestatistieken in de hippocampus wilt berekenen, klikt u op Gereedschappen en Berekent u regio-interessestatistieken en geeft u de afbeeldingen en het gebied aan dat moet worden opgenomen.Nadat u op Uitvoeren hebt geklikt, wordt een pop-upvenster weergegeven met de berekende waarden die kunnen worden gebruikt voor verdere statistische analyse. In dit representatieve experiment was er geen bewijs van schedelbreuk zoals beoordeeld door CT-beeldvorming en de T2-beelden tohadden geen afwijkingen op de plek van de kneuzing een dag na het trauma. Om de kwaliteit van de niet-rigide co-registratie stap tussen de T2-afbeelding en de diffusie gegevensset te onderzoeken, een overlay van de T2-afbeelding werd toegevoegd aan de kleurgecodeerde fractionele anisotropie kaart.De parametrische kaarten voor fractionele anisotropie, gemiddelde diffusiviteit, axiale diffusiviteit en radiale diffusiviteitparametrische kaarten kunnen dan worden berekend. Binnen het gebied van belang, berekening van de gemiddelde waarden voor de axiale, gemiddelde, en radiale kurtose waarden evenals waarden voor de axale waterfractie, axiale en radiale extra-axale diffusiviteit, en tortuositeit van de witte stof traktaat integriteit kan ook worden uitgevoerd. In dit representatieve experiment, analyse van de diffusie tensor imaging metrics bleek een aanzienlijke toename van de fractionele anisotropie waarden en een afname van de diffusiviteit waarden na impact in de milde traumatische hersenletsel groep.Diffusie kurtosis metrics toonde ook een significante afname van radiale kurtose na de impact, terwijl er geen veranderingen in de axiale of gemiddelde kurtose werden waargenomen. Met behulp van de witte stof tract integriteit model, de radiale extra-axonale diffusiviteit vertoonde een aanzienlijke daling en de tortuosity toonde een aanzienlijke toename van de milde traumatische hersenletsel groep een dag na de impact. Tijdens de beeldanalyse is het belangrijk om te controleren of het gegevensformaat van MRtrix correct is omgezet en geïmporteerd in ExploreDTI en of elke correctiestap correct is uitgevoerd.In plaats van ROI-gebaseerde analyse, kan een voxel-by-voxel analyse worden toegepast om hele hersenen veranderingen te onderzoeken. Deze techniek is zeer waardevol binnen het neuroimaging veld en kan ook worden toegepast op andere hersenaandoeningen, bijvoorbeeld dementie en multiple sclerose.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Onderzoeken op Wijzigingen van de hippocampus Circuit Functie Na mild traumatisch hersenletsel

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

Een roman In Vitro Model van traumatische hersenenverwonding Blast

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

Gevolgen van Blast-geïnduceerde Neurotrauma voor hydrofoor knaagdier midden cerebrale bloedvaten

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

Onderzoeken van veranderingen in caecum microbiota na traumatisch hersenletsel bij muizen

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-Geïnduceerde hersenletsel in de motorische cortex van ratten

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

Blast Wave-model met lage intensiteit voor preklinische beoordeling van licht traumatisch hersenletsel met gesloten hoofd bij knaagdieren

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

Een metrische test voor het beoordelen van ruimtelijk werkgeheugen bij volwassen ratten na traumatisch hersenletsel

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

Elektromagnetisch gecontroleerd gesloten-hoofd model van mild traumatisch hersenletsel bij muizen

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

Het beoordelen van veranderingen in synaptische plasticiteit met behulp van een wakker gesloten-hoofdletselmodel van mild traumatisch hersenletsel

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

Intravitale beeldvorming van fluorescerende eiwitexpressie bij muizen met een gesloten schedel traumatisch hersenletsel en schedelvenster met behulp van een microscoop met twee fotonen

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