Name: advanced diffusion imaging in the hippocampus of rats with mild traumatic brain injury
Uploaded: 2019-08-14T15:00:00
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Les auteurs souhaitent remercier la Fondation de la Recherche - Flandre (FWO) pour son soutien à ce travail (numéro de subvention: G027815N).

Le protocole a été approuvé par le Comité d'éthique animale de l'Université de Gand (ECD 15/44Aanv), et toutes les expériences ont été menées conformément aux directives de la Commission européenne (Directive 2010/63/UE).
1. Préparation des animaux et fixation du casque
<ol><li>Peser un rat Femelle Wistar H (250 g ou 12 semaines d'âge) et anesthésier dans une petite chambre à induction remplie d'un mélange d'isoflurane (5%) et O2 pendant au moins 1 min.</li>
	<li>...

<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. 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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>

Puisque mTBI est souvent le résultat d'une blessure diffuse et subtile qui ne montre aucune anomalie sur CT et balayages conventionnels de MRI, l'évaluation des dommages microstructuralaprès un trauma doux demeure un défi. Par conséquent, des techniques d'imagerie plus avancées sont nécessaires pour visualiser toute l'étendue du traumatisme. L'application de l'imagerie par résonance magnétique de diffusion dans la recherche sur l'ITC a gagné plus d'intérêt au cours de la dernière décennie, où l'imagerie p...

Les lésions cérébrales traumatiques (ITC) ont gagné plus d'attention ces dernières années, car il est devenu clair que ces lésions cérébrales peuvent entraîner des conséquences cognitives, physiques, émotionnelles et sociales à vie1. Malgré cette prise de conscience croissante, le TBI doux (MTBI, ou commotion) est encore souvent sous-déclaré et non diagnostiqué. MTBI a été appelé une épidémie silencieuse, et les personnes ayant des antécédents de mTBI montrent des taux plus élevés de toxicomanie ou de problèmes psychiatriques2. Plusieurs patients présentant mTBI vont undiagnosed chaque année dû à la nature diffuse et subtile des dommages, qui sont souvent pas visibles sur la tomographie calculée conventionnelle (CT) ou la formation image de résonance magnétique (MRI) balayages. Ce manque de preuves radiologiques de lésions cérébrales a conduit au développement de techniques d'imagerie plus avancées telles que l'IRM de diffusion, qui sont plus sensibles aux changements microstructuraux3.
L'IRM de diffusion permet la cartographie in vivo de la microstructure, et cette technique d'IRM a été largement utilisée dans les études TBI4,5,6. À partir du tenseur de diffusion, l'anisotropie fractionnaire (FA) et la diffusion moyenne (MD) sont calculeres pour quantifier l'altération dans l'organisation microstructurale après des dommages. Les examens récents dans les patients de mTBI rapportent des augmentations dans FA etdiminutions dans MD suivant des dommages, qui peuvent être indicatifs de gonflement axonal 7. Contrairement, des augmentations de MD et des diminutions dans FA sont également trouvées et ont été suggérées pour sous-tendre des perturbations dans la structure parenchymale suivant la formation d'oème, la dégénérescence axonale, ou le désalignement/perturbationdefibre 8. Ces résultats mitigés peuvent s'expliquer en partie par l'hétérogénéité clinique significative de l'ITM causée par différents types d'impact et de gravité (p. ex. accélération de rotation, traumatisme par force émoussée, blessures par explosion ou combinaison de l'ancien). Cependant, il n'y a actuellement aucun consensus clair au sujet de la pathologie fondamentale et de la base biologique/cellulaire soutenant des changements dans l'organisation microstructurale.
Les modèles animaux offrent un cadre normalisé et contrôlé pour étudier plus en détail les mécanismes biologiques de blessures et de réparations après l'ITC. Plusieurs modèles expérimentaux pour le TBI ont été développés et représentent différents aspects de l'ITC humain (p. ex., traumatisme focal par rapport à traumatisme diffus ou traumatisme causé par les forces de rotation)9,10. Les modèles animaux couramment utilisés comprennent l'impact cortical contrôlé (ICC) et les lésions latérales des percussions fluides (LFPI)11,12. Bien que les paramètres expérimentaux puissent être bien contrôlés, ces modèles utilisent une craniotomie pour exposer le cerveau. Craniotomies ou fractures du crâne ne sont pas couramment vus dans mTBI; par conséquent, ces modèles expérimentaux ne sont pas valables pour imiter mTBI. Le modèle d'accélération d'impact développé par Marmarou et coll.13 utilise un poids qui est tombé d'une certaine hauteur sur la tête du rat, qui est protégé par un casque. Ce modèle animal induit des altérations microstructurales semblables et des affaiblissements cognitifs comme vu dans les patients qui soutiennent le trauma doux. Par conséquent, ce modèle de chute de poids Marmarou est approprié pour étudier les biomarqueurs d'imagerie pour le mTBI diffus14,15.
Ce rapport démontre l'application de l'IRM avancée de diffusion dans un modèle de rat de mTBI utilisant le modèle de chute de poids de Marmarou. La première fois est montrée comment induire un trauma doux et diffus, et l'analyse utilisant le modèle d'imagerie de tenseur de diffusion (DTI) est alors fournie. Des informations biologiques spécifiques sont obtenues à l'aide de modèles de diffusion plus avancés [c.-à-d. imagerie par kurtose de diffusion (DKI) et modèle d'intégrité des voies de la matière blanche (WMTI)]. Plus précisément, des traumatismes légers sont infligés et des changements microstructuraux sont ensuite évalués dans l'hippocampe à l'aide d'IRM conventionnelle serréfique par T2 et d'un protocole avancé de imagerie par diffusion.

<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

Les lésions cérébrales traumatiques légères (ITM) sont le type de lésions cérébrales acquises le plus courant. Étant donné que les patients atteints de lésions cérébrales traumatiques présentent une variabilité et une hétérogénéité considérables (âge, sexe, type de traumatisme, autres pathologies possibles, etc.), les modèles animaux jouent un rôle clé dans le démêlage des facteurs qui sont des limitations dans la recherche clinique. Ils fournissent un cadre normalisé et contrôlé pour étudier les mécanismes biologiques des blessures et des réparations après TBI. Cependant, tous les modèles animaux n'imitent pas efficacement la nature diffuse et subtile de l'ITM. Par exemple, les modèles couramment utilisés d'impact cortical contrôlé (ICC) et de lésion latérale des percussions de fluide (LFPI) utilisent une craniotomie pour exposer le cerveau et induire un traumatisme focal généralisé, qui ne sont pas couramment observés dans l'ITMT. Par conséquent, ces modèles expérimentaux ne sont pas valables pour imiter mTBI. Ainsi, un modèle approprié devrait être utilisé pour étudier mTBI. Le modèle de chute de poids de Marmarou pour des rats induit des altérations microstructurales semblables et des affaiblissements cognitifs comme vu dans les patients qui soutiennent le trauma doux ; par conséquent, ce modèle a été choisi pour ce protocole. La tomographie calculée conventionnelle et les balayages de formation image de résonance magnétique (MRI) ne montrent généralement aucun dommage suivant une blessure douce, parce que mTBI induit souvent seulement des dommages subtils et diffus. Avec l'IRM pondérée par diffusion, il est possible d'étudier les propriétés microstructurales du tissu cérébral, ce qui peut fournir plus de perspicacité dans les altérations microscopiques suivant le trauma doux. Par conséquent, l'objectif de cette étude est d'obtenir des informations quantitatives d'une région sélectionnée d'intérêt (c.-à-d., hippocampe) pour suivre la progression de la maladie après avoir obtenu une lésion cérébrale légère et diffuse.

Dans l'étude, tous les rats TBI (n - 10) ont survécu à l'impact et ont pu se remettre de l'impact et de l'anesthésie dans les 15 minutes suivant le détachement de l'anesthésie23. Sur les images CT, il n'y avait aucune preuve de fractures du crâne et les images T2 ne montraient aucune anomalie comme des saignements, des ventricules agrandis ou la formation d'œdèmes au site de contusion 1 jour après le traumatisme (figure 5). Ainsi, sur la base de ces inspecti...

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

L'objectif global de cette procédure est d'obtenir des informations microstructurales quantitatives de l'hippocampe chez un rat avec des lésions cérébrales traumatiques légères. Ceci est fait utilisant un protocole avancé de formation image de résonance magnétique de diffusion-weighted et l'analyse basée sur la région d'intérêt des cartes paramétriques de diffusion.

Imagerie avancée de diffusion dans l'hippocampe des rats avec la blessure cérébrale traumatique douce

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

Avec ce protocole de formation image de diffusion, il est possible d’étudier des changements microstructuraux dans l’hippocampe d’un rat avec une lésion cérébrale traumatique douce qui ne sont autrement pas visibles sur MRI anatomique. Cette technique peut détecter des altérations dans le cerveau à la suite d’un traumatisme léger et diffus qui ne peut pas être détecté par tomodensitation ou IRM anatomique. Cette technique facilite le suivi du processus de récupération après avoir subi une légère lésion cérébrale traumatique d’une manière objective et quantitative.Cette technique d’imagerie et d’analyse de diffusion peut également être appliquée dans d’autres troubles affectant le cerveau, tels que la démence et la sclérose en plaques, non seulement dans les études précliniques, mais aussi chez l’homme. Dans ce protocole, il est important que la qualité des analyses de diffusion et des étapes de correction soit élevée, c’est pourquoi des conseils de techniciens et d’analystes expérimentés sont suggérés. Placez l’animal sur un coussin chauffant de 37 degrés Celsius après avoir confirmé un manque de réponse au pincement des orteils chez un rat Wistar H de 12 semaines et insérez un cathéter dans une veine latérale de la queue.Injectez 100 microlitres de 2% de lidocaïne localement dans le cuir chevelu rasé et désinfecté et faites une incision de midline pour exposer le crâne. Utilisez un petit ciseaux pour enlever les membranes excédentaires et frotter un bourgeon de coton sur le crâne jusqu’à ce que le périoste ne soit plus présent, puis utilisez une goutte de colle tissulaire pour fixer un diamètre de 10 millimètres, un disque métallique de trois millimètres d’épaisseur d’environ 1/3 devant et 2/3 derrière le bregma. Pour l’induction traumatique de lésion cérébrale, placez le rat sur un lit fait sur mesure avec un matelas en mousse d’une constante de ressort spécifique et placez le rat directement sous un tube en plastique transparent avec un poids en laiton de 450 grammes avec le casque aussi horizontal que possible.Tirez le poids jusqu’à un mètre. Avec la présente d’un deuxième expérimentateur, relâchez le poids et éloignez le rat du tube immédiatement après l’impact pour éviter une deuxième blessure. Tirez doucement le casque du crâne et utilisez une gaze pour endiguer tout saignement.Fermez la peau avec une suture et appliquez le gel local d’analgésie à l’incision. Placez le rat sur le lit d’un scanner et administrez un tomodensitogramme général à faible dose pour éliminer les fractures du crâne, puis placez le rat dans une cage propre sur un coussin chauffant de 37 degrés Celsius avec surveillance jusqu’à la pleine récumbence avant de retourner l’animal dans sa cage. Avant et un jour après l’induction du traumatisme, confirmer un manque de réponse au pincement des pieds chez l’animal expérimental et placer l’animal sur le lit du scanner MR dans une position tête première et sujette.Faites glisser la bobine de volume de quadrature sur la tête et faites avancer le lit du scanner dans l’alésage du scanner. Pour assurer un positionnement correct, obtenez un balayage par défaut de 3 plan scouts. Lorsque l’analyse est terminée, chargez l’analyse dans l’écran de l’image et assurez-vous que la tête est couchée droite et que le cerveau est positionné au centre de l’aimant et de la bobine.Acquérir des images pondérées T2 à l’aide des paramètres par défaut, à l’exception du champ, de la vue et de la taille de la matrice qui doivent être ajustées à une résolution plus élevée en plan de 109 par 109 micromètres. Ouvrez l’éditeur de géométrie et placez le paquet de tranches dans la bonne position, y compris le bulbe du cerveau et du cervelet et chargez trois nouvelles séquences d’écho-planaire, pondérées en diffusion, spin-écho du dossier B_diffusion dans le protocole de contrôle de balayage. Obtenez des images pondérées par diffusion à l’aide des paramètres par défaut et ouvrez l’onglet Modifier l’analyse.Réglez l’orientation de la tranche à l’axial et le nombre de tranches à 25 pour atteindre une épaisseur de tranche de 500 micromètres et une distance de tranche intérieure de 600 micromètres et modifier la direction de lecture en gauche-droite. Sous l’onglet Géométrie, ajustez les paramètres géométriques et ajustez le champ de vision et la taille de la matrice à 105 par 105 pour assurer une résolution de 333 par 333 micromètres. Cliquez sur l’onglet Diffusion dans l’onglet Recherche pour chacune des trois coquilles de diffusion et ajustez le nombre de directions de diffusion à 32 pour la première coquille, 46 pour la deuxième coquille et 64 pour la troisième coquille.Modifiez le nombre d’images B0 à cinq pour la première coquille, cinq pour la deuxième coquille et sept pour la troisième coquille, et ajustez les directions de gradient avec des fichiers de direction de gradient personnalisés. Réglez la valeur B par direction à 800 secondes par millimètre au carré pour la première coquille, 1 500 secondes par millimètre au carré pour la deuxième coquille, et 2 000 secondes par millimètre au carré pour la troisième coquille, puis ouvrez l’éditeur de géométrie et placez le champ de vision entre le bulbe et le cervelet contenant seulement le cerveau pour réduire l’artefact et le temps de balayage. À la fin du protocole de balayage, transférez l’animal du lit du scanner dans une cage propre avec un coussin chauffant de 37 degrés Celsius avec surveillance jusqu’à la pleine récumbence.Pour le traitement de l’image IRM de diffusion, chargez les images dans MRtrix3 et effectuez la correction du bruit et la correction de sonnerie Gibbs sur les images pondérées par diffusion dans le logiciel. Convertissez les images corrigées et pondérées en diffusion dans l’image T2 au format NIFTI tel qu’indiqué. Pour effectuer une correction pour les distorsions d’imagerie écho-planaire, de mouvement et de courant de remous, dans le menu Plug-ins d’ExploreDTI sélectionnez Correction pour les distorsions EC/EPI de mouvement du sujet et sélectionnez le fichier de données de diffusion prétraité.Pour calculer les mesures d’imagerie par tensor de diffusion pour chaque rat, cliquez sur Plug-ins et Export stuff au NIFTI, puis sélectionnez les cartes paramétriques du modèle d’imagerie tensor de diffusion et exportez les cartes paramétriques pour les modèles d’intégrité des voies de kurtose et de matière blanche. Pour créer un fichier masque pour l’hippocampe de chaque rat, chargez l’image fractionnelle de l’anisotropie du rat dans la visionneuse MRtrix et cliquez sur le bouton plus pour créer une nouvelle région d’intérêt. Pour extraire les mesures de diffusion de l’hippocampe du rat, importez le fichier masque créé dans le logiciel AMIDE et ouvrez les cartes paramétriques et masquez l’image du rat.Pour ajouter la région d’intérêt du fichier masque dans AMIDE, sélectionnez l’image du fichier masque, cliquez sur Modifier, Ajouter région d’intérêt et isocontour 3D et donner à la région d’intérêt un nom significatif. Cliquez sur la région d’intérêt affichée dans l’image du masque et confirmez que ce volume ne doit contenir que des voxels d’une valeur d’un. Pour calculer les valeurs moyennes des mesures de diffusion dans l’hippocampe, cliquez sur Outils et Calculez les statistiques de la région d’intérêt et indiquez les images et la région d’intérêt à inclure.Après avoir cliqué sur Exécuter, une fenêtre contexturée avec les valeurs calculées qui peuvent être utilisées pour une analyse statistique plus poussée apparaîtra. Dans cette expérience représentative, il n’y avait aucune évidence de rupture de crâne comme évalué par la formation image de CT et les images de T2 n’ont montré aucune anomalie au site de contusion un jour après le trauma. Pour examiner la qualité de l’étape de co-enregistrement non rigide entre l’image T2 et l’ensemble de données de diffusion, une superposition de l’image T2 a été ajoutée à la carte fractionnelle de l’anisotropie codée en couleur.Les cartes paramétriques pour l’anisotropie fractionnelle, la diffusivité moyenne, la diffusivité axiale et les cartes paramétriques de diffusion radiale pourraient alors être calculées. Dans la région d’intérêt, le calcul des valeurs moyennes pour les valeurs axiales, moyennes et radiales de kurtose ainsi que des valeurs pour la fraction axonale de l’eau, la diffusivité axiales et radiales extra-axonales, et la tortuosité de l’intégrité du tractus de matière blanche pourraient également être effectués. Dans cette expérience représentative, l’analyse des mesures de formation image de tensor de diffusion a indiqué une augmentation significative des valeurs fractionnelles d’anisotropie et une diminution des valeurs de diffusion suivant l’impact dans le groupe traumatique doux de dommages de cerveau.Les mesures de kurtose de diffusion ont également montré une diminution significative de kurtose radiale suivant l’impact tandis qu’aucun changement dans la kurtose axiane ou moyenne n’a été observé. Utilisant le modèle d’intégrité de région de matière blanche, la diffusion extra-axonale radiale a montré une diminution significative et la tortuosité a démontré une augmentation significative du groupe traumatique doux de dommages de cerveau un jour après l’impact. Au cours de l’analyse d’image, il est important de vérifier si le format de données de MRtrix a été correctement converti et importé en ExploreDTI et que chaque étape de correction a été effectuée correctement.Au lieu d’une analyse basée sur le roi, une analyse voxel-by-voxel peut être appliquée pour étudier les altérations du cerveau entier. Cette technique est très précieuse dans le domaine de la neuroimagerie et peut également être appliquée à d’autres troubles cérébraux, par exemple la démence et la sclérose en plaques.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Enquêtes sur les altérations de la fonction hippocampique Circuit suite de traumatisme craniocérébral léger

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 ...

Recherche

Neurosciences

Effects of Blast-induced Neurotrauma on Pressurized Rodent Middle Cerebral Arteries

Effets de neurotraumatologie induite par le souffle sur les rongeurs sous pression du milieu des artères cérébrales

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

Enquêter sur les altérations dans le microbiote de Caecum après une lésion cérébrale traumatique chez les souris

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

Lésion cérébrale induite au laser dans le cortex moteur des rats

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

Modèle d’ondes de souffle de faible intensité pour l’évaluation préclinique d’une lésion cérébrale traumatique légère à tête fermée chez les rongeurs

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

Un test métrique pour évaluer la mémoire de travail spatiale chez les rats adultes après une lésion cérébrale traumatique

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

Modèle à tête fermée contrôlé électromagnétique de lésion cérébrale traumatique légère chez la souris

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

Évaluation des changements dans la plasticité synaptique à l’aide d’un modèle éveillé de traumatisme crânien traumatique léger

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

Validation de la réponse aux blessures et des évaluations comportementales dans un modèle de rat TCL

Rat Model of Closed-Head Mild Traumatic Injury and its Validation

Pleins feux sur l’auteur : Faire progresser la recherche sur les lésions cérébrales traumatiques - Un modèle à tête fermée pour une réplication précise et une évaluation rapide 

Modèle de rat de blessure traumatique légère à tête fermée et sa validation

Animal models are crucial for advancing our understanding of mild traumatic brain injury (mTBI) and guiding clinical research. To achieve meaningful ...