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

Gli autori desiderano ringraziare Research Foundation - Flanders (FWO) per aver sostenuto questo lavoro (Numero di sovvenzione: G027815N).

Il protocollo è stato approvato dal Comitato Etico degli Animali dell'Università di Gand (ECD 15/44Aanv) e tutti gli esperimenti sono stati condotti in conformità con le linee guida della Commissione europea (direttiva 2010/63/UE).
1. Preparazione degli animali e fissaggio del casco
<ol><li>Pesare un ratto Wistar H femmina (250 g o 12 settimane di età) e anesizzare in una piccola camera di induzione riempita con una miscela di isoflurane (5%) e O2 per almeno 1 min.</li>
	<li>I...

<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>

Poiché mTBI è spesso il risultato di una lesione diffusa e sottile che non mostra anomalie sulla TC e sulle scansioni convenzionali della risonanza magnetica, la valutazione dei danni microstrutturali dopo un trauma lieve rimane una sfida. Pertanto, sono necessarie tecniche di imaging più avanzate per visualizzare l'intera estensione del trauma. L'applicazione della risonanza magnetica a diffusione nella ricerca TBI ha acquisito maggiore interesse nell'ultimo decennio, dove l'imaging a tensore di diffusione è più fr...

Lesione cerebrale traumatica (TBI) ha guadagnato più attenzione negli ultimi anni, come è diventato chiaro che queste lesioni cerebrali possono provocare conseguenze cognitive, fisiche, emotive e sociali per tutta la vita1. Nonostante questa crescente consapevolezza, Lieve TBI (mTBI, o commozione cerebrale) è ancora spesso sottosegnalato e non diagnosticato. MTBI è stato indicato come un'epidemia silenziosa, e gli individui con una storia di mTBI mostrano tassi più elevati di abuso di sostanze o problemi psichiatrici2. Diversi pazienti con mTBI non vengono diagnosticati ogni anno a causa della natura diffusa e sottile delle lesioni, che spesso non sono visibili sulla tomografia computerizzata convenzionale (TC) o sulle scansioni rm (RMI) a risonanza magnetica. Questa mancanza di prove radiologiche di lesioni cerebrali ha portato allo sviluppo di tecniche di imaging più avanzate come la risonanza magnetica a diffusione, che sono più sensibili ai cambiamenti microstrutturali3.
La risonanza magnetica a diffusione consente la mappatura in vivo della microstruttura, e questa tecnica di risonanza magnetica è stata ampiamente utilizzata negli studi TBI4,5,6. Dal tensore di diffusione, l'anisotropia frazionaria (FA) e la media diffusione (MD) vengono calcolate per quantificare l'alterazione nell'organizzazione microstrutturale a seguito di lesioni. Recenti recensioni in pazienti mTBI segnalano aumenti in FA e diminuzioni in MD a seguito di lesioni, che può essere indicativo di gonfiore assonale7. Contrariamente, si riscontrano anche aumenti di MD e diminuzioni nella FA e sono stati suggeriti per essere alla base di interruzioni nella struttura parenchimale a seguito della formazione di edema, della degenerazione assonale o del disallineamento/rottura delle fibre8. Questi risultati misti possono essere parzialmente spiegati dalla significativa eterogeneità clinica di mTBI causata da diversi tipi di impatto e gravità (ad esempio, accelerazione della rotazione, trauma da corpo contundente, lesioni da scoppio o combinazione del primo). Tuttavia, attualmente non esiste un chiaro consenso sulla patologia sottostante e sulla base biologica/cellulare alla base delle alterazioni nell'organizzazione microstrutturale.
I modelli animali forniscono un'impostazione standardizzata e controllata per studiare i meccanismi biologici delle lesioni e riparare seguendo la TBI in modo più dettagliato. Sono stati sviluppati diversi modelli sperimentali per la TBI che rappresentano diversi aspetti della TBI umana (ad esempio, traumi focali o diffusi o traumi causati da forze rotazionali)9,10. I modelli animali di uso comune includono i modelli di impatto corticalecontrollato (CCI) e le lesioni a percussioni liquide laterali (LFPI) 11,12. Anche se i parametri sperimentali possono essere ben controllati, questi modelli fanno uso di una craniotomia per esporre il cervello. Craniotomie o fratture del cranio non sono comunemente osservate in mTBI; pertanto, questi modelli sperimentali non sono validi per imitare mTBI. Il modello di accelerazione d'impatto sviluppato da Marmarou et al.13 fa uso di un peso che viene lasciato cadere da una certa altezza sulla testa del ratto, che è protetto da un casco. Questo modello animale induce simili alterazioni microstrutturali e disturbi cognitivi come si vede nei pazienti che subiscono traumi lievi. Pertanto, questo modello di goccia di peso Marmarou è appropriato per studiare l'imaging di biomarcatori per mTBI diffuso14,15.
Questo rapporto dimostra l'applicazione della risonanza magnetica a diffusione avanzata in un modello di ratto mTBI utilizzando il modello di caduta del peso Marmarou. Il primo dimostrato è come indurre un trauma lieve e diffuso, e viene quindi fornita l'analisi utilizzando il modello di imaging a tensore di diffusione (DTI). Informazioni biologiche specifiche sono ottenute con l'uso di modelli di diffusione più avanzati [cioè, imaging di curtosi di diffusione (DKI) e modello di integrità del tratto di materia bianca (WMTI)]. In particolare, si infliggono traumi lievi e i cambiamenti microstrutturali vengono quindi valutati nell'ippocampo utilizzando la risonanza magnetica convenzionale a peso T2 e un protocollo avanzato di imaging a diffusione.

<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

La lesione cerebrale traumatica mite (mTBI) è il tipo più comune di lesione cerebrale acquisita. Poiché i pazienti con lesioni cerebrali traumatiche mostrano un'enorme variabilità ed eterogeneità (età, sesso, tipo di trauma, altre possibili patologie, ecc.), i modelli animali svolgono un ruolo chiave nei fattori di svelamento che sono limitazioni nella ricerca clinica. Forniscono un ambiente standardizzato e controllato per studiare i meccanismi biologici delle lesioni e la riparazione dopo la TBI. Tuttavia, non tutti i modelli animali imitano efficacemente la natura diffusa e sottile di mTBI. Ad esempio, i modelli di impatto corticale controllato (CCI) e lesione di percussioni liquide laterali (LFPI) comunemente usati fanno uso di craniotomia per esporre il cervello e indurre traumi focali diffusi, che non sono comunemente osservati in mTBI. Pertanto, questi modelli sperimentali non sono validi per imitare mTBI. Pertanto, un modello appropriato deve essere utilizzato per esaminare mTBI. Il modello di caduta del peso di Marmarou per i ratti induce alterazioni microstrutturali simili e disturbi cognitivi come si vede nei pazienti che subiscono un trauma lieve; pertanto, questo modello è stato selezionato per questo protocollo. La tomografia computerizzata convenzionale e le scansioni a risonanza magnetica (MRI) di solito non mostrano danni in seguito a una lesione lieve, perché mTBI induce spesso solo lesioni sottili e diffuse. Con la risonanza magnetica ponderata per la diffusione, è possibile studiare le proprietà microstrutturali del tessuto cerebrale, che possono fornire maggiori informazioni sulle alterazioni microscopiche in seguito a un trauma lieve. Pertanto, l'obiettivo di questo studio è quello di ottenere informazioni quantitative di una regione di interesse selezionata (cioè l'ippocampo) per seguire la progressione della malattia dopo aver ottenuto una lesione cerebrale lieve e diffusa.

Nello studio, tutti i ratti TBI (n - 10) sono sopravvissuti all'impatto e sono stati in grado di recuperare dall'impatto e dall'anestesia entro 15 min dopo il distacco dall'anestesia23. Sulle immagini TC, non c'erano prove di fratture craniche e le immagini T2 non mostravano anomalie come sanguinamento, ventricoli allargati o formazione di edema nel sito di contusione 1 giorno dopo il trauma (Figura 5). Così, sulla base di queste ispezioni visive delle immagini anato...

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

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di ottenere informazioni microstrutturali quantitative dell'ippocampo in un ratto con lieve lesione cerebrale traumatica. Questo viene fatto utilizzando un protocollo avanzato di imaging a risonanza magnetica ponderata per la diffusione e un'analisi basata sulla regione di interesse delle mappe di diffusione parametrica.

Advanced Diffusion Imaging nell'ippocampo di ratti con lievi lesioni cerebrali traumatiche

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

Con questo protocollo di imaging di diffusione, è possibile indagare i cambiamenti microstrutturali nell'ippocampo di un topo con una lieve lesione cerebrale traumatica che altrimenti non sono visibili sulla risonanza magnetica anatomica. Questa tecnica può rilevare alterazioni nel cervello a seguito di un trauma lieve e diffuso che non può essere rilevato con TC o risonanza anatomica. Questa tecnica rende più facile monitorare il processo di recupero dopo aver subito una lieve lesione cerebrale traumatica in modo obiettivo e quantitativo.Questa tecnica di imaging e analisi della diffusione può essere applicata anche in altri disturbi che colpiscono il cervello, come la demenza e la sclerosi multipla, non solo negli studi preclinici ma anche nell'uomo. In questo protocollo, è importante che la qualità delle scansioni di diffusione e dei passaggi di correzione sia elevata, pertanto viene suggerita la guida di tecnici e analisti esperti. Posizionare l'animale su una pastiglia riscaldante Celsius di 37 gradi dopo aver confermato una mancanza di risposta al dito del piede in un ratto Wistar H di 12 settimane, femmina, e inserire un catetere in una vena laterale della coda.Iniettare localmente 100 microlitri di lidocaina al cuoio capelluto rasato e disinfettato e fare un'incisione della linea mediana per esporre il cranio. Utilizzare una piccola forbice per rimuovere eventuali membrane in eccesso e strofinare un cotton fioc sul cranio fino a quando il periostio non è più presente, quindi utilizzare una goccia di colla tissutale per attaccare un diametro di 10 millimetri, tre millimetri di spessore, disco metallico circa 1/3 davanti e 2/3 dietro il bregma. Per l'induzione traumatica di lesioni cerebrali, posizionare il topo su un letto su misura con un materasso in schiuma di una specifica costante di molla e posizionare il topo direttamente sotto un tubo di plastica trasparente con un peso in ottone di 450 grammi con il casco il più orizzontale possibile.Tirare il peso fino a un metro. Con un secondo sperimentatore presente, rilasciare il peso e fare in modo che il secondo sperimentatore sposti il topo lontano dal tubo immediatamente dopo l'impatto per prevenire una seconda lesione. Estrarre delicatamente il casco dal cranio e utilizzare una garza per arginare qualsiasi sanguinamento.Chiudere la pelle con una sutura e applicare il gel di analgesia locale all'incisione. Posizionare il topo sul letto di uno scanner CT e somministrare una TAC generica e a basse dosi per escludere fratture del cranio, quindi posizionare il topo in una gabbia pulita su una pastiglia riscaldante Celsius di 37 gradi Celsius con monitoraggio fino a piena reclinanza prima di riportare l'animale nella sua gabbia. Prima e un giorno dopo l'induzione del trauma, confermare una mancanza di risposta al dito del dito nell'animale sperimentale e posizionare l'animale sul letto dello scanner MR in una posizione prona a capofitto.Far scorrere la bobina del volume di quadratura sopra la testa e far avanzare il letto dello scanner nel foro dello scanner. Per garantire un posizionamento corretto, ottenere una scansione scout predefinita a 3 piano. Al termine della scansione, caricare la scansione nel display dell'immagine e assicurarsi che la testa sia dritta e che il cervello sia posizionato al centro del magnete e della bobina.Acquisire immagini ponderate in T2 utilizzando le impostazioni predefinite, ad eccezione del campo, della vista e delle dimensioni della matrice che devono essere regolate in base a una risoluzione in piano più elevata di 109 per 109 micrometri. Aprite geometry editor e posizionate il pacchetto slice nella posizione corretta, incluso il bulbo del cervello e del cervelletto e caricate tre nuove sequenze eco-planari, ponderate per la diffusione e spin-echo dalla cartella B_diffusion nel protocollo di controllo della scansione. Acquisire immagini ponderate per la diffusione utilizzando le impostazioni predefinite e aprire la scheda Modifica analisi.Impostare l'orientamento della fetta su assiale e il numero di fette su 25 per ottenere uno spessore della fetta di 500 micrometri e una distanza interna della fetta di 600 micrometri e modificare la direzione di lettura in sinistra-destra. Nella scheda Geometria regolare i parametri geometrici e regolare il campo visivo e le dimensioni della matrice a 105 per 105 per garantire una risoluzione di 333 per 333 micrometri. Fare clic sulla scheda Diffusione all'interno della scheda Ricerca per ciascuno dei tre gusci di diffusione e regolare il numero di direzioni di diffusione su 32 per la prima shell, 46 per la seconda shell e 64 per la terza shell.Impostare il numero di immagini B0 su cinque per la prima shell, cinque per la seconda shell e sette per la terza shell e regolare le direzioni di sfumatura con file di direzione sfumati personalizzati. Regolare il valore B per direzione a 800 secondi per millimetro al quadrato per il primo guscio, 1.500 secondi per millimetro al quadrato per il secondo guscio e 2.000 secondi per millimetro al quadrato per il terzo guscio, quindi aprire l'Editor geometria e posizionare il campo visivo tra il bulbo e il cervelletto contenente solo il cerebro per ridurre il tempo di artefatto e scansione. Al completamento del protocollo di scansione, trasferire l'animale dal letto dello scanner a una gabbia pulita con una pastiglia riscaldante Celsius di 37 gradi con monitoraggio fino alla piena reclinabilità.Per l'elaborazione delle immagini mri di diffusione, caricare le immagini in MRtrix3 ed eseguire la correzione del rumore e la correzione dello squillo di Gibbs sulle immagini ponderate per la diffusione nel programma software. Convertire le immagini corrette e ponderate per la diffusione nell'immagine T2 nel formato NIFTI come indicato. Per eseguire la correzione per l'imaging eco-planare, il movimento e le distorsioni della corrente parasospettica, nel menu Plug-in di ExploreDTI selezionare Correzione per le distorsioni EC/EPI del movimento soggetto e selezionare il file di dati di diffusione pre-elaborazione.Per calcolare le metriche di imaging del tensore di diffusione per ogni ratto, fare clic su Plug-in ed Esporta cose in NIFTI, quindi selezionare le mappe parametriche del modello di imaging del tensore di diffusione ed esportare le mappe parametriche per i modelli di integrità della curtosi e del tratto di materia bianca. Per creare un file maschera per l'ippocampo di ogni ratto, caricare l'immagine di anisotropia frazionaria del ratto nel visualizzatore MRtrix e fare clic sul pulsante più per creare una nuova regione di interesse. Per estrarre le metriche di diffusione dell'ippocampo del ratto, importare il file della maschera creato nel software AMIDE e aprire le mappe parametriche e l'immagine della maschera del ratto.Per aggiungere l'area di interesse del file maschera in AMIDE, selezionate l'immagine del file maschera, fate clic su Modifica (Edit), Aggiungi isocontorno area di interesse (Add Region Of Interest) e isocontorno 3D (3D isocontour) e assegnare all'area di interesse un nome significativo. Fare clic sull'area di interesse visualizzata nell'immagine della maschera e verificare che questo volume contenga solo voxel con un valore pari a uno. Per calcolare i valori medi delle metriche di diffusione nell'ippocampo, fare clic su Strumenti e Calcola statistiche regione di interesse e indicare le immagini e la regione di interesse da includere.Dopo aver fatto clic su Esegui, verrà visualizzata una finestra popup con i valori calcolati che possono essere utilizzati per ulteriori analisi statistiche. In questo esperimento rappresentativo, non c'erano prove di frattura del cranio come valutato dall'imaging TC e le immagini T2 non mostravano anomalie nel sito di contusione un giorno dopo il trauma. Per esaminare la qualità del passaggio di co-registrazione non rigido tra l'immagine T2 e il set di dati di diffusione, è stata aggiunta una sovrapposizione dell'immagine T2 alla mappa di anisotropia frazionata codificata a colori.Le mappe parametriche per l'anisotropia frazionale, la diffusività media, la diffusività assiale e le mappe parametriche della diffusività radiale potrebbero quindi essere calcolate. All'interno della regione di interesse, potrebbe essere eseguito anche il calcolo dei valori medi per i valori assiali, medi e radiali della kurtosi, nonché i valori per la frazione dell'acqua assonale, la diffusività extra-assionale assiale e radiale e la tortuosità dell'integrità del tratto di materia bianca. In questo esperimento rappresentativo, l'analisi delle metriche di imaging del tensore di diffusione ha rivelato un aumento significativo dei valori di anisotropia frazionaria e una diminuzione dei valori di diffusività a seguito dell'impatto nel gruppo delle lesioni cerebrali traumatiche lievi.Le metriche di curtosi di diffusione hanno anche mostrato una significativa diminuzione della kurtosi radiale a seguito dell'impatto, mentre non sono stati osservati cambiamenti nella kurtosi assiale o media. Utilizzando il modello di integrità del tratto di materia bianca, la diffusività extra-assonale radiale ha mostrato una diminuzione significativa e la tortuosità ha dimostrato un aumento significativo del gruppo di lesioni cerebrali traumatiche lievi un giorno dopo l'impatto. Durante l'analisi delle immagini, è importante verificare se il formato dati di MRtrix è stato correttamente convertito e importato in ExploreDTI e che ogni passaggio di correzione è stato eseguito correttamente.Invece dell'analisi basata sul ROI, è possibile applicare un'analisi voxel-by-voxel per indagare le alterazioni del cervello intero. Questa tecnica è molto preziosa nel campo della neuroimaging e può essere applicata anche ad altri disturbi cerebrali, ad esempio demenza e sclerosi multipla.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Indagini su Alterazioni della funzione del circuito ippocampale seguito lieve trauma cranico

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 ...

Ricerca

Neuroscienze

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

Un modello di romanzo In Vitro di ferita di cervello traumatica di scoppio

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

Effetti del Neurotrauma indotta da Blast il roditore pressurizzato Middle arterie cerebrali

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

Indagare sulle alterazioni nel caecum Microbiota dopo una lesione cerebrale traumatica nei topi

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

Lesione cerebrale indotta dal laser nella Corteccia Motoria dei Ratti

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

Modello di onda d'esplosione a bassa intensità per la valutazione preclinica della lesione cerebrale traumatica lieve a testa chiusa nei roditori

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 metrico per valutare la memoria di lavoro spaziale nei ratti adulti a seguito di lesioni cerebrali traumatiche

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

Modello elettromagnetico controllato a testa chiusa di lieve lesione cerebrale traumatica nei topi

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

Valutazione dei cambiamenti nella plasticità sinaptica utilizzando un modello di trauma cranico chiuso sveglio di lieve lesione cerebrale traumatica

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

Imaging intravitale dell'espressione di proteine fluorescenti nei topi con una lesione cerebrale traumatica a cranio chiuso e una finestra cranica utilizzando un microscopio a due fotoni

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