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

Os autores gostariam de agradecer à Fundação de pesquisa-Flandres (FWO) por apoiar este trabalho (número de subvenção: G027815N).

O protocolo foi aprovado pelo Comitê de ética animal da Universidade de Ghent (ECD 15/44Aanv), e todos os experimentos foram conduzidos de acordo com as diretrizes da Comissão Européia (diretiva 2010/63/UE).
1. preparação animal e acessório do capacete
<ol><li>Pesar um rato fêmea Wistar H (± 250 g ou 12 semanas de idade) e anestesiar em uma pequena câmara de indução preenchida com uma mistura de isoflurano (5%) e O2 durante pelo menos 1 min.</li>
	<li>Injete o rato com...

<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>

Desde que o MTBI é frequentemente o resultado de um ferimento difuso e subtil que não mostre nenhuma anomalia no CT e em varreduras convencionais de MRI, a avaliação de dano microestrutural após um traumatismo suave permanece um desafio. Conseqüentemente, umas técnicas mais avançadas da imagem latente são necessárias para visualizar a extensão cheia do traumatismo. A aplicação da imagem latente de ressonância magnética da difusão na pesquisa de TBI ganhou mais interesse durante a última década, onde a i...

A lesão cerebral traumática (TCE) tem ganhado mais atenção nos últimos anos, pois tornou-se evidente que essas lesões cerebrais podem resultar em consequências cognitivas, físicas, emocionais e sociais ao longo da vida1. Apesar desta consciência crescente, o TBI leve (mTBI, ou concussão) ainda é frequentemente subrelatado e não diagnosticado. O MTBI foi referido como uma epidemia silenciosa, e indivíduos com história de mTBI apresentam taxas mais elevadas de abuso de substâncias ou problemas psiquiátricos2. Diversos pacientes com mTBI vão undiagnosed cada ano devido à natureza difusa e subtil das lesões, que não são frequentemente visíveis em varreduras convencionais do tomography computado (CT) ou da imagem latente de ressonância magnética (MRI). Esta falta de evidência radiológica de ferimento de cérebro conduziu ao desenvolvimento de umas técnicas mais avançadas da imagem latente tais como a difusão MRI, que são mais sensíveis às mudanças microestrutural3.
A difusão MRI permite o mapeamento in vivo da microestrutura, e esta técnica de MRI tem sido usada extensivamente em estudos de TBI4,5,6. A partir do tensor de difusão, a anisotropia fracionária (FA) e a difusividade média (MD) são computadas para quantificar a alteração na organização microestrutural após lesão. Comentários recentes em pacientes com mTBI relatam aumentos na FA e diminuem em MD após lesão, o que pode ser indicativo de inchaço axonal7. Ao contrário, aumentos na MD e diminuições na FA também são encontrados e têm sido sugeridos para fundamentam rupturas na estrutura parenquimatosa após a formação de edema, degeneração axonal, ou desalinhamento de fibra/ruptura8. Esses achados mistos podem ser parcialmente explicados pela heterogeneidade clínica significativa do mTBI causada por diferentes tipos de impacto e severidade (por exemplo, rotação-aceleração, trauma de força bruta, lesão de jateamento ou combinação do primeiro). No entanto, atualmente não há um consenso claro sobre a patologia subjacente e base biológica/celular que sustentam alterações na organização microestrutural.
Os modelos animais fornecem um ajuste padronizado e controlado para investigar mecanismos biológicos de ferimento e reparar depois de TBI mais detalhadamente. Vários modelos experimentais para TBI foram desenvolvidos e representam diferentes aspectos da TBI humana (por exemplo, trauma focal vs. difuso ou trauma causado por forças rotacionais)9,10. Os modelos animais comumente usados incluem os modelos de impacto cortical controlado (CCI) e lesão de percussão de fluido lateral (lfpi)11,12. Embora os parâmetros experimentais possam ser bem controlados, estes modelos fazem uso de uma craniotomia para expor o cérebro. Craniotomias ou fraturas do crânio não são comumente observadas no mTBI; Portanto, esses modelos experimentais não são válidos para imitar o mTBI. O modelo de aceleração de impacto desenvolvido por Marmarou et al.13 faz uso de um peso que é retirado de uma certa altura para a cabeça do rato, que é protegida por um capacete. Este modelo animal induz alterações microestruturais e deficiências cognitivas semelhantes, como observado em pacientes que sustentam trauma leve. Portanto, este modelo de queda de peso de marmarou é apropriado para investigar biomarcadores de imagem para MTBI difuso14,15.
Este relatório demonstra a aplicação de MRI avançado da difusão em um modelo do rato do mTBI usando o modelo da gota do peso de Marmarou. Mostrado primeiramente é como induzir um traumatismo suave e difuso, e a análise usando o modelo da imagem latente do tensor da difusão (DTI) é fornecida então. A informação biológica específica é obtida com o uso de modelos de difusão mais avançados [isto é, imagem de curtose de difusão (DKI) e modelo de integridade do trato de matéria branca (WMTI)]. Especificamente, o traumatismo suave é infligido e as mudanças microestruturais são avaliadas então no hipocampo usando MRI convencional de T2-weighted e um protocolo avançado da imagem latente da difusão.

<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

A lesão cerebral traumática leve (mTBI) é o tipo mais comum de lesão cerebral adquirida. Como os pacientes com lesão cerebral traumática apresentam uma tremenda variabilidade e heterogeneidade (idade, sexo, tipo de trauma, outras patologias possíveis, etc.), os modelos animais desempenham um papel fundamental nos fatores que são limitações na pesquisa clínica. Fornecem um ajuste padronizado e controlado para investigar os mecanismos biológicos do ferimento e do reparo depois de TBI. No entanto, nem todos os modelos animais imitam a natureza difusa e sutil do mTBI efetivamente. Por exemplo, o impacto cortical controlado comumente usado (CCI) e os modelos de lesão de percussão de fluido lateral (LFPI) fazem uso de uma craniotomia para expor o cérebro e induzir trauma focal generalizado, que não são comumente vistos no mTBI. Portanto, esses modelos experimentais não são válidos para imitar o mTBI. Assim, um modelo apropriado deve ser usado para investigar o mTBI. O modelo de queda de peso de Marmarou para ratos induz alterações microestruturais e deficiências cognitivas semelhantes, como observado em pacientes que sustentam trauma leve; Portanto, esse modelo foi selecionado para este protocolo. As varreduras convencionais do tomography computado e da imagem latente de ressonância magnética (MRI) mostram geralmente nenhum dano que segue uma lesão suave, porque o mTBI induz frequentemente somente as lesões subtis e difusas. Com o MRI tornado mais pesado da difusão, é possível investigar Propriedades microestrutural do tecido de cérebro, que pode fornecer mais introspecção nas alterações microscópicas que seguem o traumatismo suave. Portanto, o objetivo deste estudo é obter informações quantitativas de uma região de interesse selecionada (ou seja, hipocampo) para acompanhar a progressão da doença após a obtenção de uma lesão cerebral leve e difusa.

No estudo, todos os ratos TBI (n = 10) sobreviveram ao impacto e conseguiram recuperar do impacto e da anestesia dentro de 15 min após o descolamento da anestesia23. Nas imagens tomográficas, não houve evidência de fraturas cranianas e as imagens T2 não mostraram anormalidades como sangramento, ventrículos aumentados ou formação de edema no local da contusão 1 dia após o trauma (Figura 5). Assim, com base nessas inspeções visuais das imagens anatômicas, g...

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

O objetivo geral deste procedimento é obter informações microestruturais quantitativas do hipocampo em um rato com lesão cerebral traumática leve. Isto é feito usando um protocolo avançado difusão-tornado mais pesado da imagem latente de ressonância magnética e a análise baseada região--interesse de mapas paramétricos da difusão.

Imagem latente avançada da difusão no Hippocampus dos ratos com ferimento de cérebro traumático suave

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

Com este protocolo de imagem de difusão, é possível investigar alterações microestruturais no hipocampo de um rato com uma lesão cerebral traumática leve que de outra forma não são visíveis na ressonância magnética anatômica. Esta técnica pode detectar alterações no cérebro após um trauma leve e difuso que não pode ser detectado com tomografia computadorizada ou ressonância magnética anatômica. Esta técnica facilita o acompanhamento do processo de recuperação após a manutenção de uma lesão cerebral traumática leve de forma objetiva e quantitativa.Essa técnica de difusão e análise de imagem também pode ser aplicada em outras doenças que afetam o cérebro, como demência e esclerose múltipla, não apenas em estudos pré-clínicos, mas também em humanos. Neste protocolo, é importante que a qualidade das varreduras de difusão e as etapas de correção seja alta, portanto, sugere-se orientação de técnicos e analistas experientes. Coloque o animal em uma almofada de aquecimento Celsius de 37 graus depois de confirmar a falta de resposta ao beliscão do dedo do pé em um rato Wistar H de 12 semanas de idade e insira um cateter em uma veia traseira lateral.Injete 100 microlitres de 2% lidocaína localmente no couro cabeludo raspado e desinfetado e faça uma incisão midline para expor o crânio. Use uma pequena tesoura para remover qualquer excesso de membranas e esfregue um broto de algodão no crânio até que o periosteum não esteja mais presente, em seguida, use uma gota de cola de tecido para anexar um diâmetro de 10 milímetros, três milímetros de espessura, disco metálico aproximadamente 1/3 na frente e 2/3 atrás do bregma. Para indução traumática de lesão cerebral, coloque o rato em uma cama feita sob medida com um colchão de espuma de uma constante específica de mola e coloque o rato diretamente sob um tubo plástico transparente com um peso de latão de 450 gramas com o capacete o mais horizontal possível.Puxe o peso até um metro. Com um segundo experimentador presente, solte o peso e o segundo experimentador mova o rato para longe do tubo imediatamente após o impacto para evitar uma segunda lesão. Puxe suavemente o capacete do crânio e use uma gaze para conter qualquer sangramento.Feche a pele com uma sutura e aplique gel de analgesia local à incisão. Coloque o rato no leito de um scanner de tomografia computadorizada e administre uma tomografia computadorizada de uso geral para descartar fraturas cranianas, em seguida, coloque o rato em uma gaiola limpa em uma almofada de aquecimento Celsius de 37 graus com monitoramento até a recumbência total antes de devolver o animal à sua gaiola. Antes e um dia após a indução do trauma, confirme a falta de resposta ao beliscão do dedo do pé no animal experimental e coloque o animal na cama do scanner MR em uma posição mais de cabeça e propensa.Deslize a bobina de volume de quadratura sobre a cabeça e avance a cama do scanner para dentro do furo do scanner. Para garantir um posicionamento correto, obtenha uma varredura padrão de 3 aviões. Quando a varredura estiver concluída, carregue a varredura no visor da imagem e certifique-se de que a cabeça está em linha reta e que o cérebro esteja posicionado no centro do ímã e da bobina.Adquira imagens ponderadas por T2 usando as configurações padrão, exceto o campo, a visualização e o tamanho da matriz que devem ser ajustados a uma resolução mais alta no plano de 109 por 109 micrômetros. Abra o Editor de Geometria e coloque o pacote de fatias na posição correta, incluindo o bulbo do cérebro e o cerebelo e carregue três novas sequências de eco-planar, ponderadas por difusão e spin-echo da pasta B_diffusion no protocolo de controle de varredura. Adquira imagens ponderadas por difusão usando as configurações padrão e abra a guia Editar varredura.Defina a orientação da fatia para axial e o número de fatias para 25 para obter uma espessura de fatia de 500 micrômetros e uma distância interna de fatia de 600 micrômetros e altere a direção de leitura para a esquerda-direita. Sob a guia Geometria, ajuste os parâmetros geométricos e ajuste o campo de visão e tamanho da matriz para 105 por 105 para garantir uma resolução de 333 por 333 micrômetros. Clique na guia Difusão dentro da guia Pesquisa para cada uma das três conchas de difusão e ajuste o número de direções de difusão para 32 para a primeira concha, 46 para a segunda camada e 64 para a terceira camada.Altere o número de imagens B0 para cinco para o primeiro shell, cinco para o segundo shell e sete para o terceiro shell, e ajuste as instruções gradientes com arquivos de direção gradiente personalizados. Ajuste o valor B por direção para 800 segundos por milímetro quadrado para a primeira concha, 1.500 segundos por milímetro quadrado para a segunda concha, e 2.000 segundos por milímetro quadrado para a terceira concha, em seguida, abra o Editor de Geometria e coloque o campo de visão entre o bulbo e o cerebelo contendo apenas o cerebrum para reduzir o artefato e o tempo de varredura. Na conclusão do protocolo de varredura, transfira o animal do leito do scanner para uma gaiola limpa com uma almofada de aquecimento Celsius de 37 graus Celsius com monitoramento até a recumedência total.Para processamento de imagem de ressonância magnética de difusão, carregue as imagens no MRtrix3 e realize a correção de ruído e gibbs toque correção nas imagens ponderadas por difusão no programa de software. Converta as imagens corrigidas e ponderadas por difusão na imagem T2 para o formato NIFTI conforme indicado. Para executar a correção para distorções de imagem eco-planar, movimento e corrente de eddy, no menu Plug-ins do ExploreDTI selecione Correção para distorções EC/EPI de movimento de assunto e selecione o arquivo de dados de difusão pré-processado.Para calcular as métricas de imagem do tensor de difusão para cada rato, clique em Plug-ins e Export stuff para NIFTI, selecione os mapas paramétricos do modelo de imagem tensor de difusão e exporte os mapas paramétricos para os modelos de integridade do trato de matéria branca e kurtose. Para criar um arquivo de máscara para o hipocampo de cada rato, carregue a imagem de anisotropia fracionada do rato no visualizador MRtrix e clique no botão plus para criar uma nova região de interesse. Para extrair as métricas de difusão do hipocampo do rato, importe o arquivo de máscara criado no software AMIDE e abra os mapas paramétricos e a imagem da máscara do rato.Para adicionar a região de interesse do arquivo de máscara no AMIDE, selecione a imagem do arquivo da máscara, clique em Editar, Adicionar região de interesse e isocontour 3D e dar à região de interesse um nome significativo. Clique na região de interesse exibida na imagem da máscara e confirme que este volume deve conter apenas voxels com um valor de um. Para calcular os valores médios das métricas de difusão no hipocampo, clique em Ferramentas e Calcule estatísticas de interesse da região e indique as imagens e a região de interesse a serem incluídas.Depois de clicar em Executar, aparecerá uma janela pop-up com os valores computados que podem ser usados para análises estatísticas adicionais. Neste experimento representativo, não houve evidência de fratura craniana conforme avaliado pela imagem da TC e as imagens T2 não mostraram nenhuma anormalidade no local da contusão um dia após o trauma. Para examinar a qualidade da etapa de co-registro não rígida entre a imagem T2 e o conjunto de dados de difusão, uma sobreposição da imagem T2 foi adicionada ao mapa de anisotropia fracionada codificada por cores.Os mapas paramétricos para a anisotropia fracionada, a difusividade média, a difusividade axial e os mapas paramétricos de difusividade radial poderiam então ser calculados. Dentro da região de interesse, o cálculo dos valores médios para os valores axial, médio e radial kurtose, bem como valores para a fração de água axonal, difusividade extra-axonal axial e radial, e tortuosidade da integridade do trato de matéria branca também poderiam ser realizados. Neste experimento representativo, a análise das métricas de imagem tensor de difusão revelou um aumento significativo nos valores de anisotropia fracionada e uma diminuição nos valores de difusividade após o impacto no grupo de lesão cerebral traumática leve.As métricas de kurtose difusão também mostraram uma diminuição significativa da kurtose radial após o impacto, enquanto não foram observadas alterações no axial ou médio kurtose. Usando o modelo de integridade do trato de matéria branca, a difusividade extra-axonal radial apresentou uma diminuição significativa e a tortuosidade demonstrou um aumento significativo no grupo de lesão cerebral traumática leve um dia após o impacto. Durante a análise da imagem, é importante verificar se o formato de dados do MRtrix foi devidamente convertido e importado para o ExploreDTI e que cada etapa de correção foi realizada corretamente.Em vez de análise baseada em ROI, uma análise voxel-por-voxel pode ser aplicada para investigar alterações cerebrais inteiras. Essa técnica é muito valiosa no campo da neuroimagem e pode ser aplicada a outras doenças cerebrais também, como demência e esclerose múltipla.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Investigações sobre alterações da função Circuito Hippocampal Após lesão cerebral traumática leve

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 ...

Neurociência

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

Um modelo de romance In Vitro de explosão traumatismo crânio-encefálico

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

Efeitos de Neurotrauma induzida por explosão em roedores pressurizado artérias cerebrais de médio

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

Investigando alterações na microbiota de caecum após traumatismo cranioencefálico em camundongos

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

Lesão cerebral induzida por laser no córtex motor de ratos

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

Modelo de onda de explosão de baixa intensidade para avaliação pré-clínica de lesão cerebral traumática leve de cabeça fechada em roedores

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

Um teste métrico para avaliar a memória espacial de trabalho em ratos adultos após lesão cerebral traumática

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

Modelo de Lesão Cerebral Traumática Leve em Camundongos com Controle Eletromagnético

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

Avaliação das Alterações na Plasticidade Sináptica Utilizando um Modelo de Traumatismo Cranioencefálico Leve

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

Imagem Intravital da Expressão de Proteínas Fluorescentes em Camundongos com Traumatismo Cranioencefálico de Crânio Fechado e Janela Craniana Usando um Microscópio de Dois Fótons

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