Name: advanced diffusion imaging in the hippocampus of rats with mild traumatic brain injury
Uploaded: 2019-08-14T15:00:00
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Los autores quieren agradecer a Research Foundation - Flandes (FWO) por apoyar este trabajo (Número de subvención: G027815N).

El protocolo ha sido aprobado por el Comité de ética animal de la Universidad de Gante (ECD 15/44Aanv), y todos los experimentos se llevaron a cabo de acuerdo con las directrices de la Comisión Europea (Directiva 2010/63/UE).
1. Preparación de animales y fijación del casco
<ol><li>Pesar una rata Wistar H hembra (250 g o 12 semanas de edad) y anestesiar en una pequeña cámara de inducción llena de una mezcla de isoflurano (5%) y O2 durante al menos 1 min.</li>
	<li>Inyectar ...

<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>

Dado que el mTBI a menudo es el resultado de una lesión difusa y sutil que no muestra anomalías en las tomografías computarizadas y las resonancias magnéticas convencionales, la evaluación del daño microestructural después de un trauma leve sigue siendo un desafío. Por lo tanto, se necesitan técnicas de diagnóstico por imágenes más avanzadas para visualizar la extensión completa del trauma. La aplicación de imágenes de resonancia magnética de difusión en la investigación TBI ha despertado más interés ...

Lesión cerebral traumática (TBI) ha ganado más atención en los últimos años, ya que ha quedado claro que estas lesiones cerebrales pueden resultar en consecuencias cognitivas, físicas, emocionales y sociales de por vida1. A pesar de esta creciente conciencia, la TBI leve (mTBI, o conmoción cerebral) todavía es a menudo subdeclarada y no diagnosticada. MTBI se ha referido como una epidemia silenciosa, y las personas con antecedentes de mTBI muestran tasas más altas de abuso de sustancias o problemas psiquiátricos2. Varios pacientes con MTBI no se diagnostican cada año debido a la naturaleza difusa y sutil de las lesiones, que a menudo no son visibles en las exploraciones convencionales de tomografía computarizada (TC) o resonancia magnética (RM). Esta falta de evidencia radiológica de lesiones cerebrales ha llevado al desarrollo de técnicas de diagnóstico por imágenes más avanzadas, como la RMN por difusión, que son más sensibles a los cambios microestructurales3.
La RMN por difusión permite el mapeo in vivo de la microestructura, y esta técnica de RMN se ha utilizado ampliamente en estudios TBI4,5,6. A partir del tensor de difusión, la anisotropía fraccionaria (FA) y la difusividad media (MD) se calculan para cuantificar la alteración en la organización microestructural después de una lesión. Las revisiones recientes en pacientes con mTBI informan de aumentos en fa y disminuciones en MD después de una lesión, que puede ser indicativo de hinchazón axonal7. Por el contrario, también se han encontrado aumentos en el MD y disminuciones de FA y se ha sugerido que subyacen a las interrupciones en la estructura parénquimal después de la formación de edema, la degeneración axonal o la desalineación/interrupción de la fibra8. Estos hallazgos mixtos pueden explicarse parcialmente por la heterogeneidad clínica significativa de mTBI causada por diferentes tipos de impacto y gravedad (por ejemplo, aceleración de rotación, traumatismo por fuerza contundente, lesión por explosión o combinación de la primera). Sin embargo, actualmente no hay un consenso claro sobre la patología subyacente y la base biológica/celular que sustenta las alteraciones en la organización microestructural.
Los modelos animales proporcionan un entorno estandarizado y controlado para investigar los mecanismos biológicos de lesión y reparación después de TBI con mayor detalle. Se han desarrollado varios modelos experimentales para TBI que representan diferentes aspectos de la TBI humana (por ejemplo, trauma focal frente a trauma difuso o trauma causado por fuerzas de rotación)9,10. Los modelos animales de uso común incluyen el impacto cortical controlado (CCI) y la lesión de percusión de fluido lateral (LFPI) modelos11,12. Aunque los parámetros experimentales pueden estar bien controlados, estos modelos hacen uso de una craneotomía para exponer el cerebro. Las craneotomías o fracturas craneales no se observan comúnmente en mTBI; por lo tanto, estos modelos experimentales no son válidos para imitar mTBI. El modelo de aceleración de impacto desarrollado por Marmarou et al.13 hace uso de un peso que se deja caer desde una cierta altura sobre la cabeza de la rata, que está protegido por un casco. Este modelo animal induce alteraciones microestructurales y deterioros cognitivos similares a los observados en pacientes que sufren traumatismos leves. Por lo tanto, este modelo de caída de peso Marmarou es apropiado para investigar biomarcadores de imágenes para mTBI difuso14,15.
Este informe demuestra la aplicación de rmes de difusión avanzada en un modelo de rata mTBI utilizando el modelo de caída de peso Marmarou. Se muestra por primera vez cómo inducir un traumatismo leve y difuso, y luego se proporciona un análisis utilizando el modelo de imágenes de tensor esdecir de difusión (DTI). La información biológica específica se obtiene con el uso de modelos de difusión más avanzados [es decir, imágenes de kurtosis de difusión (DKI) y modelo de integridad del tracto de materia blanca (WMTI)]. Específicamente, se infligen traumas leves y luego se evalúan los cambios microestructurales en el hipocampo utilizando una resonancia magnética convencional ponderada por T2 y un protocolo avanzado de imágenes de difusión.

<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 lesión cerebral traumática leve (mTBI) es el tipo más común de lesión cerebral adquirida. Dado que los pacientes con lesión cerebral traumática muestran una tremenda variabilidad y heterogeneidad (edad, género, tipo de trauma, otras patologías posibles, etc.), los modelos animales desempeñan un papel clave en el desvele de factores que son limitaciones en la investigación clínica. Proporcionan un entorno estandarizado y controlado para investigar los mecanismos biológicos de lesión y reparación después de TBI. Sin embargo, no todos los modelos animales imitan la naturaleza difusa y sutil de mTBI de manera efectiva. Por ejemplo, los modelos de impacto cortical controlado (CCI) y lesión de percusión de fluido lateral (LFPI) comúnmente utilizados hacen uso de una craneotomía para exponer el cerebro e inducir un trauma focal generalizado, que no se observa comúnmente en mTBI. Por lo tanto, estos modelos experimentales no son válidos para imitar mTBI. Por lo tanto, se debe utilizar un modelo adecuado para investigar mTBI. El modelo de caída de peso Marmarou para ratas induce alteraciones microestructurales y deterioros cognitivos similares a los observados en pacientes que sufran traumatismos leves; por lo tanto, este modelo fue seleccionado para este protocolo. Las tomografías computarizadas convencionales y las imágenes por resonancia magnética (RM) generalmente no muestran daño después de una lesión leve, porque el mTBI a menudo induce sólo lesiones sutiles y difusas. Con la RMN ponderada por difusión, es posible investigar las propiedades microestructurales del tejido cerebral, lo que puede proporcionar más información sobre las alteraciones microscópicas después de un trauma leve. Por lo tanto, el objetivo de este estudio es obtener información cuantitativa de una región de interés seleccionada (es decir, hipocampo) para seguir la progresión de la enfermedad después de obtener una lesión cerebral leve y difusa.

En el estudio, todas las ratas TBI (n 10) sobrevivieron al impacto y fueron capaces de recuperarse del impacto y la anestesia dentro de 15 minutos después de desprendimiento de la anestesia23. En las imágenes de TC, no había evidencia de fracturas de cráneo y las imágenes T2 no mostraban ninguna anomalía comosangrado, ventrículos agrandados o formación de edema en el lugar de la contusión 1 día después del trauma (Figura 5). Así, sobre la base de estas ins...

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

El objetivo general de este procedimiento es obtener información cuantitativa de la microestructural del hipocampo en una rata con lesión cerebral traumática leve. Esto se realiza utilizando un protocolo avanzado de resonancia magnética ponderado por difusión y un análisis basado en la región de interés de los mapas de difusión paramétricos.

Imágenes de difusión avanzada en el hipocampo de ratas con lesión cerebral traumática leve

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

Con este protocolo de imagen de difusión, es posible investigar los cambios microestructurales en el hipocampo de una rata con una lesión cerebral traumática leve que de otro modo no son visibles en la resonancia magnética anatómica. Esta técnica puede detectar alteraciones en el cerebro después de un traumatismo leve y difuso que no se puede detectar con TC o resonancia magnética anatómica. Esta técnica facilita el seguimiento del proceso de recuperación después de sufrir una lesión cerebral traumática leve de una manera objetiva y cuantitativa.Esta técnica de difusión de imágenes y análisis también se puede aplicar en otros trastornos que afectan al cerebro, como la demencia y la esclerosis múltiple, no sólo en estudios preclínicos, sino también en humanos. En este protocolo, es importante que la calidad de los pasos de corrección y escaneos de difusión sea alta, por lo que se sugiere la orientación de técnicos y analistas experimentados. Coloque al animal en una almohadilla de calentamiento de 37 grados Celsius después de confirmar la falta de respuesta al pellizco en una rata Wistar H de 12 semanas de edad e inserte un catéter en una vena lateral de la cola.Inyectar 100 microlitros de 2%lidocaína localmente en el cuero cabelludo afeitado y desinfectado y hacer una incisión de línea media para exponer el cráneo. Usa unas tijeras pequeñas para eliminar cualquier exceso de membranas y frota un bastoncillo de algodón a través del cráneo hasta que el periosteo ya no esté presente, luego usa una gota de pegamento de tejido para unir un diámetro de 10 milímetros, un disco metálico de tres milímetros de espesor aproximadamente 1/3 delante y 2/3 detrás del bregma. Para la inducción de lesiones cerebrales traumáticas, coloque la rata en una cama hecha a medida con un colchón de espuma de una constante de resorte específica y coloque la rata directamente debajo de un tubo de plástico transparente con un peso de latón de 450 gramos con el casco lo más horizontal posible.Tire del peso hasta un metro. Con un segundo experimentador presente, suelte el peso y haga que el segundo experimentador mueva a la rata lejos del tubo inmediatamente después del impacto para evitar una segunda lesión. Tire suavemente del casco del cráneo y use una gasa para detener cualquier sangrado.Cierre la piel con una sutura y aplique gel de analgesia local a la incisión. Coloque la rata en el lecho de un escáner de tomografía computarizada y administre una tomografía computarizada de dosis baja de uso general para descartar fracturas de cráneo, luego coloque la rata en una jaula limpia en una almohadilla calefactora de 37 grados Celsius con monitoreo hasta la recumbancia completa antes de devolver al animal a su jaula. Antes y un día después de la inducción del trauma, confirme la falta de respuesta al pellizco del dedo del dedo del dedo en el animal experimental y coloque el animal en el lecho del escáner de RMN en una posición de cabeza y propensa.Deslice la bobina de volumen de cuadratura sobre la cabeza y avance la cama del escáner en el orificio del escáner. Para garantizar un posicionamiento correcto, obtenga un escaneo de exploración de 3 planos por defecto. Cuando termine el escaneo, cargue el escaneo en la pantalla de la imagen y asegúrese de que la cabeza esté recta y que el cerebro esté colocado en el centro del imán y la bobina.Adquiera imágenes ponderadas en T2 utilizando la configuración predeterminada, excepto el campo, la vista y el tamaño de la matriz, que deben ajustarse a una resolución en plano más alta de 109 por 109 micrómetros. Abra el Editor de geometría y coloque el paquete de sectores en la posición correcta, incluido el bulbo del cerebro y el cerebelo y cargue tres nuevas secuencias de ecoplanar, ponderadas por difusión y de eco-eco desde la carpeta B_diffusion en el protocolo de control de escaneo. Adquiera imágenes ponderadas por difusión con la configuración predeterminada y abra la pestaña Editar análisis.Establezca la orientación de la rebanada en axial y el número de rodajas en 25 para lograr un grosor de rebanada de 500 micrómetros y una distancia de corte interna de 600 micrómetros y enmendar la dirección de lectura en la izquierda-derecha. En la pestaña Geometría, ajuste los parámetros geométricos y ajuste el campo de visión y el tamaño de la matriz a 105 por 105 para garantizar una resolución de 333 por 333 micrómetros. Haga clic en la pestaña Difusión de la pestaña Investigación para cada una de las tres conchas de difusión y ajuste el número de direcciones de difusión a 32 para el primer vaciado, 46 para el segundo vaciado y 64 para el tercer vaciado.Cambie el número de imágenes B0 a cinco para el primer vaciado, cinco para el segundo vaciado y siete para el tercer vaciado, y ajuste las direcciones de degradado con archivos de dirección de degradado personalizados. Ajuste el valor B por dirección a 800 segundos por milímetro cuadrado para el primer proyectil, 1,500 segundos por milímetro cuadrado para el segundo vaciado, y 2.000 segundos por milímetro cuadrado para el tercer vaciado, luego abra el Editor de geometría y coloque el campo de visión entre el bulbo y el cerebelo que contiene solo el cerebro para reducir el tamaño y el tiempo de escaneo. Al finalizar el protocolo de escaneo, transfiera al animal de la cama del escáner a una jaula limpia con una almohadilla de calentamiento de 37 grados Celsius con monitoreo hasta la recumbencia completa.Para el procesamiento de imágenes por RMN de difusión, cargue las imágenes en MRtrix3 y realice la corrección de ruido y la corrección de timbre de Gibbs en las imágenes ponderadas por difusión en el programa de software. Convierta las imágenes corregidas ponderadas por difusión en la imagen T2 al formato NIFTI como se indica. Para realizar la corrección de las distorsiones de imagen de ecoplanar, movimiento y corriente de peluche, en el menú Plug-ins de ExploreDTI seleccione Corrección para las distorsiones EC/EPI de movimiento del sujeto y seleccione el archivo de datos de difusión preprocesado.Para calcular las métricas de imágenes de tensores de difusión para cada rata, haga clic en Plug-ins y Exporte cosas a NIFTI y, a continuación, seleccione los mapas paramétricos del modelo de imágenes de tensores de difusión y exporte los mapas paramétricos para los modelos de integridad del tracto de materia blanca y curtosis. Para crear un archivo de máscara para el hipocampo de cada rata, cargue la imagen de anisotropía fraccionaria de la rata en el visor MRtrix y haga clic en el botón más para crear una nueva región de interés. Para extraer las métricas de difusión del hipocampo de la rata, importe el archivo de máscara creado en el software AMIDE y abra los mapas paramétricos y la imagen de máscara de la rata.Para agregar la región de interés del archivo de máscara a AMIDE, seleccione la imagen del archivo de máscara, haga clic en Editar, Agregar región de interés e isocontour 3D y asigne un nombre significativo a la región de interés. Haga clic en la región de interés que se muestra en la imagen de máscara y confirme que este volumen solo debe contener vóxeles con un valor de uno. Para calcular los valores medios de las métricas de difusión en el hipocampo, haga clic en Herramientas y Calcular estadísticas de región de interés e indique las imágenes y la región de interés que se incluirán.Después de hacer clic en Ejecutar, aparecerá una ventana emergente con los valores calculados que se pueden utilizar para un análisis estadístico adicional. En este experimento representativo, no hubo evidencia de fractura de cráneo evaluada por imágenes por TC y las imágenes T2 no mostraron ninguna anomalía en el sitio de la contusión un día después del trauma. Para examinar la calidad del paso de coregistro no rígido entre la imagen T2 y el conjunto de datos de difusión, se agregó una superposición de la imagen T2 al mapa de anisotropía fraccional codificado por color.Los mapas paramétricos para la anisotropía fraccionaria, la difusividad media, la difusividad axial y los mapas paramétricos de difusividad radial podrían calcularse. Dentro de la región de interés, también se podría realizar el cálculo de los valores medios para los valores de kurtosis axial, media y radial, así como los valores de la fracción de agua axonal, la difusividad extra-axonal axial y radial, y la tortuosidad de la integridad del tracto de materia blanca. En este experimento representativo, el análisis de las métricas de imágenes del tensor de difusión reveló un aumento significativo en los valores de anisotropía fraccionaria y una disminución en los valores de difusividad después del impacto en el grupo de lesiones cerebrales traumáticas leves.Las métricas de kurtosis de difusión también mostraron una disminución significativa de la kurtosis radial después del impacto, mientras que no se observaron cambios en la kurtosis axial o media. Usando el modelo de integridad del tracto de materia blanca, la difusividad extra-axonal radial mostró una disminución significativa y la tortuosidad demostró un aumento significativo en el grupo de lesiones cerebrales traumáticas leves un día después del impacto. Durante el análisis de imagen, es importante comprobar si el formato de datos de MRtrix se convirtió e importó correctamente en ExploreDTI y que cada paso de corrección se realizó correctamente.En lugar del análisis basado en el ROI, se puede aplicar un análisis de voxel por voxel para investigar las alteraciones del cerebro entero. Esta técnica es muy valiosa dentro del campo de la neuroimagen y se puede aplicar a otros trastornos cerebrales, por ejemplo, la demencia y la esclerosis múltiple.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Las investigaciones sobre alteraciones de la función del circuito del hipocampo después de una lesión 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 ...

Investigación

Neurociencias

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

Efectos de Neurotrauma inducido ráfaga en roedor a presión media de las arterias cerebrales

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

Investigación de alteraciones en Caecum Microbiota después de una lesión cerebral traumática en ratones

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

Lesión cerebral inducida por láser en la corteza motora de ratas

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 blástica de baja intensidad para la evaluación preclínica de la lesión cerebral traumática leve de cabeza cerrada en 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

Una prueba métrica para evaluar la memoria de trabajo espacial en ratas adultas después de una lesión 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 electromagnético controlado de cabeza cerrada de lesión cerebral traumática leve en ratones

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

Evaluación de los cambios en la plasticidad sináptica utilizando un modelo de lesión cerebral traumática leve con vigilia

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

Validación de la respuesta a las lesiones y las evaluaciones conductuales en un modelo de rata mTBI

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

Autor destacado: Avance en la investigación de lesiones cerebrales traumáticas: un modelo de cabeza cerrada para una replicación precisa y una evaluación rápida 

Modelo de Rata de Lesión Traumática Leve de Cabeza Cerrada y su Validación

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