Крысиная модель закрытой черепно-мозговой травмы легкой степени тяжести и ее валидация
Summary
В данной работе мы представляем модель крысы с закрытой черепно-мозговой травмой (мЧМТ) и ее валидацию, демонстрирующую значительное сходство с ЧМТ человека в отношении поведенческих проявлений на острой и подострой стадиях.
Abstract
Животные модели имеют решающее значение для углубления нашего понимания легкой черепно-мозговой травмы (ЧМТ) и руководства клиническими исследованиями. Для получения значимых выводов необходимо разработать стабильную и воспроизводимую модель животного. В этом исследовании мы сообщаем подробное описание модели мЧМТ с закрытой головкой и репрезентативный метод валидации с использованием крыс Спрэга-Доули для проверки эффекта моделирования. Модель предполагает сброс массы массой 550 г с высоты 100 см прямо на голову крысы на разрушаемой поверхности с последующим поворотом на 180 градусов. Чтобы оценить травму, крысы прошли серию нейроповеденческих оценок через 10 минут после травмы, включая время потери сознания, время первого поиска, способность к бегству и тест на способность балансировать на бревне. Во время острой и подострой стадий после травмы были проведены поведенческие тесты для оценки способности к координации движений (задание Beam), тревожности (тест Open Field), а также способностей к обучению и памяти (тест Morris Water Maze). Модель ЧМТ с закрытой головкой обеспечивала последовательную реакцию на травму с минимальной смертностью и воспроизводила реальные жизненные ситуации. Метод валидации эффективно верифицировал разработку модели и обеспечил стабильность и непротиворечивость модели.
Introduction
Легкая черепно-мозговая травма (ЧМТ), или сотрясение мозга, является наиболее распространенным типом травмы и может приводить к различным кратковременным и хроническимсимптомам1. Эти симптомы могут включать головокружение, головные боли, депрессию и ангедонию, среди прочего, что приводит к значительным страданиям людей, страдающих ЧМТ2. Поскольку большинство ЧМТ вызваны травмой тупым предметом3, становится обязательным разработать модели животных, которые точно имитируют такие травмы. Эти модели необходимы для лучшего понимания травмы и лежащих в ее основе механизмов, предлагая контролируемую среду с меньшей вариабельностью и гетерогенностью по сравнению с исследованиями на людях.
Для черепно-мозговой травмы (ЧМТ) было разработано множество хорошо зарекомендовавших себя моделей грызунов, включая перкуссионное повреждение (FPI)4, контролируемое корковое воздействие (CCI)5, травму падением веса6, взрывную черепно-мозговую травму7 и другие. Однако эти модели в первую очередь ориентированы на воспроизведение сценариев ЧМТ средней и тяжелой степени. В отличие от этого, экспериментальные модели, специально разработанные для моделирования ЧМТ, привлекли относительно меньше внимания и остаются малоизученными8. Таким образом, существует острая необходимость в создании стабильной и воспроизводимой модели животных, которая точно представляет мЧМТ. Такая модель значительно расширила бы наше понимание нейробиологических и поведенческих последствий, связанных с ЧМТ.
Невозможно отличить функциональный дефицит у крыс с ЧМТ по сравнению с нормальными крысами при случайном наблюдении после того, как действие анестезии прошло. Поэтому необходимо проводить специфические тесты. У людей для оценки пациентов используется широкий спектр клинических оценок 9,10,11. Аналогичным образом, создание успешной модели на крысах также требует использования инструментов быстрой оценки для определения ее валидности.
В этом исследовании мы представляем модель крысы с закрытой головой с мЧМТ, позволяющую исследовать мЧМТ способом, максимально приближенным к человеческому состоянию. Подробное описание модели и процедуры ее валидации дает всестороннее представление об экспериментальном подходе, используемом при изучении ЧМТ.
Protocol
Representative Results
Discussion
Эта модель успешно имитирует ЧМТ с закрытой головкой без необходимости разреза кожи головы или вскрытия черепа, обеспечивая более точное представление сценария воздействия, наблюдаемого в случаях с людьми. Избегание разреза кожи головы помогает предотвратить воспалительные реакции,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы хотим поблагодарить всех стипендиатов кафедры лабораторных животных Центрального Южного университета. Исследование выполнено при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (No 81971791); Шанхайская ключевая лаборатория судебной медицины, Ключевая лаборатория судебной медицины, Министерство юстиции, Китай (Академия судебной экспертизы) (No. KF202104).
Materials
| Acrylic box | In-house | N/A | 15 cm x 22 cm x 43 cm |
| Anesthesia Machine | RWD Life Science Co. | R540 Mice & Rat Animal Anesthesia Machine | |
| Helmet | In-house | N/A | Stainless-steel disk measuring 10 mm in diameter and 3 mm in thickness |
| Morris water maze | RWD Life Science Co. | Diameter 150 cm, height 50 cm,platform diameter 35 cm | |
| Open field | RWD Life Science Co. | 63007 | Width100 cm, height 40 cm |
| Panlab SMART V3.0 | RWD Life Science Co. | SMART v3.0 | |
| Perforated weight | In-house | N/A | Weight of 550 g and diameter of 18 mm |
| Pillow | In-house | N/A | Wedge-shaped sponge to place beneath the rat's head |
References
- Silverberg, N. D., Duhaime, A. C., Iaccarino, M. A. Mild traumatic brain injury in 2019-2020. JAMA. 323 (2), 177-178 (2020).
- Kim, K., Priefer, R. Evaluation of current post-concussion protocols. Biomedicine & Pharmacotherapy. 129, 110406 (2020).
- Peeters, W., et al. Epidemiology of traumatic brain injury in Europe. Acta Neurochirurgica (Wien). 157 (10), 1683-1696 (2015).
- Kabadi, S. V., Hilton, G. D., Stoica, B. A., Zapple, D. N., Faden, A. I. Fluid-percussion-induced traumatic brain injury model in rats. Nature Protocols. 5 (9), 1552-1563 (2010).
- Smith, D. H., et al. A model of parasagittal controlled cortical impact in the mouse: cognitive and histopathologic effects. Journal of Neurotrauma. 12 (2), 169-178 (1995).
- Feeney, D. M., Boyeson, M. G., Linn, R. T., Murray, H. M., Dail, W. G. Responses to cortical injury: I. Methodology and local effects of contusions in the rat. Brain Research. 211 (1), 67-77 (1981).
- Cernak, I., et al. The pathobiology of blast injuries and blast-induced neurotrauma as identified using a new experimental model of injury in mice. Neurobiology of Disease. 41 (2), 538-551 (2011).
- Shultz, S. R., et al. The potential for animal models to provide insight into mild traumatic brain injury: Translational challenges and strategies. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 76 (Pt B), 396-414 (2017).
- Chen, J., et al. Therapeutic benefit of intravenous administration of bone marrow stromal cells after cerebral ischemia in rats. Stroke. 32 (4), 1005-1011 (2001).
- Flierl, M. A., et al. Mouse closed head injury model induced by a weight-drop device. Nature Protocols. 4 (9), 1328-1337 (2009).
- Kane, M. J., et al. A mouse model of human repetitive mild traumatic brain injury. J Neuroscience Methods. 203 (1), 41-49 (2012).
- Mychasiuk, R., Farran, A., Esser, M. J. Assessment of an experimental rodent model of pediatric mild traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 31 (8), 749-757 (2014).
- Pham, L., et al. Mild closed-head injury in conscious rats causes transient neurobehavioral and glial disturbances: A novel experimental model of concussion. Journal of Neurotrauma. 36 (14), 2260-2271 (2019).
- Jacotte-Simancas, A., Molina, P., Gilpin, N. W. Repeated mild traumatic brain injury and JZL184 produce sex-specific increases in anxiety-like behavior and alcohol consumption in Wistar rats. Journal of Neurotrauma. , (2023).
- Levin, H. S., et al. Association of sex and age with mild traumatic brain injury-related symptoms: A TRACK-TBI study. JAMA Network Open. 4 (4), e213046 (2021).
