이 문서는 기본 폭발 외상 성 뇌 손상의 새로운 모델을 설명합니다. 압축 공기 구동된 충격 튜브는 단일 충격파를 마우스 hippocampal 슬라이스 문화 체 외에 노출 하는 데 사용 됩니다. 이것은 높은 처리량을 가진 재현할 수 뇌 조직 손상 생성 하는 간단 하 고 빠른 프로토콜 이다.
외상 성 뇌 손상 죽음 및 군과 민간인 인구에서 장애의 주요 원인입니다. 그러나 폭발 장치, 폭발에서 돌풍 외상 성 뇌 부상 결과, 폭발 압력 노출에서 유래한 뇌 손상의 기반이 되는 메커니즘 완전히 이해 되지 않는다 고 뇌 손상의이 유형에 고유한 것으로 추정 된다. 전 임상 모델은 폭발 유도 뇌 손상 더 나은 이해에 기여 하는 중요 한 도구입니다. 소설 체 외에서 폭발 TBI 모델 프리 파형에 의해 만들어진 실제 오픈 필드 폭발 파도 시뮬레이션 하는 전면적인 충격 튜브를 사용 하 여 개발 되었다. C57BL/6N 마우스 organotypic hippocampal 슬라이스 문화 단일 충격파에 노출 됐다 고 상해의 개발 했다 72 h 세포 침투 propidium 요오드 화물, 세포 손상만의 잘 설립 형광 마커를 사용 하 여 최대 특징 세포 막 손상. Propidium 요오드 화물 형광 조각 프로토콜의 기간 내내 가짜 조각에 비해 폭발 파에 노출에 상당히 높았다. 뇌 조직 손상 매우 재현 하 고 적용 하는 충격파의 피크 압력에 비례 이다.
폭발 외상 성 뇌 손상 (TBI) 폭발 장치1,2의 폭발에서 발생 하는 뇌 손상의 복잡 한 형식입니다. 폭발 TBI 이라크와 아프가니스탄2,3최근 군사 충돌로 지난 15 년 동안 건강 문제는 메이저로 떠오르고 있다. 전반적으로, 그것은 그 4.4%와 22.8% 이라크와 아프가니스탄에서 돌아온 군인의 고통을 온화한 TBI, 영국 세력4와 비교 하는 미군에서 폭발 TBI의 높은 보고 된 속도와 폭발에 관련 되는 이들의 큰 비율 추정 ,5.
즉흥적으로 폭발 장치를 사용 하 여 폭발 관련 된 외상, 폭발 TBI, 군대6인 내를 포함 하 여의 대부분에 대 한 책임 되었습니다. 매우 빠른 귀착되는 폭발물의 폭발-하지만 과도-밀리초에서 발생 하는 압력에 있는 증가. 실제 무료 필드 폭발에서 결과 압 파 프리 기능 뒤에 지 수 감퇴7,8피크 압력을 갑자기 증가 함께 모델입니다. 극단적인 세력과 폭발 이벤트에서 본 그들의 급속 한 시간 코스의 범위는 일반적으로 비 폭발 충격1,9에서 경험 하지. 파형의 최대 압력 이며 긍정적인 파 기간 피크 압력 폭발 뇌 손상에 중요 한 헌 납 될 것으로 추정 된다 고이 폭발성 충전 및 폭발10, 거리에 따라 달라 집니다. 11.
외상 폭발성 폭발에서 결과 기본, 2 차, 3 차 및 4 급 폭발 부상10,12,,1314로 지정 하는 4 개의 개별 부품으로 분류 됩니다. 이러한 각 구성이 요소는 상해의 특정 메커니즘에 연관 됩니다. 1 차 폭발 부상 장기와 조직2,13에 압력 파의 직접 행동에서 유래한 다. 두 사물 파편의 영향에서 2 차 폭발 부상 결과,2,15상처를 일으키는 관통 및 관통 비. 3 차 폭발 부상 피해자의 시체 지상 또는 주변 개체에 대 한 난민은 가속/감속 세력1,,1013와 연결 하는 경우 발생 합니다. 제 사기 돌풍 상해 처음 3 부상 메커니즘 설명된12,13에 의해 포함 되지 않는 폭발에 직결 하는 상해의 다른 유형의 그룹을 설명 합니다. 그것은 포함 한다 (하지만에 국한 되지 않습니다) 열 상해, 연기 흡입, 방사선, 전자파, 그리고 심리적 부작용13,15. 대부분 폭발 관련 TBI 폭발 부상의 제 사기 메커니즘은 일반적으로 관련 된 조직의 부상13상해의 처음 세 가지 메커니즘에서 직접 발생 합니다. 효과의 가속/감속 세력 (예, 골절), 둔 하 고 관통 외상 성 뇌 손상 광범위 하 게 연구 TBI (예를 들어, 자동차 충돌, 폭포, 탄도 상해)의 다른 종류에 관하여. 그러나, 기본 폭발 압력 파와 폭발 부상에 독특한 뇌 조직에 미치는 효과 훨씬 잘 이해16. 압력 파와 관련 된 기본 폭발 부상 메커니즘 두뇌와 상호 작용 하는 기계적인 힘의 처음은.
부상 및 병 태 생리학의 폭발 TBI 메커니즘을 이해 하 고 그렇지 않으면 불가능 한 것만 할 잠재적인 새로운 치료 조사에 귀중 한 되었습니다. 지난 수 십년 동안 수많은 임상 TBI 모델 개발 되었습니다. 임상에서는17,,1819설정합니다. 아니 단일 전 임상 모델 임상 폭발 두뇌 외상의 복잡성을 재현할 수, 있지만 일반적으로 다른 전 임상 TBI 모델 인간의 TBI의 복제. 폭발 폭발과 관련 된 세력의 파괴적인 행동은 고립에서 또는 생체 외에서 그리고 vivo에서 폭발 TBI 모델에서 조합에서 공부 될 수 있다. 생체 외에서 모델을 생물 학적 다양성 감소의 연구 허용 재현성 향상 실험 환경 (조직 생리 조건 및 상해 역학), 꽉 제어를 허용의 이점이 있다 특정 분자 confounders 동물에20모델 없이 폭포. 우리의 목표는 뇌 조직에 1 차 폭발의 효과 조사 하기 위해 생체 외에서 모델을 개발 했다. 우리는 즉흥적으로 폭발 장치 (IED)에 의해 생산 등 무료 필드 폭발 프리 파형 대표 초음속 충격파를 사용 하 여 모델을 개발을 목적으로.
폭발 폭발 부상 폭발 외상에 고유 이며 그것은 기본 TBI (1 차, 2 차 및 3 차 폭발 부상 메커니즘)과 관련 된 상해의 모든 메커니즘 중 적어도 폭발 관련 된 메커니즘1,2 이해 . 여기에 설명 된 소설 프로토콜 기본 폭발 TBI는 재현의 창조를 허용 하는 간단 하 고 빠른 프로토콜을 사용 하 여 단일 충격파를 마우스 hippocampal 슬라이스 문화 체 외에 노출 하는 전면적인 충격 튜브를 사용 하 여 연구 개발한 1 차 폭발 TBI 높은 처리량입니다.
최초의 체 외에서 1 차 폭발 TBI 모델 셀26,27에 액체 정역학 압력 파를 적용. 그러나, 압력 출력 액체 정역학 압력 펄스 기간 공중 폭발 압력 파13보다 훨씬 더 오래 되면서 프리 기능을 모델링 하지 않았다. 프리 기능 특성 충격 튜브1,8를 사용 하 여 실험실에서 쉽게 모델 수 수 있습니다. 충격 관을 변화 하 여 피크 압력, 긍정적인 파 기간 및 충 동, 같은 웨이브 매개 변수를 정밀 하 게 제어 하면서 기존의 실험실 환경에서 실제 오픈 필드 폭발을 시뮬레이션 하는 충격 파도 생성할 수 있다는 막 소재 및 두께, 드라이버 볼륨8,,2829.
모델 간단한 체 외에서 세포 배양에는 일반적으로 세포 유형 및 시 냅 스 연결30이 부족합니다. 최근, 뇌 세포 생체 외에서 통합 하는 다른 세포 유형 ‘ spheroids’에서 폭발의 효과 조사31되었습니다. 이러한 재미 있는 준비의 추가 조사 공훈입니다; 그러나, 그것 아니다 분명 어떻게 그들의 세포 조직과 연결 그대로 뇌를 거울. OHSC은는 잘 설립 된 생체 외에서 실험 모델23,32, 문화에 쉽게 그들의 3 차원 조직 cytoarchitecture, 세포 분화 및 시 냅 스 연결은 잘 보존 하 고 매우 그 비보에33,,3435,36. 와 비슷한 OHSCs 세포 배양과는 vivo에서 모델23,32사이 복잡 한 중간 수준을 나타냅니다. OHSCs는 vivo에서 모델에서 볼 에 체 외 병 적인 신경 계곡을 재현 하 여 잠재적인 신경 보호 약물의 심사에의 그들의 메커니즘을 이해에 매우 유용 하 게 되었습니다. 입증 되었습니다. 액션17,,2122,37,38. 마지막으로, 해부학 영역 공부, 해 마, 변환 TBI 연구, 관련성이 높은이 지역 자주 TBI 환자39,,4041에 손상 된 경우. 그러나 OHSC 모델 폭발 TBI28,42,,4344에 사용 되었습니다, 그리고, 우리의 모델은 비교적 간단 하 고 어느 수평에 기존 충격 관에 적응 또는 수직 수 복잡 한 적응 하지 않고 구성입니다.
OHSC 시간34이상 생물학 과정의 조사를 용이 하 게 하는 많은 일에 대 한 문화에 보관 될 수 있습니다. 이 모델에서 조직 상해 충격파 노출의 결과 매일 측정 되었다 3 일 동안, 폭발 노출 propidium 요오드 화물, 세포 손상의 잘 설립 된 마커를 사용 하 여 다음. Propidium 요오드 화물 독성 높은 북극 염료 침투와 손상 된 세포 막, 그것은 핵 산을 하 고 전시 하는 독특한 밝은 빨간색 형광24,,2545셀입니다. Propidium 요오드 화물 측정 형광 Nissl46,47얼룩을 사용 하 여 손상 된 세포 수와 좋은 상관 관계를 보였다.
이 모델에서 생산 하는 부상 했다 확산 (그림 2C), 그 전체 조각의 형광 분석, 유사한 다른 뇌 부상 패러다임21,22 에 이전에 게시 작업을 수행할 때 측정 되었다 다른 시험관에서 수행 되었습니다 특정 지역, 사용 하는 대신 폭발 TBI28,,4344,48모델. 이 문서에서 설명 하는 모델에 사용 되는 글로벌 접근 또한 관심의 영역을 정의 하 고 폭발 관련 된 상해의 더 포괄적인 그림을 제공 한다 개요 도입 잠재적인 변화를 제거 합니다. 쇼크 웨이브 피크 overpressures, 50 kPa와 55 kPa, 중요 한 생산 (p < 0.05와 p < 0.0001, 각각) 가짜 조각 (그림 2B)에 비해 부상. 예상 대로, 가장 높은 피크 압력으로 쇼크 웨이브 55 kPa, 생산 50 kPa 파도 보다 더 많은 부상. 격리 된 뇌와 생체 외에서 모델에 조직을 직접 노출 충격파, 정확 하 게 전체 유기 체 또는 인간을 확장 하는 방법을 간단 하지 않습니다. 그럼에도 불구 하 고, 우리가 사용 하는 충격파 피크 overpressures 분야, 일반적으로 50-1000 인민군8,49에서 관찰의 범위 내에 있습니다.
그들이 충격파 노출 프로토콜을 통해 오염 으로부터 자유를 보장 하면서 생리 온도 산소와 이산화탄소의 수준에 노출 하는 OHSC를 유지 하기 위해 조직 문화 삽입으로 살 균 밀봉 했다 무 균 기술, 37 ° C로 예 열 하 고 갓 95% 산소와 5% 이산화탄소, 유사 하 게 이전에 게시 작업28,,4344 와 함께 부풀어 실험 매체에 잠긴 다음 폴 리 에틸렌 봉투 48. 이러한 모델을 복잡 한 장치를이 프로토콜에서 충격파 노출 동안 멸 균 가방을 개최 하는 데 사용 했다 반대로 간단 하 고 빠른 방법은 (그림 1A, C 충격 관 출구 앞 OHSC 조직 문화 삽입을 중단 하 사용 되었다 ). 이 문서에서 설명 하는 모델 저체온증의 위험을 최소화 하면서 처리 및 높은 처리량을 수 있습니다. 이러한 측면은 특히 neuroprotection 연구 관련 주어진 어떤 치료 내정간섭 TBI 후 잠재적인 응용 프로그램의 매우 제한 된 시간 창에 있을 수 있습니다. 이 소설 충격파 노출 프로토콜 6 ~ 9 시간 (약 1 시간)의 짧은 간격에 충격파에 노출 될 (일반적으로 36 54 hippocampal organotypic 조직 조각)을 삽입 하는 조직 문화를 수 있습니다.
OHSCs에 걸쳐 무 균 기술이 필요로합니다. 그것은 무 균 층 류 두건은 경작을 통해 및 폭발에 대 한 살 균 가방을 전송할 때 사용 하는 것이 중요입니다. 위해 장소에 6-잘 접시의 뚜껑으로 무 균 조건 하에서 조각 영상, 우리는 현미경의 초점 평면에 셀 문화 삽입 인상 주문 품 금속 고리를 사용 합니다. 우리의 프로토콜의 중요 한 부분이 우리 모든 실험에서 손상 되지 않은 가짜 조각 포함입니다. 가짜 조각 폭발 슬라이스는 충격 관 하지 해; 예외가와 동일 하 게 처리 됩니다. 또 다른 중요 한 단계는 모든 슬라이스는 부상 또는 조각 사용의 인구의 건강 동일 (그림 2B) 되도록 가짜 치료 전에 1 h 몇 군데입니다.
측정 시간이 지남에 조각에 셀 부상, 뿐만 아니라 조직 기존의 immunohistochemistry50에 대 한 실험의 끝에 해결할 수 있습니다. 우리가 개발 하 고 평가 마우스 hippocampal 분할 영역을 사용 하 여 메서드. 그러나, 우리의 기술 척수, 망막, 폐 등 상피 조직 문화에서 성장 될 수 있다 다른 직물을 사용 하 여 쉽게 적용할 수 있습니다. 이 종이 우리의 이전 작업 모델을, 우리만 하나의 폭발에 노출의 효과 조사. 그러나, 모델 또는 다른 조직에 반복 된 저수준 폭발의 효과 조사 하는 데 적합 것입니다. OHSCs 문화에 많은 주 동안 보관 하실 수 있습니다 또는 심지어 개월, 만성 효과 조사를 허용.
생체 외에서 모델, vivo에서 모델을 보다 간단 하 게 되 고 더 높은 처리량, 덜 비싼 그리고 실험 일반적으로 더 짧은 시간 규모17에 완료 될 수 있다. 그러나, 생체 외에서 모델을 사용 하 여 얻은 결과 체 외에서 배양 조직 인공 환경에서 유지 되 고 무엇 으로부터 부상에 다르게 응답할 수 있습니다 동물 모델에서 유효성을 검사할 필요가 것 vivo에서17. 그럼에도 불구 하 고, 생체 외에서 모델 증가 뇌 상해의 우리의 이해에 매우 중요 한 그리고 더 복잡 한 생체 내에서 사용 하기 전에 신경 보호 약물 검사에서17,22 모델 , 51 , 52. 많은 장점을 제공 하는이 모델에 의해 생체 외에서 모델 키 기능 TBI의 동물과 vivo에서 모델, 혈관 시스템에 영향에 존재 부족을 주의 하는 것이 중요 하다 고 증가 intracranial 압력, 조직의 면역 반응 및 전체 동물에서 생체 외에서 모델에서 발견 하는 결과 확인 하는 필요를 강조 기능 행동 장애. 그럼에도 불구 하 고, 체 외에서 이 문서에서 설명 하는 모델 등 모델 매우 유용 translationally 관련 과학적 도구입니다.
결론적으로,이 작품 마우스 organotypic hippocampal 조직 문화를 긴밀 하 게 제어 하 고 재현할 수 실제 관련 충격파 실험실 충격 튜브를 사용 하 여에 노출 되는 단순 하 고 간단 소설 메서드를 설명 합니다. Propidium 요오드 화물, 세포 손상의 잘 설립 된 마커를 사용 하 여 계량 했다 결과 글로벌 부상 재현성 이며 적용 하는 충격파의 피크 압력에 비례 이다.
The authors have nothing to disclose.
지원: 국방 의학, 버밍엄, 영국, 폭발 부상 연구, 임페리얼 칼리지 런던, 로얄 영국 군단 센터에 대 한 로얄 센터 영국. 의료 연구 위원회, 런던, 영국 (MC_PC_13064; MR/N027736/1). 가스 안전 신망, 런던, 영국. 리 타 캄포 스 피 레 스는 Fundação 파라에서 박사 교육 상 받는 과학 전자 기술, 리스본, 포르투갈. 케이티 해리스는 웨스트 민스터 의료 학교 연구 트러스트, 런던, 영국에서 박사 학위 재학의 수령인 이었다.
이 모델에 대 한 폭발 부상 연구 (RBLCBIS) 제국 대학에서 왕 영국 운 단 센터의 지원으로 개발 되었다. 우리는 로얄 영국 군단의 재정 지원을 하 고 싶습니다. 연구원 협력 또는 더 세부 사항에 관심이 있습니다 연락 저자 또는 RBLCBIS.
우리 감사 박사 Amarjit Samra, 감독 연구, 로얄 센터 국방 의학, 버밍엄, 영국,이 작업을 지원 하기 위한 스 캇 암스트롱, 외과 및 암, 임페리얼 칼리지 런던, 예비 실험에 대해 Theofano Eftaxiopolou, 하 리 Arora & 루즈 Ngoc 응웬, 학과의 공학 제국 대학 런던, 윌리엄 긍지, 부의 물리학 임페리얼 칼리지 런던, 충격-튜브, Raquel Yustos에 대 한 조언 연구 기술자, 부서 생명 과학, 제국 대학 런던, 기술 지원, 폴 브라운 MBE, 워크숍 관리자와 Steve 넬슨, 워크샵 기술자, 물리, 금속을 만들기 위한 임페리얼 칼리지 런던, 반지, 물리학의 부의 닐 파월 임페리얼 칼리지 런던, 작품에 대 한입니다.
Geys balanced salt solution | Sigma UK | G9779 | |
D- glucose | Sigma UK | G8270 | |
Antibiotic/antimycotic | Sigma UK | A5955 | |
Minimum essential medium Eagle | Sigma UK | M4655 | |
Hanks balanced salt solution | Sigma UK | H9269 | |
Horse serum | Sigma UK | H1138 | |
L-glutamine | Sigma UK | G7513 | |
HEPES | VWR Prolabo, Belgium | 441476L | |
Sodium hydroxide | Sigma UK | S-0945 | |
Tissue culture inserts | Millicell CM 30 mm low height Millipore | PICM ORG 50 | |
6-well plates | NUNC, Denmark | 140675 | |
Propidium iodide | Sigma UK | P4864 | |
Sterile polyethylene bags – Twirl'em sterile sample bags | Fisherbrand | 01-002-30 | |
Portex Avon Kwill Filling Tube 5" (127mm) | Smiths Medical Supplies | E910 | |
Epifluorescence microscope | NIKON Eclipse 80i, UK | ||
Microscope objective | Nikon Plan UW magn. 2x, NA 0.06, WC 7.5 mm | ||
Microscope filter | Nikon G-2B (longpass emission) | ||
Mylar electrical insulating film, 304 mm x 200 mm x 0.023 mm | RS Components UK | 785-0782 | |
Pressure transducer | Dytran Instruments Inc. | 2300V1 | |
Tissue chopper | Mickle Laboratory Engineering Co., Guildford, Surrey, United Kingdom. | Mcllwain tissue chopper | |
Silicone elastomer | Dow Corning, USA | Sylgard 184 | |
Graphing & statistics software | GraphPad Software, USA | Prism 7.0 |