אינדוקציה של פגיעה מוחית Axonal בחולדות מבוסס על האצת הסיבוב
Summary
פרוטוקול זה מאמת אמין, קל לבצע ולהציג מכרסם מודל של פגיעה במוח מפוזר סיבי (DAI) הגורמת נזק לבנים נרחבים ללא שברים הגולגולת או חבורות.
Abstract
פגיעה מוחית טראומטית (TBI) היא גורם מרכזי למוות ולנכות. לפזר פציעה סיבי (DAI) הוא המנגנון השולט של פציעה באחוז גדול של מטופלים tbi הדורשים אשפוז. דאי כרוך נזק סיבי נרחב מטלטול, סיבוב או פציעה הפיצוץ, המוביל לפגיעה מהירה סיבי מתיחה ושינויים סיבי משניים המשויכים השפעה ארוכת טווח על התאוששות תפקודית. מבחינה היסטורית, מודלים ניסיוניים של DAI ללא פגיעה מוקד היו קשים לעיצוב. כאן אנו מאמתים מודל פשוט, מכרסם ואמין של מכרסמים של DAI הגורמת נזק לבנים נרחבים ללא שברים בגולגולת או חבורות.
Introduction
פגיעה מוחית טראומטית (TBI) היא גורם מרכזי למוות ולנכות בארצות הברית. Tbis תורמים כ -30% ממקרי המוות הקשורים לפציעה1,2. הגורמים המובילים של tbi שונים בין קבוצות הגיל וכוללים נפילות, התנגשויות במהירות גבוהה במהלך הספורט, פגיעה עצמית מכוונת, מנוע הרכב קריסות ותקיפות1,2,3.
המוח פגיעה סיבי (DAI) הוא סוג מסוים של tbi הנגרמת על ידי האצת סיבוב, טלטול או פגיעה הפיצוץ של המוח כתוצאה מתנועת הראש בלתי מוגבל ברגע לאחר פציעה4,5,6,7,8. דאי כרוך נזק סיבי נרחב המוביל לפגיעה נוירולוגית ארוכת טווח המשויך התוצאה הגרועה, עיק בריאות הטיפול עלויות, ו 33-64% שיעור תמותה1,2,4,5,9,10,11. למרות מחקר משמעותי לאחרונה לתוך הפתוגנזה של דאי, לא היה קונצנזוס על אפשרויות הטיפול הטוב ביותר11,12,13,14.
בעשורים האחרונים, מודלים ניסיוניים רבים ניסו לשכפל במדויק היבטים שונים של דאי11,12,15,16. עם זאת, מודלים אלה יש מגבלות בהתחשב התצוגה הייחודית של DAI לעומת פציעות מוקד אחרות. אלה דגמים קודמים לא רק לגרום לפציעה סיבי באזורים החומר הלבן אלא גם לגרום לפציעות מוחין מוקד. מבחינה קלינית, דאי מלווה בדימום מידי מיקרו, העשוי להוות גורם מרכזי לנזק לחומר הלבן.
רק שני דגמי בעלי חיים הוכחו לשכפל את התכונות הקליניות מפתח של DAI. Gennarelli ועמיתיו הפיק את המכשיר הראשון סיבוב הראש לרוחב ב 1982, באמצעות האצת שאינם השפעה הסיבוב הראש כדי לגרום לתרדמת עם DAI במודל פרימטים לא אנושי15. זה מודל הפרימטים מועסק סיבוב יחיד על האצה והאטה כדי לתפוס את הראש באמצעות 60 ° בתוך 10-20 ms. טכניקה זו היתה מסוגלת לחקות את התודעה לקויה ונזק האקאליות נרחב שדמה להשפעות של TBI חמור שנצפו במוח האנושי. עם זאת, מודלים פרימטים יקרים מאוד4,11,16. מבוסס בחלקו על הדגם הקודם, מודל חזיר של האצת סיבוב פגיעה במוח תוכנן ב 1994 (רוס ואח ‘) עם תוצאות דומות14.
אלה שני מודלים בעלי חיים, למרות שהם יצרו מצגות שונות של פתולוגיה טיפוסית, הוסיפו במידה רבה את המושגים של פתוגנזה DAI. סיבוב ראש מהיר מקובל בדרך כלל כשיטה הטובה ביותר לגרימת לדאי, ומכרסמים לספק מודל יקר פחות עבור לימודי סיבוב ראש מהיר11,16. כאן, אנו מאמתים מודל פשוט, מכרסם ואמין של מכרסמים של DAI הגורמת נזק לבנים נרחבים ללא שברים בגולגולת או חבורות. המודל הנוכחי יאפשר הבנה טובה יותר של הפתופסולוגיה של DAI ופיתוח של טיפולים יעילים יותר.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה מתאר מודל מכרסם של DAI. ב-DAI, האצת סיבוב על המוח גורמת אפקט הטיה המפעיל שינויים סיבי וביוכימיים המובילים לאובדן של תפקוד סיבי בתהליך פרוגרסיבי. שינויי סיבי משניים מיוצרים על ידי פציעה מתיחה מהירה סיבי והם משתנים במידה שלהם ואת חומרת4,5,<sup class="x…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מכירים בהכרת ד ר נתן קלייורין (המחלקה להנדסה מכנית, אוניברסיטת בן-גוריון) על עזרתו במידות ביו-מכניות. כמו כן, אנו מודים לפרופ ‘ אולינה סוינינסקה, מריאן קונשאבה, מח קריונוסוב, דארנה יאקומנקו ואבגניה גונצ’יק מהמחלקה לפיזיולוגיה, הפקולטה לביולוגיה, אקולוגיה ורפואה, יולס הונchar דניפרו, דניפרו, אוקראינה לתמיכה ותרומות מועילות לדיונים שלנו.
Materials
| 0.01 M sodium citrate | SIGMA – ALDRICH | ||
| 2.5% normal horse serum | SIGMA – ALDRICH | H0146 | Liquid |
| 4 % buffered formaldehyde solution | |||
| Anti-Amyloid Precursor Protein, C – terminal antibodyproduced in rabbit | SIGMA – ALDRICH | Lot 056M4867V | |
| biotinylated secondary antibody | Vector | BA-1000-1.5 | 10 mM sodium phosphate, pH 7.8, 0.15 M NaCl, 0.08% sodium azide, 3 mg/ml bovine serum albumin |
| bone-cutting forceps | |||
| DAB Peroxidase (HRP) Substrate Kit (with Nickel), 3,3’-diaminobenzidine | vector laboratory | ||
| embedding cassettes | |||
| ethanol 99.9 % | ROMICAL | Flammable Liquid | |
| guillotine | |||
| Hematoxylin | SIGMA – ALDRICH | H3136-25G | |
| Hydrogen peroxide solution | Millipore | 88597-100ML-F | |
| Isofluran, USP 100% | Piramamal Critical Care, Inc | ||
| Olympus BX 40 microscope | Olympus | ||
| paraffine | paraplast plus leica biosystem | Tissue embedding medium | |
| phosphate-buffered saline (PBS) | SIGMA – ALDRICH | P5368-10PAK | Contents of one pouch, when dissolved in one liter of distilled or deionized water, will yield 0.01 M phosphate buffered saline (NaCl 0.138 M; KCl – 0.0027 M); pH 7.4, at 25 °C. |
| Streptavidin HRP | ABCAM | ab64269 | Streptavidin-HRP for use with biotinylated secondary antibodies during IHC / immunohistochemistry. |
| xylene |
References
- Faul, M., Wald, M. M., Xu, L., Coronado, V. G. Traumatic brain injury in the United States; emergency department visits, hospitalizations, and deaths, 2002-2006. US Government. , (2010).
- Taylor, C. A., Bell, J. M., Breiding, M. J., Xu, L. Traumatic Brain Injury-Related Emergency Department Visits, Hospitalizations, and Deaths – United States, 2007 and 2013. MMWR Surveillance Summaries. 66, 1-16 (2017).
- Peterson, A. B., Xu, L., Daugherty, J., Breiding, M. J. Surveillance report of traumatic brain injury-related emergency department visits, hospitalizations, and deaths, United States, 2014. US Government. , (2014).
- Su, E., Bell, M. Diffuse axonal injury. Translational Research in Traumatic Brain Injury. 57, 41 (2016).
- Hammoud, D. A., Wasserman, B. A. Diffuse axonal injuries: pathophysiology and imaging. Neuroimaging Clinics. 12, 205-216 (2002).
- Adams, J. H., Graham, D. I., Gennarelli, T. A., Maxwell, W. L. Diffuse axonal injury in non-missile head injury. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 54, 481-483 (1991).
- Slazinski, T., Johnson, M. C. Severe diffuse axonal injury in adults and children. Journal of Neuroscience Nursing. 26, 151-154 (1994).
- Gentleman, S. M., et al. Axonal injury: a universal consequence of fatal closed head injury. Acta Neuropathologica. 89, 537-543 (1995).
- Marehbian, J., Muehlschlegel, S., Edlow, B. L., Hinson, H. E., Hwang, D. Y. Medical Management of the Severe Traumatic Brain Injury Patient. Neurocritical Care. 27, 430-446 (2017).
- Adams, J. H., et al. Diffuse axonal injury in head injury: definition, diagnosis and grading. Histopathology. 15, 49-59 (1989).
- Xiao-Sheng, H., Sheng-Yu, Y., Xiang, Z., Zhou, F., Jian-ning, Z. Diffuse axonal injury due to lateral head rotation in a rat model. Journal of Neurosurgery. 93, 626-633 (2000).
- Ross, D. T., Meaney, D. F., Sabol, M. K., Smith, D. H., Gennarelli, T. A. Distribution of forebrain diffuse axonal injury following inertial closed head injury in miniature swine. Experimental Neurology. 126, 291-299 (1994).
- Bullock, R. Opportunities for neuroprotective drugs in clinical management of head injury. Journal of Emergency Medicine. 11, 23-30 (1993).
- Gennarelli, T. A. Mechanisms of brain injury. Journal of Emergency Medicine. 11, 5-11 (1993).
- Gennarelli, T. A., et al. Diffuse axonal injury and traumatic coma in the primate. Annals of Neurology. 12, 564-574 (1982).
- Xiaoshengi, H., Guitao, Y., Xiang, Z., Zhou, F. A morphological study of diffuse axonal injury in a rat model by lateral head rotation trauma. Acta Neurologica Belgica. 110, 49-56 (2010).
- Zlotnik, A., et al. beta2 adrenergic-mediated reduction of blood glutamate levels and improved neurological outcome after traumatic brain injury in rats. Journal of Neurosurgical Anesthesiology. 24, 30-38 (2012).
- Boyko, M., et al. An Alternative Model of Laser-Induced Stroke in the Motor Cortex of Rats. Biological Procedures Online. 21, 9 (2019).
- Boyko, M., et al. The neuro-behavioral profile in rats after subarachnoid hemorrhage. Brain Research. 1491, 109-116 (2013).
- Ma, J., Zhang, K., Wang, Z., Chen, G. Progress of Research on Diffuse Axonal Injury after Traumatic Brain Injury. Neural Plasticity. 2016, 9746313 (2016).
- Medana, I. M., Esiri, M. M. Axonal damage: a key predictor of outcome in human CNS diseases. Brain. 126, 515-530 (2003).
- Tang-Schomer, M. D., Johnson, V. E., Baas, P. W., Stewart, W., Smith, D. H. Partial interruption of axonal transport due to microtubule breakage accounts for the formation of periodic varicosities after traumatic axonal injury. Experimental Neurology. 233, 364-372 (2012).
- Johnson, V. E., Stewart, W., Smith, D. H. Traumatic brain injury and amyloid-beta pathology: a link to Alzheimer’s disease. Nature Reviews Neuroscience. 11, 361-370 (2010).
- Sherriff, F. E., Bridges, L. R., Sivaloganathan, S. Early detection of axonal injury after human head trauma using immunocytochemistry for beta-amyloid precursor protein. Acta Neuropathologica. 87, 55-62 (1994).
- Reichard, R. R., White, C. L., Hladik, C. L., Dolinak, D. Beta-amyloid precursor protein staining of nonaccidental central nervous system injury in pediatric autopsies. Journal of Neurotrauma. 20, 347-355 (2003).
- Gentleman, S. M., Nash, M. J., Sweeting, C. J., Graham, D. I., Roberts, G. W. Beta-amyloid precursor protein (beta APP) as a marker for axonal injury after head injury. Neuroscience Letters. 160, 139-144 (1993).
- Smith, D. H., Hicks, R., Povlishock, J. T. Therapy development for diffuse axonal injury. Journal of Neurotrauma. 30, 307-323 (2013).
- McKenzie, K. J., et al. Is beta-APP a marker of axonal damage in short-surviving head injury. Acta Neuropathologica. 92, 608-613 (1996).
- Wilkinson, A., Bridges, L., Sivaloganathan, S. Correlation of survival time with size of axonal swellings in diffuse axonal injury. Acta Neuropathologicaogica. 98, 197-202 (1999).
- Thompson, H. J., et al. Lateral fluid percussion brain injury: a 15-year review and evaluation. Journal of Neurotrauma. 22, 42-75 (2005).
- Alder, J., Fujioka, W., Lifshitz, J., Crockett, D. P., Thakker-Varia, S. Lateral fluid percussion: model of traumatic brain injury in mice. Journal of Visualized Experiments. , e3063 (2011).
- Povlishock, J., Marmarou, A., McIntosh, T., Trojanowski, J., Moroi, J. Impact acceleration injury in the rat: evidence for focal axolemmal change and related neurofilament sidearm alteration. Journal of Neuropathology & Experimental Neurology. 56, 347-359 (1997).
- Heath, D. L., Vink, R. Impact acceleration-induced severe diffuse axonal injury in rats: characterization of phosphate metabolism and neurologic outcome. Journal of Neurotrauma. 12, 1027-1034 (1995).
- Lighthall, J. W. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model. Journal of Neurotrauma. 5, 1-15 (1988).
- Palmer, A. M., et al. Traumatic brain injury-induced excitotoxicity assessed in a controlled cortical impact model. Journal of Neurochemistry. 61, 2015-2024 (1993).
- Hamm, R. J., et al. Cognitive deficits following traumatic brain injury produced by controlled cortical impact. Journal of Neurotrauma. 9, 11-20 (1992).
- Nyanzu, M., et al. Improving on Laboratory Traumatic Brain Injury Models to Achieve Better Results. International Journal of Medical Sciences. 14, 494-505 (2017).
- Xiong, Y., Mahmood, A., Chopp, M. Animal models of traumatic brain injury. Nature Reviews Neuroscience. 14, 128-142 (2013).
- Lighthall, J. W., Dixon, C. E., Anderson, T. E. Experimental models of brain injury. Journal of Neurotrauma. 6, 83-97 (1989).
- Meaney, D. F., et al. Modification of the cortical impact model to produce axonal injury in the rat cerebral cortex. Journal of Neurotrauma. 11, 599-612 (1994).
