JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neuroscience

Rotasyonel İvmeye Dayalı Sıçanlarda Diffüz Aksonal Beyin Hasarıİn İndüksiyonu

Published: May 09, 2020
doi:
10.3791/61198
, , , , , , , , ,
1Division of Anesthesia and Critical Care, Soroka University Medical Center and the Faculty of Health Sciences,Ben-Gurion University of the Negev, 2Department of Neurosurgery, Soroka University Medical Center and the Faculty of Health Sciences,Ben-Gurion University of the Negev, 3Department of Anesthesiology,Yale University School of Medicine, 4Recanati School for Community Health Professions, Faculty of Health Sciences,Ben-Gurion University of the Negev, 5Department of microbiology and immunology, Faculty of Health Sciences,Ben-Gurion University of the Negev

Summary

Bu protokol, kafatası kırıkları veya çürükler olmadan yaygın beyaz madde hasarına neden olan güvenilir, kolay ve tekrarlanabilir bir kemirgen beyin diffüz aksonal yaralanma (DAI) modelini doğrular.

Abstract

Travmatik beyin hasarı (TBI) ölüm ve sakatlık önemli bir nedenidir. Diffüz aksonal yaralanma (DAI), hastaneye yatış gerektiren TBI hastalarının büyük bir yüzdesinde yaralanmanın baskın mekanizmasıdır. DAI sallayarak yaygın aksonal hasar içerir, rotasyon veya patlama yaralanması, fonksiyonel kurtarma üzerinde uzun süreli etkisi ile ilişkili hızlı aksonal streç yaralanma ve ikincil aksonal değişikliklere yol açan. Tarihsel olarak, odak yaralanması olmadan DAI deneysel modeller tasarımı zor olmuştur. Burada kafatası kırıkları veya çürükler olmadan yaygın beyaz madde hasarına neden olan DAI basit, tekrarlanabilir ve güvenilir kemirgen modeli doğrulayın.

Introduction

Travmatik beyin hasarı (TBI) Amerika Birleşik Devletleri’nde ölüm ve sakatlık önemli bir nedenidir. Tüberküloz tüm yaralanmaya bağlı ölümlerin yaklaşık% 30 katkıda1,2. TBI önde gelen nedenleri yaş grupları arasında farklılık ve düşme dahil, spor sırasında yüksek hızlı çarpışmalar, kasıtlı kendine zarar, motorlu araç kazaları ve saldırılar1,2,3.

Beyin diffüz aksonal yaralanma (DAI) rotasyonel ivme ile indüklenen TBI belirli bir türüdür, yaralanma sonra anında sınırsız kafa hareketi sonucu beynin sallayarak veya patlama yaralanması4,5,6,7,8. DAI kötü sonuç ile ilişkili uzun süreli nörolojik bozulmaya yol açan yaygın aksonal hasar içerir, külfetli sağlık maliyetleri, ve 33-64% mortalite oranı1,2,4,5,9,10,11. DAI patogenezi içine önemli son araştırmalara rağmen, en iyi tedavi seçenekleri 11 , 12,,13,1214üzerinde bir fikir birliği olmamıştır.14

Son yıllarda, çok sayıda deneysel modeller doğru DAI11, 12,,15,16farklı yönlerini çoğaltmak için çalıştık.12 Ancak, bu modeller dai benzersiz sunumu verilen sınırlamalar diğer odak yaralanmaları ile karşılaştırıldığında var. Bu önceki modeller sadece beyaz madde bölgelerinde aksonal yaralanmalara neden değil, aynı zamanda fokal serebral yaralanmalara neden. Klinik olarak, DAI mikro kanamalar eşlik eder, hangi beyaz maddeye zarar önemli bir neden teşkil edebilir.

DAI’nin temel klinik özelliklerini taklit etmek için sadece iki hayvan modeli gösterilmiştir. Gennarelli ve arkadaşları ilk lateral kafa rotasyon cihazı üretilen 1982, insan olmayan bir primat modelinde DAI ile komaya neden olmak için darbesiz kafa dönme ivmesi kullanarak15. Bu primat modeli, 10-20 ms içinde başın 60° üzerinden yerinden edilmesi için kontrollü tek rotasyon uğrama neden oldu. Ancak, primat modelleri çok pahalı4,11,16. Önceki modele göre kısmen, rotasyonel ivme beyin hasarı bir domuz modeli 1994 yılında tasarlanmıştır (Ross ve ark.) benzer sonuçlar14.

Bu iki hayvan modeli, tipik patolojinin farklı sunumlarını üretseler de, DAI patogenezi kavramlarına büyük ölçüde katkıda bulunmaktadır. Hızlı baş rotasyonu genellikle DAI indükleme için en iyi yöntem olarak kabul edilir, ve kemirgenler hızlı kafa rotasyonçalışmaları için daha az pahalı bir model sağlamak11,16. Burada, kafatası kırıkları veya çürükler olmadan yaygın beyaz madde hasarına neden olan DAI basit, tekrarlanabilir ve güvenilir bir kemirgen modelini doğrulıyoruz. Bu mevcut model DAI patofizyolojisi ve daha etkili tedavilerin geliştirilmesi daha iyi anlaşılmasını sağlayacaktır.

Protocol

Deneyler Helsinki ve Tokyo Bildirileri’nin ve Avrupa Topluluğu’nun Deneysel Hayvanlarının Kullanımına İlişkin Yönergeler’in önerileri doğrultusunda gerçekleştirilmiştir. Deneyler Negev Ben-Gurion Üniversitesi Hayvan Bakım Komitesi tarafından onaylandı. 1. Farelerin deneysel prosedüre hazırlanması NOT: 300-350 g ağırlığında yetişkin erkek Sprague-Dawley sıçanları seçin. Bu deneylerin kurumsal hayvan bakım ve kullanım komitesi…

Representative Results

Tablo 1 protokol zaman çizelgesini göstermektedir. Bu DAI modelinde mortalite oranı %0 idi. Mann-Whitney testi, müdahaleden sonraki 48 saat içinde 15 dai sıçana kıyasla 15 DAI sıçanda nörolojik açığın anlamlı olarak daha fazla olduğunu göstermiştir (Mdn = 1 vs. 0), U = 22.5, p < 0.001, r = 0.78 (bkz. Tablo 2). Veriler sayımlarda ölçülür ve ortanca ve yüzde 25-75 aralığı olarak sunulur. Beyin dokusunun talamik bölümlerinin temsili …

Discussion

Bu protokol DAI bir kemirgen modeli açıklar. DAI olarak, beyinde dönme ivme ilerleyici bir süreçte aksonal fonksiyon kaybına yol aksonal ve biyokimyasal değişiklikleri tetikleyen bir kesme etkisi neden olur. Sekonder aksonal değişiklikler hızlı aksonal streç yaralanması ile üretilen ve kendi ölçüde ve şiddeti4değişkendir ,5,10. Primer yaralanmadan sonraki günler ekadar, biyokimyasal değişiklikler aksonal …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar minnetle Dr Nathan Kleeorin (Makine Mühendisliği Bölümü, Ben-Gurion Üniversitesi Negev) biyomekanik ölçümler ile yaptığı yardım için kabul. Ayrıca, Profesör Olena Severynovska, Maryna Kuscheriava, Maksym Kryvonosov, Daryna Yakumenko ve Evgenia Goncharyk Fizyoloji Bölümü, Biyoloji, Ekoloji ve Tıp Fakültesi, Oles Honchar Dnipro Üniversitesi, Dnipro, Ukrayna’ya destek ve tartışmalarımıza yardımcı katkılarından dolayı teşekkür ederiz.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Su, E., Bell, M. Diffuse axonal injury. Translational Research in Traumatic Brain Injury. 57, 41 (2016).
  5. Hammoud, D. A., Wasserman, B. A. Diffuse axonal injuries: pathophysiology and imaging. Neuroimaging Clinics. 12, 205-216 (2002).
  6. 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).
  7. Slazinski, T., Johnson, M. C. Severe diffuse axonal injury in adults and children. Journal of Neuroscience Nursing. 26, 151-154 (1994).
  8. Gentleman, S. M., et al. Axonal injury: a universal consequence of fatal closed head injury. Acta Neuropathologica. 89, 537-543 (1995).
  9. 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).
  10. Adams, J. H., et al. Diffuse axonal injury in head injury: definition, diagnosis and grading. Histopathology. 15, 49-59 (1989).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Bullock, R. Opportunities for neuroprotective drugs in clinical management of head injury. Journal of Emergency Medicine. 11, 23-30 (1993).
  14. Gennarelli, T. A. Mechanisms of brain injury. Journal of Emergency Medicine. 11, 5-11 (1993).
  15. Gennarelli, T. A., et al. Diffuse axonal injury and traumatic coma in the primate. Annals of Neurology. 12, 564-574 (1982).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Boyko, M., et al. An Alternative Model of Laser-Induced Stroke in the Motor Cortex of Rats. Biological Procedures Online. 21, 9 (2019).
  19. Boyko, M., et al. The neuro-behavioral profile in rats after subarachnoid hemorrhage. Brain Research. 1491, 109-116 (2013).
  20. Ma, J., Zhang, K., Wang, Z., Chen, G. Progress of Research on Diffuse Axonal Injury after Traumatic Brain Injury. Neural Plasticity. 2016, 9746313 (2016).
  21. Medana, I. M., Esiri, M. M. Axonal damage: a key predictor of outcome in human CNS diseases. Brain. 126, 515-530 (2003).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Smith, D. H., Hicks, R., Povlishock, J. T. Therapy development for diffuse axonal injury. Journal of Neurotrauma. 30, 307-323 (2013).
  28. McKenzie, K. J., et al. Is beta-APP a marker of axonal damage in short-surviving head injury. Acta Neuropathologica. 92, 608-613 (1996).
  29. 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).
  30. Thompson, H. J., et al. Lateral fluid percussion brain injury: a 15-year review and evaluation. Journal of Neurotrauma. 22, 42-75 (2005).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. Lighthall, J. W. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model. Journal of Neurotrauma. 5, 1-15 (1988).
  35. Palmer, A. M., et al. Traumatic brain injury-induced excitotoxicity assessed in a controlled cortical impact model. Journal of Neurochemistry. 61, 2015-2024 (1993).
  36. Hamm, R. J., et al. Cognitive deficits following traumatic brain injury produced by controlled cortical impact. Journal of Neurotrauma. 9, 11-20 (1992).
  37. Nyanzu, M., et al. Improving on Laboratory Traumatic Brain Injury Models to Achieve Better Results. International Journal of Medical Sciences. 14, 494-505 (2017).
  38. Xiong, Y., Mahmood, A., Chopp, M. Animal models of traumatic brain injury. Nature Reviews Neuroscience. 14, 128-142 (2013).
  39. Lighthall, J. W., Dixon, C. E., Anderson, T. E. Experimental models of brain injury. Journal of Neurotrauma. 6, 83-97 (1989).
  40. 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).

Tags

Diffuse Axonal Brain InjuryTraumatic Brain InjuryRotational AccelerationSprague-Dawley RatsNeurological Severity ScoreBeta-amyloid Precursor ProteinImmunochemical StainingBrain Injury Model

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Frank, D., Melamed, I., Gruenbaum, B. F., Grinshpun, J., Kuts, R., Shvartsur, R., Azab, A. N., Assadi, M. H., Vinokur, M., Boyko, M. Induction of Diffuse Axonal Brain Injury in Rats Based on Rotational Acceleration. J. Vis. Exp. (159), e61198, doi:10.3791/61198 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image