基于旋转加速度的大鼠弥漫性轴索脑损伤诱导方法
2020年5月9日
本方案验证了一种可靠、易于操作且可重复的啮齿类动物脑弥漫性轴索损伤（DAI）模型，该模型可诱导广泛的白质损伤，且不伴随颅骨骨折或挫伤。
创伤性脑损伤是导致死亡和残疾的主要原因之一。弥漫性轴索脑损伤是创伤性脑损伤（TBI）后出现的广泛性轴索损害。在本研究中，我将介绍我们基于旋转加速度机制所致TBI的弥漫性轴索脑损伤诱导模型。
选取体重为300至350克的成年雄性Sprague-Dawley大鼠。自由摄取大鼠饲料和水。所有实验均在上午6:00至12:00之间进行。该设备放置在坚固、稳定的实验台上。
该装置由以下部件组成：一个圆柱体、一个铁质重物、一个由圆柱形管构成的旋转机构，以及头部固定针。重物通过一根绳子悬挂并提升至120厘米高度。自由下落的重物撞击撞针，从而触发旋转机构。
采用大鼠侧向头部旋转装置将头部从0度快速旋转至90度。诱导后造成弥散性轴索脑损伤，随后将大鼠转移至恢复室。F 表示施加在动物头部的力，单位为千克。
大写 M 代表力矩，K 代表动能。小写 m 代表下落重物的质量，g 代表重力加速度，h 代表以厘米为单位的高度，D 代表耳杆之间的距离（单位为厘米）。在评估神经功能缺损及分级模型缺损时，我们采用了大鼠神经功能缺损评分（Neurological Severity Score）。
我们评估运动能力、偏瘫、横梁行走任务、横梁行走任务中的失败情况。横梁平衡任务失败的标准为横梁宽度1.5厘米。检测稳定性与横梁平衡能力，以及在1.5厘米宽横梁上的平衡努力程度和反射功能。
损伤后48小时，所有大鼠（包括损伤组和对照组）均被深度麻醉，并经心脏灌注0.9%含肝素生理盐水，随后灌注500毫升0.1 M磷酸盐缓冲液中的4%甲醛溶液。灌注完成后，将大鼠断头，立即取出脑组织，并在4%甲醛溶液中固定48小时。随后，从嗅球端至视觉皮层将脑组织切成5毫米厚的冠状切片，同时分离小脑和脑干。
石蜡包埋后，从丘脑制备冠状面和矢状面切片。进行β-淀粉样前体蛋白的免疫组织化学染色。不同时间点各组大鼠的情况如示意图所示。
实验开始时的弥漫性轴索脑损伤。在48小时时间点，检测了神经功能缺损评分。在48小时时间点，对所有两组动物进行了β-APP的免疫化学染色。
弥散性轴索脑损伤后48小时，两组研究对象的神经功能缺损示意图。Mann-Whitney检验表明，与15只未受干预的大鼠相比，15只弥散性轴索脑损伤大鼠在干预后48小时的神经功能缺损显著更严重。代表性显微照片显示了大鼠在孤立性弥散性轴索脑损伤后48小时的轴突和神经元免疫反应性。
使用β-淀粉样前体蛋白可检测到较小的细胞串。假手术组中未检测到。在本研究中，我们基于旋转加速度机制，建立了一种简单、可重复且可靠的弥散性轴索脑损伤新模型。
这种模型将有助于更好地理解弥漫性轴索性脑损伤的病理生理学机制，并推动更有效治疗方法的开发。非常感谢您的关注。
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概述
本研究介绍了一种可靠且可重复的啮齿类动物脑弥漫性轴索损伤（DAI）模型，该模型通过旋转加速度机制诱导广泛的白质损伤。该模型旨在更深入地理解创伤性脑损伤（TBI）后DAI的病理生理机制，并可能促进有效治疗方法的开发。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 创伤性脑损伤
- 轴突损伤模型
背景
- 创伤性脑损伤是导致死亡和残疾的主要原因。
- 弥漫性轴索脑损伤可导致创伤性脑损伤后广泛的轴突损伤。
- 研究弥漫性轴索损伤需要建立可靠的动物模型。
研究目的
- 验证一种用于研究弥散性轴索损伤（DAI）的新型啮齿类动物模型。
- 在不造成颅骨骨折或脑挫伤的情况下诱导脑损伤。
- 理解神经功能缺损的发生机制。
使用的方法
- 主要平台涉及一种旋转性头部损伤装置。
- 成年雄性Sprague-Dawley大鼠作为生物学模型，用于诱导弥漫性轴索损伤（DAI）。
- 伤后48小时，采用神经功能缺损评分（Neurological Severity Score）评估神经功能缺陷。
- 对脑组织切片进行β-淀粉样前体蛋白的免疫化学染色。
主要结果
- 与对照组相比，弥漫性轴索损伤大鼠表现出显著加重的神经功能缺损。
- 免疫化学检测显示，β-淀粉样前体蛋白染色提示存在轴突损伤。
- 该模型在48小时内即可表现出明确且可量化的神经功能影响。
结论
- 本研究建立了一种简单且有效的模型，用于研究弥漫性轴索损伤机制。
- 所获得的见解可能有助于更好地理解创伤性脑损伤（TBI）并改进其治疗方法。
- 研究结果可为未来关于神经元损伤及恢复过程的研究提供参考。
常见问题
行业高管相关性
弥散性轴索损伤（DAI）可靠的临床前模型对于降低神经创伤靶点验证的风险，并推动创伤性脑损伤（TBI）研究的转化连续性至关重要。该基于旋转加速度的大鼠模型为神经功能缺损和轴索病理变化的定量分析提供了可重复的实验平台，有助于提升早期发现和机制研究的预测可信度。该模型能够在不产生混杂性局灶损伤的情况下诱导广泛的白质损伤，因此成为推进神经治疗研发管线的重要战略工具。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 通过分离弥散性轴索损伤机制，实现对神经创伤假说的深入探究。
- 通过可量化的神经功能和组织学终点指标，支持功能靶点的验证。
- 通过排除局灶性损伤的混杂因素，促进生物学风险的降低。
- 为与创伤性脑损伤相关的轴索病理机制研究提供平台。
筛选与检测方法开发
- 提供标准化的损伤诱导，用于可重复的临床前筛选。
- 通过神经功能缺损评分和β-淀粉样前体蛋白染色生成定量结果。
- 实现检测就绪，可用于评估神经保护性或再生性化合物。
- 支持神经创伤研究中的可扩展性和跨研究可比性。
转化与临床前研究
- 与人类创伤性脑损伤（TBI）患者中观察到的疾病相关机制相一致。
- 为神经治疗药物从发现到临床前验证的全过程提供连续性支持。
- 基于可靠且可量化的终点指标，实现风险调整后的推进决策。
- 通过免疫化学检测轴突损伤，支持生物标志物的开发。
流程与工作流整合
该模型通过支持神经创伤干预的假设驱动研究、定量筛选和转化验证，融入从发现到临床前研究的连续过程。
- Discovery Biology：支持轴突损伤通路的零假设检验和机制性风险排除。
- Screening：提供可重复、定量的神经学和组织学读数，用于化合物评估。
- Analytics：利用标准化评分和免疫染色，实现对损伤严重程度和治疗效果的统计学比较。
- Translational Research：通过模拟弥散性轴突病变而不引入局灶性干扰因素，将临床前研究发现与临床创伤性脑损伤（TBI）相衔接。
- Enterprise Reuse：提供一个经过验证且可扩展的平台，用于持续开展神经创伤研究和治疗开发。
运营与企业影响
- 科学价值：提高神经创伤靶点验证的预测可信度，降低机制上的模糊性。
- 操作价值：增强临床前创伤性脑损伤研究的标准化、可重复性和可扩展性。
- 战略价值：通过提供可靠且可量化的终点指标，改善“推进/终止”决策过程和资本使用效率。
- 项目组合影响：实现基于风险调整的神经治疗候选药物的优先排序与推进。
实施注意事项
- 需要具备啮齿类动物神经创伤建模和神经系统评估的专业知识。
- 需要专用的旋转损伤装置以及组织学分析基础设施。
- 要求跨团队统一损伤诱导和评分方案的标准。
- 针对不同啮齿类品系或损伤严重程度，可能需要进行方案调整。
- 该模型侧重于急性损伤；慢性结局研究可能需要扩展实验方案。
生物制药常见问题
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:45
Preparing Rats for the Experimental Procedure
1:11
Procedure of Induction Diffuse Axonal Brain Injury
1:54
Measurement of Rotational Kinematics, Biomechanical Parameters
2:32
Evaluation of Neurological Severity Score after 48 hours
3:08
Brain Collection for Histological Examination after 48 hours
4:02
Immunohistochemical Staining
4:16
Results
5:22
Conclusion
