MODELING OF CRANIOSKELETAL TRAUMA IN THE EXPERIMENT
DOI:
https://doi.org/10.21802/artm.2024.3.31.196Ключові слова:
тваринна модель, політравма, черепно-мозкова травма, переломАнотація
Мета. Визначити існуючі моделі черепно-мозкової та скелетної травми для покращення моделювання поєднаного виду політравми в експерименті.
Методи. Пошук наукових публікацій здійснювали в NCBI PubMed за 2018-2023 роки за ключовими словами «TBI», «Traumatic brain injury», «model», «animal model». В результаті отримали 583 оригінальних дослідження з детальним зазначенням використаної моделі ЧМТ або перелому. Усі моделі поділено на 7 типів згідно робори проведеної Xiong.
Результати дослідження. Найчастіше для моделювання ЧМТ використовується модель контрольованого кортикального удару, яку використали в 307 випадках. Менш вживаною моделлю за частотою використання в опублікованих джерелах є модель вільного падіння (weight drop), яку використали в 91 роботі (15,6%). Найбільш часто вживаною серед них є модель, запропонована Feeney, модель Shohami та модель Marmarou. Для вивчення дисфузного унілатерального аксонального ураження використовується рідинна струменева модель, хоча частота її використання є меншою – 60 (10,3%) випадків. Модель дозволяє вивчати дифузне аксональне ураження за відсутності перелому кісток черепа. У 43 дослідженнях (7,4%) описано використання моделі із застосуванням одномоментної багаторазової легкої ЧМТ. Для моделювання акубаротравми, а також ЧМТ при вибухових ураженнях у 34 дослідженнях (5,8%) використовувались вибухові елементи різної сили та на різній відстані від тварин. В 23 (4%) дослідженнях для вивчення ЧМТ, що виникає внаслідок вогнепальних уражень голови використовували проникаючу балістичну модель. Найпростішою і з найвищим показником відтворюваності є трьохосьовий згинальний механізм формування перелому стегнової кістки.
Висновок. Основними можливими недоліками існуючих моделей черепно-мозкової травми є часта необхідність краніотомії, їх відтворюваність та летальність. Серед моделей скелетної травми найбільш наближеною до клінічних умов є закрита трьохосьова згинальна модель. Якість моделювання поєднаної політравми залежить від ретельного врахування всіх аспектів обраної моделі.
Завантажити
Посилання
Turculeţ CŞ, Georgescu TF, Iordache F, Ene D, Gaşpar B et al. Polytrauma: The European Paradigm. Chirurgia (Bucur). 2021 Dec;116(6):664-668. doi: https://doi.org/10.21614/chirurgia.116.6.664. DOI: https://doi.org/10.21614/chirurgia.116.6.664
Jha RM, Shutter L. Neurologic complications of polytrauma. Handb Clin Neurol. 2017;141:633-655. doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63599-0.00034-X. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63599-0.00034-X
Chun M, Zhang Y, Becnel C, Brown T, Hussein M et al. New Injury Severity Score and Trauma Injury Severity Score are superior in predicting trauma mortality. J Trauma Acute Care Surg. 2022 Mar 1;92(3):528-534. doi: https://doi.org/10.1097/TA.0000000000003449. DOI: https://doi.org/10.1097/TA.0000000000003449
Gunawan B, Dumastoro R, Kamal A. Trauma and Injury Severity Score in Predicting Mortality of Polytrauma Patients. eJournal Kedokteran Indonesia. 2018;5. doi: https://doi.org/10.23886/ejki.5.8148. DOI: https://doi.org/10.23886/ejki.5.8148.
Centers for Disease Control and Prevention (CDC). Surveillance Report of Traumatic Brain Injury-related Hospitalizations and Deaths by Age Group, Sex, and Mechanism of Injury—United States, 2016 and 2017. Centers for Disease Control and Prevention, U.S. Department of Health and Human Services, 2021. Available: https://www.cdc.gov/traumaticbraininjury/pdf/TBI-surveillance-report-2016-2017-508.pdf
Roozenbeek B, Maas AI, Menon DK. Changing patterns in the epidemiology of traumatic brain injury. Nat Rev Neurol. 2013 Apr;9(4):231-6. doi: https://doi.org/10.1038/nrneurol.2013.22. DOI: https://doi.org/10.1038/nrneurol.2013.22
Alao T, Waseem M. Penetrating Head Trauma. 2023 Aug 8. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
Georges A, M Das J. Traumatic Brain Injury. 2023 Jan 2. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
Xiong Y, Mahmood A, Chopp M. Animal models of traumatic brain injury. Nat Rev Neurosci. 2013 Feb;14(2):128-42. doi: https://doi.org/10.1038/nrn3407. DOI: https://doi.org/10.1038/nrn3407
Azouvi P, Arnould A, Dromer E, Vallat-Azouvi C. Neuropsychology of traumatic brain injury: An expert overview. Rev Neurol (Paris). 2017 Jul-Aug;173(7-8):461-472. doi: https://doi.org/10.1016/j.neurol.2017.07.006. DOI: https://doi.org/10.1016/j.neurol.2017.07.006
Golub VM, Reddy DS. Post-Traumatic Epilepsy and Comorbidities: Advanced Models, Molecular Mechanisms, Biomarkers, and Novel Therapeutic Interventions. Pharmacol Rev. 2022 Apr;74(2):387-438. doi: https://doi.org/10.1124/pharmrev.121.000375. DOI: https://doi.org/10.1124/pharmrev.121.000375
Tortella FC, Leung LY. Traumatic Brain Injury and Polytrauma in Theaters of Combat: The Case for Neurotrauma Resuscitation? Shock. 2015 Aug;44 Suppl 1:17-26. doi: https://doi.org/10.1097/SHK.0000000000000380. DOI: https://doi.org/10.1097/SHK.0000000000000380
Devendra A, Nishith P G, Dilip Chand Raja S, Dheenadhayalan J, Rajasekaran S. Current updates in management of extremity injuries in polytrauma. J Clin Orthop Trauma. 2021 Jan;12(1):113-122. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcot.2020.09.031. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcot.2020.09.031
Mira JC, Nacionales DC, Loftus TJ, Ungaro R, Mathias B et al. Mouse Injury Model of Polytrauma and Shock. Methods Mol Biol. 2018;1717:1-15. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7526-6_1. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7526-6_1
Weber B, Lackner I, Haffner-Luntzer M, Palmer A, Pressmar J et al. Modeling trauma in rats: similarities to humans and potential pitfalls to consider. J Transl Med. 2019 Sep 5;17(1):305. doi: https://doi.org/10.1186/s12967-019-2052-7. DOI: https://doi.org/10.1186/s12967-019-2052-7
Muwanga GPB, Siliezar-Doyle J, Ortiz AA, Kaslow J, Haight ES et al. The Tibial Fracture-Pin Model: A Clinically Relevant Mouse Model of Orthopedic Injury. J Vis Exp. 2022 Jul 28;(185). doi: https://doi.org/10.3791/63590. DOI: https://doi.org/10.3791/63590
Haffner-Luntzer M, Hankenson KD, Ignatius A, Pfeifer R, Khader BA, Hildebrand F et al. Review of Animal Models of Comorbidities in Fracture-Healing Research. J Orthop Res. 2019 Dec;37(12):2491-2498. doi: https://doi.org/10.1002/jor.24454. DOI: https://doi.org/10.1002/jor.24454
Xiao W, Mindrinos MN, Seok J, Cuschieri J, Cuenca AG et al. Inflammation and Host Response to Injury Large-Scale Collaborative Research Program. A genomic storm in critically injured humans. J Exp Med. 2011 Dec 19;208(13):2581-90. doi: https://doi.org/10.1084/jem.20111354. DOI: https://doi.org/10.1084/jem.20111354
Schwulst SJ, Islam MBAR. Murine Model of Controlled Cortical Impact for the Induction of Traumatic Brain Injury. J Vis Exp. 2019 Aug 16;(150):10.3791/60027. doi: https://doi.org/10.3791/60027. DOI: https://doi.org/10.3791/60027
Trahanas DM, Cuda CM, Perlman H, Schwulst SJ. Differential Activation of Infiltrating Monocyte-Derived Cells After Mild and Severe Traumatic Brain Injury. Shock. 2015 Mar;43(3):255-60. doi: https://doi.org/10.1097/SHK.0000000000000291. DOI: https://doi.org/10.1097/SHK.0000000000000291
Makinde HM, Cuda CM, Just TB, Perlman HR, Schwulst SJ. Nonclassical Monocytes Mediate Secondary Injury, Neurocognitive Outcome, and Neutrophil Infiltration after Traumatic Brain Injury. J Immunol. 2017 Nov 15;199(10):3583-3591. doi: https://doi.org/10.4049/jimmunol.1700896. DOI: https://doi.org/10.4049/jimmunol.1700896
Feeney DM, Boyeson MG, Linn RT, Murray HM, Dail WG. Responses to cortical injury: I. Methodology and local effects of contusions in the rat. Brain Res. 1981 Apr 27;211(1):67-77. doi: https://doi.org/10.1016/0006-8993(81)90067-6. DOI: https://doi.org/10.1016/0006-8993(81)90067-6
Dail WG, Feeney DM, Murray HM, Linn RT, Boyeson MG. Responses to cortical injury: II. Widespread depression of the activity of an enzyme in cortex remote from a focal injury. Brain Res. 1981 Apr 27;211(1):79-89. doi: https://doi.org/10.1016/0006-8993(81)90068-8. DOI: https://doi.org/10.1016/0006-8993(81)90068-8
Albert-Weißenberger C, Várrallyay C, Raslan F, Kleinschnitz C, Sirén AL. An experimental protocol for mimicking pathomechanisms of traumatic brain injury in mice. Exp Transl Stroke Med. 2012 Feb 2;4:1. doi: https://doi.org/10.1186/2040-7378-4-1. DOI: https://doi.org/10.1186/2040-7378-4-1
Marmarou A, Foda MA, van den Brink W, Campbell J, Kita H et al. A new model of diffuse brain injury in rats. Part I: Pathophysiology and biomechanics. J Neurosurg. 1994 Feb;80(2):291-300. doi: https://doi.org/10.3171/jns.1994.80.2.0291. DOI: https://doi.org/10.3171/jns.1994.80.2.0291
Kilbourne M, Kuehn R, Tosun C, Caridi J, Keledjian K et al. Novel model of frontal impact closed head injury in the rat. J Neurotrauma. 2009 Dec;26(12):2233-43. doi: https://doi.org/10.1089/neu.2009.0968. DOI: https://doi.org/10.1089/neu.2009.0968
Lifshitz J, Rowe RK, Griffiths DR, Evilsizor MN, Thomas TC et al. Clinical relevance of midline fluid percussion brain injury: Acute deficits, chronic morbidities and the utility of biomarkers. Brain Inj. 2016;30(11):1293-1301. doi: https://doi.org/10.1080/02699052.2016.1193628. DOI: https://doi.org/10.1080/02699052.2016.1193628
Wei G, Lu XC, Yang X, Tortella FC. Intracranial pressure following penetrating ballistic-like brain injury in rats. J Neurotrauma. 2010 Sep;27(9):1635-41. doi: https://doi.org/10.1089/neu.2010.1378. DOI: https://doi.org/10.1089/neu.2010.1378
Andrade P, Banuelos-Cabrera I, Lapinlampi N, Paananen T, Ciszek R et al. Acute Non-Convulsive Status Epilepticus after Experimental Traumatic Brain Injury in Rats. J Neurotrauma. 2019 Jun;36(11):1890-1907. doi: https://doi.org/10.1089/neu.2018.6107. DOI: https://doi.org/10.1089/neu.2018.6107
Leo P, McCrea M. Epidemiology. In: Laskowitz D, Grant G, editors. Translational Research in Traumatic Brain Injury. Boca Raton (FL): CRC Press/Taylor and Francis Group; 2016. Chapter 1.
Ratliff WA, Mervis RF, Citron BA, Schwartz B, Rubovitch V et al. Mild blast-related TBI in a mouse model alters amygdalar neurostructure and circuitry. Exp Neurol. 2019 May;315:9-14. doi: https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2019.01.020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2019.01.020
Ma X, Aravind A, Pfister BJ, Chandra N, Haorah J. Animal Models of Traumatic Brain Injury and Assessment of Injury Severity. Mol Neurobiol. 2019 Aug;56(8):5332-5345. doi: https://doi.org/10.1007/s12035-018-1454-5. DOI: https://doi.org/10.1007/s12035-018-1454-5
Long JB, Bentley TL, Wessner KA, Cerone C, Sweeney S et al. Blast overpressure in rats: recreating a battlefield injury in the laboratory. J Neurotrauma. 2009 Jun;26(6):827-40. doi: https://doi.org/10.1089/neu.2008.0748. DOI: https://doi.org/10.1089/neu.2008.0748
Bryden DW, Tilghman JI, Hinds SR 2nd. Blast-Related Traumatic Brain Injury: Current Concepts and Research Considerations. J Exp Neurosci. 2019 Sep 12;13:1179069519872213. doi: https://doi.org/10.1177/1179069519872213. DOI: https://doi.org/10.1177/1179069519872213
Watts S, Kirkman E, Bieler D, Bjarnason S, Franke A et al. Guidelines for using animal models in blast injury research. J R Army Med Corps. 2019 Feb;165(1):38-40. doi: https://doi.org/10.1136/jramc-2018-000956. DOI: https://doi.org/10.1136/jramc-2018-000956
Pandya JD, Leung LY, Yang X, Flerlage WJ, Gilsdorf JS et al. Comprehensive Profile of Acute Mitochondrial Dysfunction in a Preclinical Model of Severe Penetrating TBI. Front Neurol. 2019 Jun 11;10:605. doi: https://doi.org/10.3389/fneur.2019.00605. DOI: https://doi.org/10.3389/fneur.2019.00605
Boutté AM, Hook V, Thangavelu B, Sarkis GA, Abbatiello BN et al. Penetrating Traumatic Brain Injury Triggers Dysregulation of Cathepsin B Protein Levels Independent of Cysteine Protease Activity in Brain and Cerebral Spinal Fluid. J Neurotrauma. 2020 Jul 1;37(13):1574-1586. doi: https://doi.org/10.1089/neu.2019.6537. DOI: https://doi.org/10.1089/neu.2019.6537
Li X, Pierre K, Yang Z, Nguyen L, Johnson G et al. Blood-Based Brain and Global Biomarker Changes after Combined Hypoxemia and Hemorrhagic Shock in a Rat Model of Penetrating Ballistic-Like Brain Injury. Neurotrauma Rep. 2021 Aug 12;2(1):370-380. doi: https://doi.org/10.1089/neur.2021.0006. DOI: https://doi.org/10.1089/neur.2021.0006
Jha RM, Mondello S, Bramlett HM, Dixon CE, Shear DA et al. Glibenclamide Treatment in Traumatic Brain Injury: Operation Brain Trauma Therapy. J Neurotrauma. 2021 Mar;38(5):628-645. doi: https://doi.org/10.1089/neu.2020.7421. DOI: https://doi.org/10.1089/neu.2020.7421
Namjoshi DR, Cheng WH, McInnes KA, Martens KM, Carr M et al. Merging pathology with biomechanics using CHIMERA (Closed-Head Impact Model of Engineered Rotational Acceleration): a novel, surgery-free model of traumatic brain injury. Mol Neurodegener. 2014 Dec 1;9:55. doi: https://doi.org/10.1186/1750-1326-9-55. DOI: https://doi.org/10.1186/1750-1326-9-55
Bashir A, Abebe ZA, McInnes KA, Button EB, Tatarnikov I et al. Increased severity of the CHIMERA model induces acute vascular injury, sub-acute deficits in memory recall, and chronic white matter gliosis. Exp Neurol. 2020 Feb;324:113116. doi: https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2019.113116. DOI: https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2019.113116
McNamara EH, Knutsen A, Korotcov A, Bosomtwi A, Liu J et al. Meningeal and Visual Pathway Magnetic Resonance Imaging Analysis after Single and Repetitive Closed-Head Impact Model of Engineered Rotational Acceleration (CHIMERA)-Induced Disruption in Male and Female Mice. J Neurotrauma. 2022 Jun;39(11-12):784-799. doi: https://doi.org/10.1089/neu.2021.0494. DOI: https://doi.org/10.1089/neu.2021.0494
Vonder Haar C, Martens KM, Bashir A, McInnes KA, Cheng WH et al. Repetitive closed-head impact model of engineered rotational acceleration (CHIMERA) injury in rats increases impulsivity, decreases dopaminergic innervation in the olfactory tubercle and generates white matter inflammation, tau phosphorylation and degeneration. Exp Neurol. 2019 Jul;317:87-99. doi: https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2019.02.012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2019.02.012
Desai A, Chen H, Kim HY. Multiple Mild Traumatic Brain Injuries Lead to Visual Dysfunction in a Mouse Model. J Neurotrauma. 2020 Jan 15;37(2):286-294. doi: https://doi.org/10.1089/neu.2019.6602. DOI: https://doi.org/10.1089/neu.2019.6602
Shultz SR, McDonald SJ, Corrigan F, Semple BD, Salberg S et al. Clinical Relevance of Behavior Testing in Animal Models of Traumatic Brain Injury. J Neurotrauma. 2020 Nov 15;37(22):2381-2400. doi: https://doi.org/10.1089/neu.2018.6149. DOI: https://doi.org/10.1089/neu.2018.6149
Vorhees CV, Williams MT. Morris water maze: procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nat Protoc. 2006;1(2):848-58. doi: https://doi.org/10.1038/nprot.2006.116. DOI: https://doi.org/10.1038/nprot.2006.116
Gehring TV, Luksys G, Sandi C, Vasilaki E. Detailed classification of swimming paths in the Morris Water Maze: multiple strategies within one trial. Sci Rep. 2015 Oct 1;5:14562. doi: https://doi.org/10.1038/srep14562. DOI: https://doi.org/10.1038/srep14562
Chen J, Sanberg PR, Li Y, Wang L, Lu M et al. Intravenous administration of human umbilical cord blood reduces behavioral deficits after stroke in rats. Stroke. 2001 Nov;32(11):2682-8. doi: https://doi.org/10.1161/hs1101.098367. DOI: https://doi.org/10.1161/hs1101.098367
Albert-Weissenberger C, Stetter C, Meuth SG, Göbel K, Bader M et al. Blocking of bradykinin receptor B1 protects from focal closed head injury in mice by reducing axonal damage and astroglia activation. J Cereb Blood Flow Metab. 2012 Sep;32(9):1747-56. doi: https://doi.org/10.1038/jcbfm.2012.62. DOI: https://doi.org/10.1038/jcbfm.2012.62
Zhou Y, Wang HD, Zhou XM, Fang J, Zhu L et al. N-acetylcysteine amide provides neuroprotection via Nrf2-ARE pathway in a mouse model of traumatic brain injury. Drug Des Devel Ther. 2018 Dec 4;12:4117-4127. doi: https://doi.org/10.2147/DDDT.S179227. DOI: https://doi.org/10.2147/DDDT.S179227
Shapira Y, Shohami E, Sidi A, Soffer D, Freeman S et al. Experimental closed head injury in rats: mechanical, pathophysiologic, and neurologic properties. Crit Care Med. 1988 Mar;16(3):258-65. doi: https://doi.org/10.1097/00003246-198803000-00010. DOI: https://doi.org/10.1097/00003246-198803000-00010
Einhorn TA, Gerstenfeld LC. Fracture healing: mechanisms and interventions. Nat Rev Rheumatol. 2015 Jan;11(1):45-54. doi: https://doi.org/10.1038/nrrheum.2014.164. DOI: https://doi.org/10.1038/nrrheum.2014.164
Haffner-Luntzer M, Ignatius A. Animal models for studying metaphyseal bone fracture healing. Eur Cell Mater. 2020 Oct 29;40:172-188. doi: https://doi.org/10.22203/eCM.v040a11. DOI: https://doi.org/10.22203/eCM.v040a11
Williams JN, Li Y, Valiya Kambrath A, Sankar U. The Generation of Closed Femoral Fractures in Mice: A Model to Study Bone Healing. J Vis Exp. 2018 Aug 16;(138):58122. doi: https://doi.org/10.3791/58122. DOI: https://doi.org/10.3791/58122-v
Holstein JH, Matthys R, Histing T, Becker SC, Fiedler M et al. Development of a stable closed femoral fracture model in mice. J Surg Res. 2009 May 1;153(1):71-5. doi: https://doi.org/10.1016/j.jss.2008.02.042. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jss.2008.02.042
Haffner-Luntzer M, Weber B, Lam C, Fischer V, Lackner I et al. A novel mouse model to study fracture healing of the proximal femur. J Orthop Res. 2020 Oct;38(10):2131-2138. doi: https://doi.org/10.1002/jor.24677. DOI: https://doi.org/10.1002/jor.24677
Histing T, Heerschop K, Klein M, Scheuer C, Stenger D et al. Characterization of the healing process in non-stabilized and stabilized femur fractures in mice. Arch Orthop Trauma Surg. 2016 Feb;136(2):203-11. doi: https://doi.org/10.1007/s00402-015-2367-7. DOI: https://doi.org/10.1007/s00402-015-2367-7
Histing T, Menger MD, Pohlemann T, Matthys R, Fritz T et al. An Intramedullary Locking Nail for Standardized Fixation of Femur Osteotomies to Analyze Normal and Defective Bone Healing in Mice. J Vis Exp. 2016 Nov 13;(117):54472. doi: https://doi.org/10.3791/54472. DOI: https://doi.org/10.3791/54472-v
Moore ER, Feigenson M, Maridas DE. Transverse Fracture of the Mouse Femur with Stabilizing Pin. J Vis Exp. 2021 Dec 29;(178). doi: https://doi.org/10.3791/63074. DOI: https://doi.org/10.3791/63074-v
Robinson DA, Bechtold JE, Carlson CS, Evans RB, Conzemius MG. Development of a fracture osteomyelitis model in the rat femur. J Orthop Res. 2011 Jan;29(1):131-7. doi: https://doi.org/10.1002/jor.21188. DOI: https://doi.org/10.1002/jor.21188
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 R.R. Bihun, V.S. Sulyma
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
ISSN 
ISSN 
