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基本信息

作品名稱:
角加速度和線加速度復合作用的彌漫性軸索損傷模型研制與應用
大類:
科技發明制作B類
小類:
生命科學
簡介:

本研究使用安全定量的高壓氮氣作為動力,利用齒輪齒條嚙合的原理,研制了一種可同時產生瞬間角加速和線加速復合運動的實驗裝置,較好地模擬了臨床彌漫性軸索損傷(DAI)患者損傷的力學環境。建立了一種新型嚙齒類動物DAI模型,首次證明了瞬間同時作用的復合角加速度和線性加速度可致嚙齒類動物產生與人類類似的DAI病理改變、代謝紊亂及持久的神經功能障礙,并使用多種技術手段活體定量檢測了易損區微結構損傷及代謝紊亂。

詳細介紹:

彌漫性軸索損傷(diffuse axonal injury, DAI) 是指頭顱遭受瞬間加/減速性直線或旋轉暴力后,引起的以腦白質廣泛性、進展性軸索腫脹、斷裂、軸縮球形成為主要病理特征的一種原發性閉合性顱腦損傷。DAI的發生率約占重型顱腦損傷的70%,其中約81%見于交通事故傷,傷后死亡率較高,存活者也多遺有嚴重神經功能障礙。對DAI的研究一直是神經科學領域的熱點和重點,但目前對DAI發生機制、病理生理過程及活體定量評估軸索損傷程度等方面的研究還有待于進一步深入。
本研究的主要工作:
1.建立了一種可以較好地模擬人類DAI生物力學、病理學、行為學特點的新型嚙齒類DAI模型。
1)本研究首次成功建立了一個穩定、可靠的由瞬間旋轉加速力和線加速力復合致傷的新型嚙齒類DAI模型。改進了以往僅依靠一種超大線加速力或角加速力單一作用的致傷模型,首次采用瞬間相對較小的旋轉加速力和線加速力同時致傷,從而更易于模擬出契合DAI患者力學機制的動物模型;
2)單純剪切力損傷模型多引發類似局灶傷的病理改變,更多歸入創傷性軸索損傷模型,而無法反映DAI病灶的彌漫性發布的特點。通過病理學研究我們發現本模型的軸索損傷更富于彌漫性,其分布區域也與臨床常見的DAI易損區更為契合;
3)該動物模型不但具有局灶性腦損傷動物模型的一過性生命體征改變,而且表現為持久性神經功能損害和學習記憶功能障礙,這與臨床DAI患者遺有嚴重的神經功能障礙相符合;
4)改進了以往帶有一定主觀性及不易重復性的人工計量免疫組化標記軸縮球的方法,采用了更客觀精確的光密度法定量評價軸索損傷程度。
2.使用多種技術手段活體定量檢測了易損區微結構損傷及代謝紊亂,為明確DAI診斷、精確評估軸索損傷程度、監測病情、患者預后提供一定的科學依據。
1)首次在活體水平使用7.0T 磁共振(MR)儀彌散張量成像無創、三維、客觀、敏感、定量地評估DAI大鼠易損區微結構損傷時空演化的病理生理過程,實現了早期鑒別軸索及髓鞘損傷、定量評估易損區軸索損傷程度。
2)磁共振波譜(MRS)活體定量檢測大鼠DAI后腦組織代謝產物的改變,發現DAI后大鼠腦組織出現嚴重代謝紊亂,以腦干、海馬、內囊、胼胝體和丘腦等部位變化最為顯著。MRS為評價DAI后代謝變化提供了重要信息,為法醫學定量評估輕中型DAI,為臨床法醫學檢驗DAI患者損傷程度提供影像學依據,也將為研究DAI傷后病理生理變化提供新的手段。
3)首次使用小動物PET/CT技術檢測DAI大鼠易損區葡萄糖代謝紊亂的變化規律,并在技術手段上實現了小動物PET/CT和MR圖像的融合,從而實現了在功能影像上的精確解剖定位,首次在活體水平無創、可視、三維、定量地評估DAI大鼠微結構損傷導致的葡萄糖代謝減低。我們還首次發現大鼠DAI后急性期海馬區葡萄糖代謝降低與恢復期學習記憶功能障礙具有較強相關性。
代表性成果:(申報人均為第一作者或共同第一作者)
1. Quantitative evaluation of microscopic injury with diffusion tensor imaging in a rat model of diffuse axonal injury. European Journal of Neuroscience. 2011, 33(5):933-945. (IF: 3.292)
2.Biomarkers associated with diffuse Traumatic Axonal Injury: exploring pathogenesis, early diagnosis and prognosis. Journal of Trauma. 2010,69(6):1610-1618. (IF: 2.626)
3.Diffuse axonal injury induced by simultaneous moderate linear and angular head accelerations in rats. Neuroscience, 2010,11(1):357-369. (共同第一作者. IF: 3.418)
4.彌漫性軸索損傷相關生物標記物的研究進展. 中華神經外科雜志. 2009, 25(8):766-768.
5.彌漫性軸索損傷大鼠易損區微結構損傷7.0TMR定量研究.中華創傷雜志. 2011.(已錄用,待刊)

獲獎情況:

第十二屆“挑戰杯”作品 二等獎
該裝置獲實用新型專利1項,發明專利1項。該裝置已在上海市第三人民醫院的科研工作中投入使用超過一年,性能穩定、結果可靠。以第一作者發表SCI論文3篇:European Journal of Neuroscience(IF: 3.292). Journal of Trauma(IF: 2.626).及Neuroscience (并列第一作者,IF: 3.418)., 以第一作者在中華神經外科雜志及中華創傷雜志各發表論文1篇。

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