Murine Modell der kontrollierten kortikalen Auswirkungen für die Induktion von traumatischen Hirnverletzungen
Summary
Hier beschreiben wir ein Protokoll zur Induktion von murinen traumatischen Hirnverletzungen über einen offenkopfgesteuerten kortikalen Aufprall.
Abstract
Die Centers for Disease Control and Injury Prevention schätzen, dass in den Vereinigten Staaten jedes Jahr fast 2 Millionen Menschen eine traumatische Hirnverletzung (TBI) erleiden. Tatsächlich trägt TBI zu mehr als einem Drittel der verletzungsbedingten Sterblichkeit bei. Nichtsdestotrotz sind die zellulären und molekularen Mechanismen, die der Pathophysiologie von TBI zugrunde liegen, schlecht verstanden. Daher sind präklinische Modelle von TBI, die in der Lage sind, die für TBI relevanten Verletzungsmechanismen bei menschlichen Patienten zu replizieren, ein dringender Forschungsbedarf. Das Modell der kontrollierten kortikalen Schlagwirkung (CCI) von TBI nutzt ein mechanisches Gerät, um den exponierten Kortex direkt zu beeinflussen. Während kein Modell die unterschiedlichen Verletzungsmuster und die Heterogenität von TBI bei menschlichen Patienten vollständig rekapitulieren kann, ist CCI in der Lage, eine breite Palette klinisch anwendbarer TBI zu induzieren. Darüber hinaus ist die CCI leicht standardisiert, sodass die Forscher die Ergebnisse über Experimente hinweg und über Ermittlungsgruppen hinweg vergleichen können. Das folgende Protokoll ist eine detaillierte Beschreibung der Anwendung einer schweren CCI mit einem kommerziell erhältlichen Aufprallgerät in einem murinen Modell von TBI.
Introduction
Die Centers for Disease Control and Injury Prevention schätzen, dass etwa 2 Millionen Amerikaner jedes Jahr eine traumatische Hirnverletzung (TBI) erleiden1,2. Tatsächlich trägt TBI zu über 30 % aller verletzungsbedingten Todesfälle in den Vereinigten Staaten bei, wobei die Gesundheitskosten sich auf fast 80 Milliarden DOLLAR jährlich und fast 4 Millionen Dollar pro Person und Jahr belaufen und ein schweres TBI3,4,5überleben. Die Auswirkungen von TBI werden durch die signifikanten langfristigen neurokognitiven und neuropsychiatrischen Komplikationen hervorgehoben, die seine Überlebenden mit dem heimtückischen Beginn von Verhaltens-, kognitiven und motorischen Beeinträchtigungen erlitten haben, die als chronische traumatische Enzephalopathie (CTE) bezeichnet werden. 6 , 7 , 8 , 9 , 10. Selbst subklinische Gehirnerschütterungen – die Auswirkungen, die nicht zu klinischen Symptomen führen – können zu einer langfristigen neurologischen Dysfunktion führen11,12.
Tiermodelle für die Studie von TBI werden seit den späten 1800erJahren 13verwendet. In den 1980er Jahren wurde ein pneumatischer Schlagkraft zum Zweck der Modellierung von TBI entwickelt. Diese Methode wird jetzt als kontrollierte kortikale Auswirkung (KI)14bezeichnet. Die Kontrolle und Reproduzierbarkeit der CCI veranlasste die Forscher, das Modell für den Einsatz bei Nagetieren anzupassen15. Unser Labor verwendet dieses Modell, um TBI über einen handelsüblichen Schlagkraftunden und elektronisches Betätigungsgerät16,17zu induzieren. Dieses Modell ist in der Lage, eine breite Palette von klinisch anwendbaren TBI-Zuständen in Abhängigkeit von den verwendeten biomechanischen Parametern zu produzieren. Die histologische Bewertung von TBI-Gehirnen nach einer schweren Verletzung, die in unserem Labor induziert wurde, zeigt einen signifikanten ipsilateralen kortikalen und hippocampalen Verlust sowie kontralaterale Ödeme und Verzerrungen. Darüber hinaus erzeugt CCI eine konsistente Beeinträchtigung der motorischen und kognitiven Funktion, gemessen an Verhaltenstests18. Zu den Einschränkungen der CCI gehören die Notwendigkeit der Kraniotomie und die Kosten für den Erwerb des Schlag- und Betätigungsgeräts.
Mehrere weitere Modelle von TBI existieren und sind in der Literatur gut etabliert, einschließlich der seitlichen Fluid Percussion Modell, Gewicht Drop Modell, und Blast Verletzung Modell19,20,21. Während jedes dieser Modelle seine eigenen Vorteile hat, sind ihre Hauptnachteile gemischte Verletzungen, hohe Sterblichkeit und fehlende Standardisierung, bzw.22. Darüber hinaus bietet keines dieser Modelle die Genauigkeit, Präzision und Reproduzierbarkeit von CCI. Durch die Anpassung der biomechanischen Parameter, die in das Betätigungsgerät eingegeben werden, ermöglicht das CCI-Modell dem Prüfer eine präzise Kontrolle über die Größe der Verletzung, die Tiefe der Verletzung und die kinetische Energie, die auf das Gehirn angewendet wird. Dies gibt den Forschern die Möglichkeit, das gesamte Spektrum von TBI auf bestimmte Bereiche des Gehirns anzuwenden. Es ermöglicht auch die größte Reproduzierbarkeit von Experiment zu Experiment.
Protocol
Representative Results
Discussion
Es gibt mehrere Schritte, die für die Anwendung einer zuverlässigen und konsistenten Verletzung entscheidend sind. Zuerst muss die Maus eine tiefe Ebene der chirurgischen Anästhesie erreichen, die keine Bewegung während der Durchführung der Kraniektomie gewährleistet. Während zahlreiche Anästhesie-Therapien verwendet werden können, um Vollnarkose bei Nagetieren zu induzieren, Anästhetika, die Atemdepression enden, wie inhalative Anästhetika, kann zu Atemstillstand führen, wenn sie mit einem schweren TBI kombi…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von den National Institutes of Health Grant GM117341 und dem American College of Surgeons C. James Carrico Research Fellowship an S.J.S. unterstützt.
Materials
| AnaSed Injection Xylazine Sterile Solution | LLOYD, Inc. | 5939911020 |
| Buprenorphine SR Lab 0.5mg/mL | Zoopharm-Wildlife Pharmaceuticals USA | BSRLAB0.5-182012 |
| High Speed Rotary Micromotor KiT0 | Foredom Electric Company | K.1070 |
| Imapact one for Stereotaxix CCI | Leica Biosystems Nussloch GmbH | 39463920 |
| Ketathesia Ketamine HCl Injection USP | Henry Schein, Inc | 56344 |
| Mouse Specific Stereotaxic Base | Leica Biosystems Nussloch GmbH | 39462980 |
| Trephines for Micro Drill | Fine Science Tools, Inc | 18004-50 |
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