Modello Murine di impatto corticale controllato per l'induzione di lesioni cerebrali traumatiche

Summary

Qui descriviamo un protocollo per l’induzione di lesioni cerebrali traumatiche murine attraverso un impatto corticale controllato a testa aperta.

Abstract

I Centers for Disease Control e La Prevenzione degli Infortuni stimano che quasi 2 milioni di persone subiscano una lesione cerebrale traumatica (TBI) ogni anno negli Stati Uniti. Infatti, la TBI è un fattore che contribuisce a oltre un terzo di tutta la mortalità legata alle lesioni. Ciò nonostante, i meccanismi cellulari e molecolari alla base della fisiopatologia della TBI sono poco compresi. Pertanto, i modelli preclinici di TBI in grado di replicare i meccanismi di lesione pertinenti alla TBI nei pazienti umani sono un’esigenza critica di ricerca. Il modello a impatto corticale controllato (CCI) di TBI utilizza un dispositivo meccanico per avere un impatto diretto sulla corteccia esposta. Sebbene nessun modello possa riassumere pienamente i diversi modelli di lesione e la natura eterogenea della TBI nei pazienti umani, cCI è in grado di indurre un’ampia gamma di TBI clinicamente applicabili. Inoltre, il CCI è facilmente standardizzato, consentendo agli investigatori di confrontare i risultati tra esperimenti e gruppi investigativi. Il seguente protocollo è una descrizione dettagliata dell’applicazione di un CCI grave con un dispositivo di impatto disponibile in commercio in un modello murino di TBI.

Introduction

I Centers for Disease Control e Prevenzione degli infortuni stimano che circa 2 milioni di americani subiscano una lesione cerebrale traumatica (TBI) ogni anno^1,2. Infatti, TBI contribuisce a oltre il 30% di tutti i decessi correlati alle lesioni negli Stati Uniti con costi sanitari prossimi a 80 miliardi di dollari all’anno e quasi 4 milioni di dollari a persona all’anno che sopravvivono a un grave TBI^3,4,5. L’impatto della TBI è evidenziato dalle significative complicazioni neurocognitive e neuropsichiatriche a lungo termine subite dai suoi sopravvissuti con l’insidiosa insorgenza di disturbi comportamentali, cognitivi e motori chiamati Encefalopatia cronica traumatica (CTE) ⁶ È possibile: ^{, 7} (in questo stato ^{, 8} (IN vio ^{, 9} (in vie ^{, 10.}Anche gli eventi concussivi subclinici, quegli impatti che non provocano sintomi clinici, possono portare a disfunzione neurologica a lungo termine^11,12.

I modelli animali per lo studio della TBI sono statiimpiegati dalla fine del 1800 13 . Negli anni ’80, è stato sviluppato un impattore pneumatico allo scopo di modellare TBI. Questo metodo è ora indicato come impatto corticale controllato (CCI)¹⁴. Il controllo e la riproducibilità del CCI hanno portato i ricercatori ad adattare il modello per l’uso nei roditori¹⁵. Il nostro laboratorio utilizza questo modello per indurre TBI tramite un impattonte disponibile in commercio e un dispositivo di azionamento elettronico^16,17. Questo modello è in grado di produrre una vasta gamma di stati TBI clinicamente applicabili a seconda dei parametri biomeccanici utilizzati. La valutazione istologica dei cervelli TBI dopo una grave lesione indotta nel nostro laboratorio dimostra una significativa perdita corticale e ippocampale ipsilaterale, nonché edema e distorsione contralaterali. Inoltre, CCI produce un compromissione costante della funzione motoria e cognitiva misurata da analisi comportamentali¹⁸. Le limitazioni alla CCI includono la necessità di craniotomia e le spese per l’acquisizione dell’impactor e l’azionamento del dispositivo.

Esistono diversi modelli aggiuntivi di TBI e sono ben consolidati nella letteratura, tra cui il modello di percussioni fluide laterali, il modello di goccia di peso e il modello di lesione esplosiva^19,20,21. Mentre ognuno di questi modelli ha i loro vantaggi distinti i loro principali inconvenienti sono lesioni miste, alta mortalità e mancanza di standardizzazione, rispettivamente²². Inoltre, nessuno di questi modelli offre l’accuratezza, la precisione e la riproducibilità del CCI. Regolando i parametri biomeccanici inseriti nel dispositivo azionante, il modello CCI consente allo sperimentatore un controllo preciso sulle dimensioni della lesione, sulla profondità della lesione e sull’energia cinetica applicata al cervello. Questo dà agli investigatori la capacità di applicare l’intero spettro di TBI ad aree specifiche del cervello. Permette anche la più grande riproducibilità dall’esperimento alla sperimentazione.

Protocol

Tutte le procedure sono state approvate dal Comitato istituzionale per la cura e l’uso degli animali della Northwestern University. I topi C57BL/6 sono stati acquistati presso il Jackson Laboratory e il gruppo ospitato in una struttura di barriera presso il Center for Comparative Medicine presso la Northwestern University (Chicago, IL). Tutti gli animali erano alloggiati in ciclo di luce/buio 12/12 h con libero accesso al cibo e all’acqua. 1. Indurre l’anestesia Anestesizzare il topo…

Representative Results

L’impattore si monta direttamente sul telaio stereotassico consentendo fino a 10 m di risoluzione per il controllo del punto di impatto, profondità e penetrazione. Le forze elettromagnetiche impiegate possono impartire velocità di impatto che vanno da 1,5 a 6 m/s. Ciò consente una precisione e una riproducibilità senza precedenti su tutta la gamma di TBI clinicamente rilevanti. I ricercatori possono eseguire esperimenti pilota modificando i parametri della lesione, come la dimensione della punta dell’impatto, la velo…

Discussion

Ci sono diversi passaggi che sono fondamentali per l’applicazione di un infortunio affidabile e coerente. In primo luogo, il topo deve raggiungere un piano profondo di anestesia chirurgica garantendo nessun movimento durante l’esecuzione della craniectomia. Mentre numerosi regimi anestetici possono essere utilizzati per indurre l’anestesia generale nei roditori, gli anestetici che inducono depressione respiratoria come anestetici inalazionali possono provocare l’arresto respiratorio quando combinato con un Grave TBI. Que…

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