Модель Murine контролируемого кортикического воздействия для индукции травматического повреждения головного мозга
Summary
Здесь мы описываем протокол для индукции мурин черепно-мозговой травмы с помощью открытой головой контролируемого коркового удара.
Abstract
Центры по контролю и профилактике заболеваний подсчитали, что почти 2 миллиона человек выдерживают черепно-мозговую травму (TBI) каждый год в Соединенных Штатах. В самом деле, ТБИ является фактором, способствующим более чем треть всех связанных с травмами смертности. Тем не менее, клеточные и молекулярные механизмы, лежащие в основе патофизиологии ТБИ, плохо изучены. Таким образом, доклинические модели TBI, способные воспроизвоблять механизмы травматизма, относящимся к ТБИ у пациентов с человеком, являются важнейшей потребностью в исследованиях. Модель tBI контролируемого кортикового удара (CCI) использует механическое устройство для непосредственного воздействия на обнажённое короеистое устройство. Хотя ни одна модель не может в полной мере резюмировать разрозненные модели травм и неоднородный характер ТБИ у пациентов с людьми, CCI способен индуцировать широкий спектр клинически применимых ТБИ. Кроме того, ТПП легко стандартизируется, позволяя следователям сравнивать результаты как в экспериментах, так и в следственных группах. Следующий протокол представляет собой подробное описание применения тяжелой ТПП с коммерчески доступным ударным устройством в модели Murine TBI.
Introduction
Центры по контролю и профилактике заболеваний оценкам, что около 2 миллионов американцев поддерживать черепно-мозговую травму (TBI) каждый год1,2. В самом деле, TBI способствует более 30% всех травм, связанных смертей в Соединенных Штатах с расходами на здравоохранение приближается к $ 80 млрд в год и почти $ 4 млн на человека в год выживших тяжелых TBI3,4,5. Влияние TBI подчеркивается значительными долгосрочными нейрокогнитивными и нейропсихиатрическими осложнениями, пережитыми его выжившими с коварным началом поведенческих, когнитивных и двигательных нарушений, называемых хронической травматической энцефалопатией (ХТЭ) 6 , 7 (г. , 8 , 9 До 9 , 10. Даже субклинические сотрясательные события – те воздействия, которые не приводят к клиническим симптомам – могут привести к длительной неврологической дисфункции11,12.
Модели животных для изучения TBI были использованы с конца 1800-хгодов 13. В 1980-х годах был разработан пневматический ударник для моделирования ТБИ. Этот метод теперь называется контролируемым коркового воздействия (CCI)14. Контроль и воспроизводимость ТПП привели исследователей к адаптации модели для использования у грызунов15. Наша лаборатория использует эту модель, чтобы побудить TBI через коммерчески доступный ударный и электронный устройство активации16,17. Эта модель способна производить широкий спектр клинически применимых состояний TBI в зависимости от используемых биомеханических параметров. Гистологическая оценка мозга ТБИ после тяжелой травмы, вызванной в нашей лаборатории, демонстрирует значительную ипсилатеральную корковую и гиппокампа, а также контралатеральный отек и искажение. Кроме того, CCI производит последовательное ухудшение двигательных и когнитивных функций, измеряемых поведенческими анализами18. Ограничения ccI включают необходимость краниотомии и расходы на приобретение ударного и актуирующего устройства.
Несколько дополнительных моделей TBI существуют и хорошо зарекомендовали себя в литературе, включая боковую модель ударных жидкости, модель падения веса, и модель травмы взрыва19,20,21. Хотя каждая из этих моделей имеют свои собственные преимущества, их основными недостатками являются смешанные травмы, высокая смертность и отсутствие стандартизации, соответственно22. Кроме того, ни одна из этих моделей не предлагает точности, точности и воспроизводимости ТПП. Регулируя биомеханические параметры, вводимые в актуирующее устройство, модель CCI позволяет следователю точно контролировать размер травмы, глубину травмы и кинетическую энергию, применяемую к мозгу. Это дает следователям возможность применять весь спектр TBI к конкретным областям мозга. Это также позволяет наибольшее воспроизводимость от эксперимента к эксперименту.
Protocol
Representative Results
Discussion
Есть несколько шагов, которые имеют решающее значение для применения надежной и последовательной травмы. Во-первых, мышь должна достичь глубокой плоскости хирургической анестезии, не обеспечивая движения во время выполнения краниэктомии. Хотя многочисленные анестезии могут быть исп?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения Грант GM117341 и Американский колледж хирургов C. Джеймс Каррико научно-исследовательского стипендий S.J.S.
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 |
Riferimenti
- Faul, M. . Traumatic Brain Injury in the United States: Emergency Department Visits, Hospitalizations and Deaths 2002-2006. , (2010).
- Roozenbeek, B., Maas, A. I., Menon, D. K. Changing patterns in the epidemiology of traumatic brain injury. Nature Reviews Neurology. 9 (4), 231-236 (2013).
- Corso, P., Finkelstein, E., Miller, T., Fiebelkorn, I., Zaloshnja, E. Incidence and lifetime costs of injuries in the United States. Injury Prevention. 12 (4), 212-218 (2006).
- Pearson, W. S., Sugerman, D. E., McGuire, L. C., Coronado, V. G. Emergency department visits for traumatic brain injury in older adults in the United States: 2006-08. Western Journal of Emergency Medicine. 13 (3), 289-293 (2012).
- Whitlock, J. A., Hamilton, B. B. Functional outcome after rehabilitation for severe traumatic brain injury. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 76 (12), 1103-1112 (1995).
- Schwarzbold, M., et al. Psychiatric disorders and traumatic brain injury. Neuropsychiatric Disease and Treatment. 4 (4), 797-816 (2008).
- Whelan-Goodinson, R., Ponsford, J., Johnston, L., Grant, F. Psychiatric disorders following traumatic brain injury: their nature and frequency. Journal of Head Trauma Rehabilitation. 24 (5), 324-332 (2009).
- Peskind, E. R., Brody, D., Cernak, I., McKee, A., Ruff, R. L. Military- and sports-related mild traumatic brain injury: clinical presentation, management, and long-term consequences. Journal of Clinical Psychiatry. 74 (2), 180-188 (2013).
- Martin, L. A., Neighbors, H. W., Griffith, D. M. The experience of symptoms of depression in men vs women: analysis of the National Comorbidity Survey Replication. JAMA Psychiatry. 70 (10), 1100-1106 (2013).
- Makinde, H. M., Just, T. B., Cuda, C. M., Perlman, H., Schwulst, S. J. The Role of Microglia in the Etiology and Evolution of Chronic Traumatic Encephalopathy. Shock. 48 (3), 276-283 (2017).
- Belanger, H. G., Vanderploeg, R. D., McAllister, T. Subconcussive Blows to the Head: A Formative Review of Short-term Clinical Outcomes. Journal of Head Trauma Rehabilitation. 31 (3), 159-166 (2016).
- Carman, A. J., et al. Expert consensus document: Mind the gaps-advancing research into short-term and long-term neuropsychological outcomes of youth sports-related concussions. Nature Reviews Neurology. 11 (4), 230-244 (2015).
- Kramer, S. P. A Contribution to the Theory of Cerebral Concussion. Annals of Surgery. 23 (2), 163-173 (1896).
- Lighthall, J. W. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model. Journal of Neurotrauma. 5 (1), 1-15 (1988).
- Dixon, C. E., Clifton, G. L., Lighthall, J. W., Yaghmai, A. A., Hayes, R. L. A controlled cortical impact model of traumatic brain injury in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 39 (3), 253-262 (1991).
- Schwulst, S. J., Trahanas, D. M., Saber, R., Perlman, H. Traumatic brain injury-induced alterations in peripheral immunity. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 75 (5), 780-788 (2013).
- Trahanas, D. M., Cuda, C. M., Perlman, H., Schwulst, S. J. Differential Activation of Infiltrating Monocyte-Derived Cells After Mild and Severe Traumatic Brain Injury. Shock. 43 (3), 255-260 (2015).
- Makinde, H. M., Cuda, C. M., Just, T. B., Perlman, H. R., Schwulst, S. J. Nonclassical Monocytes Mediate Secondary Injury, Neurocognitive Outcome, and Neutrophil Infiltration after Traumatic Brain Injury. Journal of Immunology. 199 (10), 3583-3591 (2017).
- Thompson, H. J., et al. Lateral fluid percussion brain injury: a 15-year review and evaluation. Journal of Neurotrauma. 22 (1), 42-75 (2005).
- Marmarou, A., et al. A new model of diffuse brain injury in rats. Part I: Pathophysiology and biomechanics. Journal of Neurosurgery. 80 (2), 291-300 (1994).
- Reneer, D. V., et al. A multi-mode shock tube for investigation of blast-induced traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 28 (1), 95-104 (2011).
- Ma, X., Aravind, A., Pfister, B. J., Chandra, N., Haorah, J. Animal Models of Traumatic Brain Injury and Assessment of Injury Severity. Molecular Neurobiology. , (2019).
- Makinde, H. M., et al. Monocyte depletion attenuates the development of posttraumatic hydrocephalus and preserves white matter integrity after traumatic brain injury. PLoS One. 13 (11), e0202722 (2018).
- Osier, N. D., Dixon, C. E. The Controlled Cortical Impact Model: Applications, Considerations for Researchers, and Future Directions. Frontiers in Neurology. 7, 134 (2016).
- Iaccarino, C., Carretta, A., Nicolosi, F., Morselli, C. Epidemiology of severe traumatic brain injury. Journal of Neurosurgical Sciences. 62 (5), 535-541 (2018).
