Kontrolleret Cortical Impact Model for Traumatisk Hjerneskade

Summary

Traumatic brain injuries (TBIs) remain a serious health problem. Using the controlled cortical impact surgery model, research on the effects of TBI and possible treatment methods may be performed.

Abstract

Every year over a million Americans suffer a traumatic brain injury (TBI). Combined with the incidence of TBIs worldwide, the physical, emotional, social, and economical effects are staggering. Therefore, further research into the effects of TBI and effective treatments is necessary. The controlled cortical impact (CCI) model induces traumatic brain injuries ranging from mild to severe. This method uses a rigid impactor to deliver mechanical energy to an intact dura exposed following a craniectomy. Impact is made under precise parameters at a set velocity to achieve a pre-determined deformation depth. Although other TBI models, such as weight drop and fluid percussion, exist, CCI is more accurate, easier to control, and most importantly, produces traumatic brain injuries similar to those seen in humans. However, no TBI model is currently able to reproduce pathological changes identical to those seen in human patients. The CCI model allows investigation into the short-term and long-term effects of TBI, such as neuronal death, memory deficits, and cerebral edema, as well as potential therapeutic treatments for TBI.

Introduction

Traumatisk hjerneskade (TBI) defineres som en ændring i hjernens funktion, eller anden dokumentation for hjernens patologi, forårsaget af en ydre kraft ^1.. TBIs fortsat et alvorligt sundhedsproblem i hele verden, især i USA. Ifølge Centers for Disease Control og Forebyggelse, forekommer mindst 1,7 mio TBIs årligt i USA resulterede i 30,5% af alle dødsfald skade-relaterede. I 2000 de direkte medicinske omkostninger og indirekte omkostninger til TBIs udgjorde en anslået 76500 millioner dollars i USA alene. Selv om de teknologiske og terapeutiske fremskridt i de foregående årtier har forbedret kvaliteten og længden af ​​livet for dem, der lider TBIs, ingen effektiv farmaceutiske eller forebyggende behandlinger findes i øjeblikket. På grund af kompleksiteten og vidtrækkende virkninger af TBIs, herunder vævslæsioner, celledød og Axon degeneration, ikke to skader er identiske; således ingen aktuelle TBI model for dyr nøjagtigt gengiveralle aspekter af TBI, som ses hos mennesker. Men dyremodeller giver evnen til at producere næsten identiske skader, der er nødvendige for at undersøge de forskellige effekter af TBI med håb om yderligere at forstå de kliniske manifestationer af TBIs.

Den kontrollerede kortikale virkning (CCI) model bruger en indvirkning systemet til at levere den fysiske indvirkning på den udsatte dura af et dyr. Det inducerer TBIs spænder fra mild til svær svarende til dem, der opleves af mennesker. Denne skade blev først karakteriseret i fritten ² og blev senere tilpasset til anvendelse i rotte ^3,4, mus ^5-7, og får ^8. Siden den første karakterisering har skadestedet blevet placeret både over midterlinjen ^2,9 og den laterale cortex ^10. CCI giver en nem og præcis metode til at undersøge virkningerne og mulige behandlinger for TBIs.

Ud over at CCI-modellen, fluid percussion og vægt dråbe modeller commonly bruges til at producere TBIs. Men disse modeller nuværende begrænsninger, herunder mindre kontrol over skadeparametrene, der producerer histopathalogical ændringer, som ikke er set i menneskelig TBIs og større forekomst af hændelig død i mus ^3,5,10. Trykbølgen model anvendes også til at fremstille TBIs. Selv trykbølgen model ikke reproducere de histopathalogical ændringer ses efter en mekanisk påvirkning, er denne model præcist producere TBIs opleves især ved militært personel ^11. Den kontrollerede kortikale virkning model er let at styre på grund af den præcise kontrol over deformation parametre såsom tid, hastighed og dybde for slag ^5. En sådan nøjagtighed gør at kopiere næsten identiske skader på tværs af en hel gruppe af dyr mere realistisk. Vigtigst er det, CCI gengiver TBIs med funktioner set i menneskelig TBIs ^12. Men der er ingen enkelt dyremodel, der er helt vellykket i at gengive hele spektret af patologisk chanGES observeret efter TBI. Yderligere forskning er nødvendig for fuldt ud at afsløre de akutte og kroniske forandringer, der sker efter TBI.

To typer af skader forekomme efter en traumatisk hjerneskade: primære og sekundære skader. Den primære skade sker i det øjeblik virkning og er ikke følsom over for terapeutiske behandlinger; Men de sekundære skader, der resterer, efter at oprindelige skade er underlagt behandlinger ^13. Den kontrollerede kortikale virkning model producerer den primære skade, således at forskerne at undersøge virkningerne af TBI og potentielle terapeutiske behandlinger for de potentielt langvarige effekter af sekundære skader. Områder af forskningspotentiale ved hjælp af CCI-modellen omfatter neuronal død, hjerneødem, neurogenese, vaskulære effekter, histopathalogical ændringerne og hukommelse underskud og mere ^3,13-16.

Protocol

Animal Care Mandlige C57 BL / 6 mus var gruppe-opstaldes og holdes i et 12/12 timers lys / mørke-cyklus med fri adgang til mad og vand ad libitum. De anvendte dyr i denne protokol var 10-12 uger gamle. Alle procedurer blev udført under protokoller godkendt af Indiana University Animal Care og brug Udvalg. 1.. Kirurgisk Forberedelse Bedøver musen ved hjælp af en ketamin / xylazin-blanding (87,7 mg / ml ketamin og 12,3 mg / ml xylazin) og administrere (1 ml / kg)…

Representative Results

Den kontrollerede kortikale virkning model producerer TBIs spænder i sværhedsgrad fra mild til svær. Post-effekt mængden af ​​kranie hævelse, blødning, og kraniel forvrængning på stedet virkningerne vil afsløre skaden sværhedsgrad som følge af parametre hastighed og deformation dybde. Milde TBIs resulterer i kraniel hævelse på virkning og mindre blødning på grund af den begrænsede dura brud. En moderat TBI udstiller kraniel hævelse og øget blødning på grund af dura brud på impaction (Fig…

Discussion

De mest kritiske trin for succes generere konsistente TBIs ved hjælp af et elektronisk system, indvirkning magnet til at forårsage en CCI er: 1) stabilt fastsættelse musen hovedet i stereotaktisk ramme; 2) generering af samme størrelse af knogle vindue mellem mus og fjerne knoglen uden at beskadige dura under det under kraniektomi; 3) korrekt placering virkningen spids i midten af ​​det åbne område og oprettelse af nulpunktet før påvirker.

En mus hoved skal fastsættes i stereota…

Materials

Povidone-iodine 7.5%	Purdue product L.P.		Surgical scrub
Cotton tipped applicators	Henry Schein	100-6015	Remove blood and debris
scissor	Fine Science Tools	14084-08	Surgery
forcept	Fine Science Tools	11293-00	Surgery
hemostat	Fine Science Tools	13021-12	Surgery
Rechargeable Cordless Micro Drill	Stoelting	58610	Combine with Burrs for generating the bone window
Burrs for Micro Drill	Fine Science Tools	19007-05
Suture monofilament	Ethicon	G697	Suture
tert-Amyl alcohol	Sigma	152463-250ML	Making 2.5% Avertin
2,2,2-Tribromoethanol	Sigma	T48402-25G	Making 2.5% Avertin