Murine model van gecontroleerde corticale impact voor de inductie van traumatisch hersenletsel
Summary
Hier beschrijven we een protocol voor de inductie van muriene traumatisch hersenletsel via een open-Head gecontroleerd corticale impact.
Abstract
De centra voor ziektebestrijding en letselpreventie schatten dat bijna 2.000.000 mensen elk jaar in de Verenigde Staten een traumatisch hersenletsel (TBI) ondersteunen. In feite is TBI een factor die bijdraagt tot meer dan een derde van alle letsel-gerelateerde sterfte. Niettemin worden de cellulaire en moleculaire mechanismen die aan de pathofysiologie van TBI liggen, slecht begrepen. Zo zijn preklinische modellen van TBI die in staat zijn om de schade mechanismen die relevant zijn voor TBI bij menselijke patiënten te repliceren, een kritische Onderzoeksbehoefte. Het gecontroleerde corticale impact (CCI) model van TBI maakt gebruik van een mechanisch apparaat om de blootgestelde cortex direct te beïnvloeden. Hoewel geen enkel model de uiteenlopende schade patronen en heterogene aard van TBI bij menselijke patiënten volledig kan recapituleren, is CCI in staat om een breed scala aan klinisch toepasbare TBI te induceren. Bovendien is CCI eenvoudig gestandaardiseerd, zodat onderzoekers resultaten kunnen vergelijken tussen experimenten en onderzoeksgroepen. Het volgende protocol is een gedetailleerde beschrijving van het toepassen van een ernstige CCI met een commercieel beschikbaar beïnvloedingapparaat in een muriene model van TBI.
Introduction
De centra voor ziektebestrijding en letselpreventie schatten dat ongeveer 2.000.000 Amerikanen ondersteunen een traumatisch hersenletsel (TBI) elk jaar1,2. In feite, TBI draagt bij aan meer dan 30% van alle letsel gerelateerde sterfgevallen in de Verenigde Staten met zorgkosten nadert $80.000.000.000 jaarlijks en bijna $4.000.000 per persoon per jaar het overleven van een ernstige TBI3,4,5. De impact van TBI wordt benadrukt door de aanzienlijke lange termijn Neurocognitieve en neuropsychiatrische complicaties die worden ondervonden door de overlevenden met het verraderlijke begin van gedrags-, cognitieve en motorische beperkingen, genaamd chronische traumatische encefalopathie (CTE) 6 , 7 , 8 , 9 , 10. zelfs subklinische concussieve gebeurtenissen — die effecten die niet resulteren in klinische symptomen — kan leiden tot langdurige neurologische disfunctie11,12.
Diermodellen voor de studie van TBI zijn in dienst sinds de late jaren 180013. In de jaren tachtig werd een pneumatisch botslichaam ontwikkeld met het oog op modellering van TBI. Deze methode wordt nu aangeduid als gecontroleerde corticale impact (CCI)14. De controle en reproduceerbaarheid van CCI leidde onderzoekers om het model aan te passen voor gebruik bij knaagdieren15. Ons laboratorium gebruikt dit model om TBI te induceren via een in de handel verkrijgbaar botslichaam en elektronisch bedieningsapparaat16,17. Dit model is in staat om een breed scala van klinisch relevante TBI-toestanden te produceren, afhankelijk van de biomechanische parameters die worden gebruikt. Histologische evaluatie van TBI-hersenen na een ernstig letsel dat in ons laboratorium is geïnduceerd, toont significant ipsilateraal corticale en hippocampal verlies, evenals contralateraal oedeem en vervorming. Bovendien, CCI produceert een consistente beperking in motorische en cognitieve functie zoals gemeten door gedragstesten18. Beperkingen voor CCI omvatten de noodzaak van craniotomie en de kosten van het verwerven van het botslichaam en de Bedien inrichting.
Verschillende aanvullende modellen van TBI bestaan en zijn goed gevestigd in de literatuur, met inbegrip van de laterale vloeistof percussie model, gewicht druppel model, en Blast letsel model19,20,21. Terwijl elk van deze modellen hebben hun eigen duidelijke voordelen hun belangrijkste nadelen zijn gemengde letsel, hoge sterfte en gebrek aan standaardisatie, respectievelijk22. Bovendien bieden geen van deze modellen de nauwkeurigheid, precisie en reproduceerbaarheid van CCI. Door het aanpassen van de biomechanische parameters input in de Bedien inrichting, geeft het CCI-model de onderzoeker precieze controle over de grootte van het letsel, de diepte van het letsel en de kinetische energie die op de hersenen wordt toegepast. Dit geeft onderzoekers de mogelijkheid om het gehele spectrum van TBI toe te passen op specifieke gebieden van de hersenen. Het maakt ook de grootste reproduceerbaarheid van experiment om te experimenteren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Er zijn verschillende stappen die essentieel zijn voor het toepassen van een betrouwbaar en consistent letsel. Ten eerste moet de muis een diep vlak van chirurgische anesthesie bereiken die geen beweging garandeert tijdens de uitvoering van de craniectomie. Terwijl talrijke anesthetica regimes kunnen worden gebruikt voor het opwekken van algemene anesthesie bij knaagdieren, verdoving die induceren respiratoire depressie zoals inhalatieve anesthetica kan resulteren in ademhalingsstilstand wanneer gecombineerd met een erns…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door National Institutes of Health Grant GM117341 en het American College of Surgeons C. James Carrico Research Fellowship to 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 |
Referências
- 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).
