Modello elettromagnetico controllato a testa chiusa di lieve lesione cerebrale traumatica nei topi

Summary

Il protocollo descrive una lieve lesione cerebrale traumatica in un modello murino. In particolare, viene spiegato un protocollo passo-passo per indurre un lieve trauma cranico chiuso della linea mediana e la caratterizzazione del modello animale.

Abstract

Modelli animali altamente riproducibili di lesioni cerebrali traumatiche (TBI), con patologie ben definite, sono necessari per testare gli interventi terapeutici e comprendere i meccanismi di come un TBI altera la funzione cerebrale. La disponibilità di più modelli animali di TBI è necessaria per modellare i diversi aspetti e gravità del TBI osservati nelle persone. Questo manoscritto descrive l’uso di un trauma cranico chiuso della linea mediana (CHI) per sviluppare un modello murino di trauma cranico lieve. Il modello è considerato lieve perché non produce lesioni cerebrali strutturali basate sul neuroimaging o sulla perdita neuronale grossolana. Tuttavia, un singolo impatto crea abbastanza patologia che il deterioramento cognitivo è misurabile almeno 1 mese dopo l’infortunio. Un protocollo passo-passo per indurre un CHI nei topi utilizzando un impattatore elettromagnetico guidato stereotassicamente è definito nel documento. I vantaggi del modello CHI della linea mediana lieve includono la riproducibilità dei cambiamenti indotti da lesioni con bassa mortalità. Il modello è stato caratterizzato temporalmente fino a 1 anno dopo la lesione per cambiamenti neuroimaging, neurochimici, neuropatologici e comportamentali. Il modello è complementare ai modelli a cranio aperto di impatto corticale controllato utilizzando lo stesso dispositivo di impatto. Pertanto, i laboratori possono modellare sia TBI diffusi lievi che TBI focali da moderati a gravi con lo stesso impattatore.

Introduction

La lesione cerebrale traumatica (TBI) è causata da una forza esterna sul cervello, spesso associata a cadute, lesioni sportive, violenza fisica o incidenti stradali. Nel 2014, i Centers for Disease Control and Prevention hanno stabilito che 2,53 milioni di americani hanno visitato il pronto soccorso per cercare assistenza medica per incidenti correlati al TBI¹. Poiché il TBI lieve (mTBI) rappresenta la maggior parte dei casi di TBI, negli ultimi decenni sono stati adottati più modelli di mTBI, che includono caduta di peso, trauma cranico chiuso guidato da pistone e impatto corticale controllato, lesione rotazionale, lieve lesione da percussione fluida e modelli di lesioni da esplosione ^2,3. L’eterogeneità dei modelli mTBI è utile per affrontare le diverse caratteristiche associate all’mTBI osservate nelle persone e per aiutare a valutare i meccanismi cellulari e molecolari associati alla lesione cerebrale.

Tra i modelli comunemente usati di trauma cranico chiuso, uno dei primi e più utilizzati è il metodo della caduta di peso, in cui un oggetto viene lasciato cadere da un’altezza specifica sulla testa dell’animale (anestetizzato o sveglio)^2,4. Nel metodo di caduta del peso, la gravità della lesione dipende da diversi parametri, tra cui craniotomia eseguita o meno, testa fissa o libera, e la distanza e il peso dell’oggetto che cade ^2,4. Uno svantaggio di questo modello è l’elevata variabilità nella gravità della lesione e l’alto tasso di mortalità associato alla depressione respiratoria ^5,6. Un’alternativa comune è quella di fornire l’impatto utilizzando un dispositivo pneumatico o elettromagnetico, che può essere fatto direttamente sulla dura esposta (impatto corticale controllato: CCI) o sul cranio chiuso (trauma cranico chiuso: CHI). Uno dei punti di forza della lesione guidata dal pistone è la sua elevata riproducibilità e bassa mortalità. Tuttavia, la CCI richiede craniotomia ^7,8 e una craniotomia stessa induce infiammazione⁹. Invece, nel modello CHI, non c’è bisogno di craniotomia. Come già affermato, ogni modello ha delle limitazioni. Uno dei limiti del modello CHI descritto in questo documento è che l’intervento chirurgico viene eseguito utilizzando un telaio stereotassico e la testa dell’animale è immobilizzata. Mentre l’immobilizzazione completa della testa assicura la riproducibilità, non tiene conto del movimento dopo l’impatto che potrebbe contribuire alla lesione associata a un mTBI.

Questo protocollo descrive un metodo di base per eseguire un impatto CHI con un dispositivo di impatto elettromagnetico disponibile^{in commercio 10} in un mouse. Questo protocollo dettaglia i parametri esatti coinvolti per ottenere una lesione altamente riproducibile. In particolare, lo sperimentatore ha un controllo preciso sui parametri (profondità della lesione, tempo di permanenza e velocità di impatto) per definire con precisione la gravità della lesione. Come descritto, questo modello CHI produce una lesione che si traduce in patologia bilaterale, sia diffusa che microscopica (cioè attivazione cronica della glia, danno assonale e vascolare) e fenotipi comportamentali 11,12,13,14,15. Inoltre, il modello descritto è considerato lieve in quanto non induce lesioni cerebrali strutturali basate sulla risonanza magnetica o lesioni macroscopiche sulla patologia anche 1 anno dopo la lesione^16,17.

Protocol

Gli esperimenti eseguiti sono stati approvati dall’Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) dell’Università del Kentucky, e durante lo studio sono state seguite sia le linee guida ARRIVE che la Guida per la cura e l’uso degli animali da laboratorio. 1. Configurazione chirurgica NOTA: I topi sono alloggiati in gruppi di 4-5 / gabbia, l’umidità nella stanza dell’alloggiamento è mantenuta al 43% -47% e la temperatura è mantenuta a 22-23 °…

Representative Results

Questo dispositivo di impatto elettromagnetico stereotassico è versatile. Viene utilizzato sia per un impatto corticale controllato a cranio aperto (CCI) o per un intervento chirurgico di trauma cranico chiuso (CHI). Inoltre, la gravità della lesione può essere modulata modificando i parametri della lesione come la velocità dell’impatto, il tempo di permanenza, la profondità dell’impatto, la punta del dispositivo d’urto e l’obiettivo della lesione. Qui è descritto un intervento chirurgico CHI utilizzando un impatta…

Discussion

Diversi passaggi sono coinvolti nella ricreazione di un modello di lesione coerente utilizzando il modello descritto. In primo luogo, è fondamentale fissare correttamente l’animale nella cornice stereotassica. La testa dell’animale non dovrebbe essere in grado di muoversi lateralmente e il cranio dovrebbe essere completamente piatto con bregma e lambda che leggono le stesse coordinate. Posizionare correttamente le barre auricolari è l’aspetto più difficile di questo intervento chirurgico, e questo può essere appreso …

Materials

9 mm Autoclip Applier	Braintree scientific	ACS- APL	Surgery
9 mm Autoclip Remover	Braintree scientific	ACS- RMV	Surgery
9 mm Autoclip, Case of 1,000 clips	Braintree scientific	ACS- CS	Surgery (Staples)
Aperio ImageScope software	Leica BioSystems	NA	IHC
BladeFLASK Blade Remover	Fisher Scientific	22-444-275	Surgery
Cotton tip applicator	VWR	89031-270	Surgery
Digitial mouse stereotaxic frame	Stoelting	51730D	Surgery
Dumont #7 Forceps	Roboz	RS-5047	Surgery
Ear bars	Stoelting	51649	Surgery
EthoVision XT 11.0	Noldus Information Technology	NA	RAWM
Fiber-Lite	Dolan-Jeffer Industries	UN16103-DG	Surgery
Fisherbrand Bulb for Small Pipets	Fisher Scientific	03-448-21	Head support apparatus
Gemini Avoidance System	San Diego Instruments	NA	Active avoidance
Heating Pad	Sunbeam	732500000U	Surgery prep
HRP conjugated goat anti-rabbit IgG	Jackson Immuno Research laboratories	111-065-144	IHC
Induction chamber	Kent Scientific	VetFlo-0530XS	Surgery prep
Isoflurane, USP	Covetrus	NDC: 11695-6777-2	Surgery
Mouse gas anesthesia head holder	Stoelting	51609M	Surgery
Neuropactor Stereotaxic Impactor	Neuroscience Tools	n/a	Surgery: Formally distributed by Lecia as impact one
NexGen Mouse 500	Allentown	n/a	Post-surgery, holding cage
Parafilm	Bemis	PM992	Head support apparatus
Peanut – Professional Hair Clipper	Whal	8655-200	Surgery prep
Povidone-Iodine Solution USP, 10% (w/v), 1% (w/v) available Iodine, for laboratory	Ricca	3955-16	Surgery
Puralube Vet Oinment,petrolatum ophthalmic ointment, Sterile ocular lubricant	Dechra	17033-211-38	Surgery
Rabbit anti-GFAP	Dako	Z0334	IHC
Rabbit anti-IBA1	Wako	019-19741	IHC
8-arm Radial Arm Water Maze	MazeEngineers	n/a	RAWM
Scale	OHAUS CS series	BAL-101	Surgery prep
Scalpel Handle #7 Solid 6.25"	Roboz	RS-9847	Surgery
Sterile Alcohol Prep Pads (isopropyl alcohol 70% v/v)	Fisher Brand	22-363-750	Surgery prep
SumnoSuite low-flow anesthesia system	Kent Scientific	SS-01	Surgery
10 mL syringe Luer-Lok Tip	BD Bard-Parker	302995	Head support apparatus
Timers	Fisher Scientific	6KED8	Surgery
Topical anesthetic cream	L.M.X 4	NDC 0496-0882-15	Surgery prep
Triple antibiotic ointment	Major	NDC 0904-0734-31	Post-surgery
Tubing	MasterFlex	96410-16	Head support apparatus
Vaporizer Single Channel Anesthesia System	Kent Scientific	VetFlo-1210S	Surgery prep