创伤性脑损伤的可控皮层冲击模型
2014年8月5日
创伤性脑损伤（TBI）仍然是一个严重的健康问题。通过使用控制性皮质冲击手术模型，可以开展针对TBI的影响及潜在治疗方法的研究。
本实验的总体目标是利用可控性皮层冲击模型制备创伤性脑损伤。首先对小鼠进行麻醉并完成手术准备，以实现该目标。实验的第二步是进行颅骨开窗术（C craniectomy）。
第三步是使用设定的参数建立撞击系统。最后一步是对暴露的大脑进行撞击。最终，结果可以通过解剖后大脑的影像学观察以及免疫组织化学染色显示皮质损伤腔。
通常，初次接触该方法的研究人员会遇到困难，因为他们难以产生稳定一致的脑损伤。本次操作将由本实验室的研究助理 Dr.Shang Gao 演示。麻醉后，将小鼠两耳之间的头部区域剃毛，并使用 10% 碘液和 70% 乙醇交替擦拭清洁暴露的皮肤。
接下来，务必润滑眼睛以防止其干燥。然后利用耳杆和咬合板将小鼠固定在立体定位仪框架中，头部应保持非常稳定。
使用剪刀在头部正中做纵向切口，开始颅骨切除术。然后用止血钳将皮肤向一侧牵开，并用棉签擦拭、清洁并暴露颅骨。等待约一分钟使其干燥，再继续后续操作。
干燥后，使用镊子对颅骨施加压力，确保标本保持固定不动。辨认出人字缝（lambda）和冠状缝（bregma）解剖标志。
然后在其中心绘制一个直径为4毫米、距中线0.5毫米的圆。接着沿标记的圆周进行钻孔，使骨质易于折断，但不要穿透至硬脑膜。根据需要清除骨屑。
然后使用镊子折断骨环，暴露硬脑膜。C型开颅术是最关键的步骤。保持一致的骨窗参数将有助于实现一致的损伤程度。
确保正确使用钻头尺寸、转速和力度。冲击系统利用驱动装置对颅骨实施冲击，需设定若干参数。将驱动装置的速度设为每秒三米。
接下来，将驱动器固定到立体定位架上。使用显微操作器，将宽度为3 mm的驱动器置于暴露的颅骨区域。然后调节驱动器的尖端，使其与冲击表面平行。
为设定零点，伸出执行器并将其降低，直到探针尖端刚好接触撞击位置。将框架上相应的 Z 轴通道设为零。现在将探针回缩，本例中为一毫米。
然后设定相应创伤性脑损伤的变形深度，以驱动执行器。接着点击撞击按钮进行损伤操作。使用棉签清理任何血液，但不要触碰损伤部位。
将小鼠移至保温垫上并监测损伤情况。止血后，缝合伤口，然后将小鼠放回铺有保温垫的清洁笼具中，过夜恢复。损伤后，肿胀、出血和颅骨变形的程度反映了损伤的真实严重性。硬脑膜出现部分至完全破裂会显著影响出血量，并导致轻度至中度的创伤性脑损伤。
通过固定组织并使用显微镜观察，可轻松区分中度与重度创伤性脑损伤（TBI）。此处采用尼氏（Nissl）染色，将对照组与接受中度TBI的小鼠进行比较，可见一个向皮层深部延伸的空腔。
该模型可用于研究脑损伤引起的此类退行性变以及神经元死亡和其他组织病理学变化。一旦掌握，若操作得当，该技术可在15分钟内完成。
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概述
本文讨论了用于研究创伤性脑损伤（TBI）的可控皮层撞击手术模型。文章概述了在小鼠中诱导TBI的操作步骤以及后续对脑损伤的分析方法。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 创伤性脑损伤研究
- 动物模型
背景
- 创伤性脑损伤是一个重要的健康问题。
- 了解创伤性脑损伤有助于开发更有效的治疗方案。
- 受控皮质撞击模型是研究创伤性脑损伤的常用方法。
- 该模型可实现可控且可重复的脑损伤。
研究目的
- 在受控环境中制造创伤性脑损伤。
- 分析创伤性脑损伤对脑结构和功能的影响。
- 探索创伤性脑损伤的潜在治疗方法。
使用的方法
- 对小鼠进行麻醉并为其手术做好准备。
- 实施开颅手术以暴露脑组织。
- 设置具有特定参数的撞击系统。
- 对暴露的脑组织进行撞击以诱导损伤。
主要结果
- 对离体脑组织进行成像可显示皮质损伤腔。
- 采用免疫组织化学方法分析损伤的影响。
- 研究结果有助于理解创伤性脑损伤（TBI）的病理机制。
- 研究发现可能为未来的治疗策略提供依据。
结论
- 控制性皮质撞击模型对创伤性脑损伤研究具有良好的效果。
- 研究结果凸显了在受控环境下研究创伤性脑损伤的重要性。
- 仍需进一步研究以探索治疗方案。
常见问题
行业重要性概述
可控皮层损伤（CCI）模型能够在临床前系统中精确且可重复地诱导创伤性脑损伤（TBI），为神经治疗药物研发管线提供机制性风险降低和转化连续性的支持。通过提供可量化且可扩展的损伤参数，CCI模型有助于对候选干预措施进行可靠的靶点验证和比较评估。该模型在神经创伤研究项目的早期发现、先导物识别及临床前推进决策中具有重要的战略地位。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 可在受控且可重复的条件下验证神经创伤相关假说。
- 支持对与创伤性脑损伤（TBI）病理相关的分子和细胞靶点进行功能验证。
- 通过模拟与人类创伤性脑损伤相关的损伤严重程度及进展过程，促进机制层面的风险评估。
- 为神经保护策略的比较评估提供平台。
筛选与检测方法开发
- 为后续组织学和行为学检测提供标准化的损伤参数。
- 通过精确控制冲击变量，实现损伤严重程度和治疗反应的可重复量化。
- 支持检测的可扩展性以及不同研究间的可比性。
- 建立经过验证的临床前系统，用于化合物筛选和生物标志物发现。
转化与临床前研究
- 将损伤表型与临床相关的创伤性脑损伤特征相匹配，以推动转化生物标志物的开发。
- 支持对损伤后神经退行性变、脑水肿及功能缺损进行纵向评估。
- 基于可预测的临床前数据，支持经风险调整的神经治疗候选药物的推进。
- 促进神经创伤研究 pipeline 从发现到临床前验证的连续性。
流程与工作流整合
CCI 模型通过为创伤性脑损伤（TBI）研究中的假设验证、靶点确认和治疗评估提供可重复的平台，融入了从发现到临床前研究的连续过程。
- Discovery Biology：支持在可控损伤后对神经元死亡、水肿和记忆缺陷的机制研究。
- 筛选：提供标准化、定量的检测结果，用于评估候选干预措施和损伤生物标志物。
- 分析：提供可用于比较损伤严重程度和治疗效果的影像学和免疫组织化学数据输出。
- 转化研究：模拟临床相关的创伤性脑损伤特征，为生物标志物的匹配和临床前决策提供依据。
- 企业级复用：提供一个经过验证、可扩展的平台，适用于各类神经创伤研究项目。
运营与企业影响
- 科学价值：提高神经创伤靶点验证的预测可信度，降低机制上的模糊性。
- 操作价值：提供标准化、可重复且可扩展的损伤诱导方法，实现跨研究的可比性。
- 战略价值：通过实现可靠的临床前评估，优化“推进/终止”决策并提升资本使用效率。
- 项目组合影响：支持对神经治疗资产进行基于风险调整的优先排序和推进。
实施注意事项
- 需要在立体定向手术和开颅手术方面具备专业技术知识。
- 需要精确的仪器以控制冲击参数并确保可重复性。
- 需要跨团队对损伤诱导和分析终点进行标准化。
- 在不同物种或损伤严重程度间应用时，可能需要优化实验方案。
- 该模型的局限性包括无法完全再现所有人类创伤性脑损伤的病理特征。
