在重复性扩散创伤性脑损伤小鼠模型中诱导创伤后癫痫
February 10th, 2020
此系统协议描述了重复性轻度创伤性脑损伤后创伤后癫痫的新动物模型。第一部分详细介绍了使用修改后的降重模型进行创伤性脑损伤诱导的步骤。第二部分对单通道和多通道脑电图数据采集系统的手术方法进行了说明。
我们的协议是第一个详细描述由轻度创伤性脑损伤引起的创伤性癫痫的小鼠模型。使用轻度扩散创伤性脑损伤模型模仿人类创伤性脑损伤病理学的一个重要方面，该病理学几乎总是具有扩散成分。为了开发生物标志物和治疗方法，需要使用适当再现人类病理学方面的模型进行研究。
我们的创伤性脑损伤模型也有潜力提供对轻度创伤性脑损伤或脑震荡后导致脑功能损伤的机制的洞察。在确认对疼痛反射缺乏反应后，将鼠标放在泡沫垫上，将鼠标头放在重量下降管下。将一个直径1.3厘米、厚880毫克的不锈钢盘放在动物头部中心的眼睛和耳朵之间。
拆下降压管中的销，将 100 克重量杆从 50 厘米的高度释放。要对照小鼠造成虚假伤害，请从管子上取下重量杆，以防止在重量下降期间意外释放销。重量下降诱导后，将动物放在其背上的加热垫上，用无菌的多衬里吸水毛巾覆盖，并监测直至完全卧放。
然后将鼠标放在一个干净的笼子里，用回收凝胶和几块湿润的周片加热，45分钟。要准备 EEG 电极植入的手术场，请将温度传感器放在垫上，然后将重新麻醉的脑损伤小鼠放在立体定向装置加热垫顶部的无菌窗帘上。用耳条固定头部后，在动物的眼睛上涂抹润滑膏，并使用脱毛霜将头发从头皮上去除。
用三个20秒交替拭子的波维酮碘手术防腐剂溶液和70%乙醇在圆周运动中消毒暴露的皮肤。去除头皮后，在开放的皮肤边框上涂抹小护肤面，以扩大暴露区域。接下来，使用手术刀轻轻取出周长，用过氧化氢擦拭颅骨。
当颅骨被清除组织并表现出白色外观时，用无菌纱布或拭子擦干骨质。对于电极植入，使用高速钻头，以每分钟 5，000 到 6，000 次旋转的速度进行 0.5 毫米的圆形钢位，为螺钉电极创建 6 个毛刺孔。钻好所有孔后，将六个螺钉电极放入毛刺孔中，将半勺牙科水泥粉与几滴溶剂混合。
使用铲子搅拌，直到牙科水泥混合物是俗气的，但可塑和僵硬，足以适当浓缩时，放置在动物的颅骨。将水泥涂抹在颅骨和每个螺杆电极的整个外露表面。一到两分钟后，打开焊接熨斗，将三个 EEG 头安装到立体定向支架臂中。
将头安装在头骨上，使六根导线位置与每个螺钉电极的导线位置相匹配。降低设备，使其腹部放在牙科水泥的顶部。用头安装的相应导线从每个螺钉电极上扭动每个引线，焊接每双绞线，以进行正确的信号传导，并使用剪刀修剪任何多余的导线。
将每对焊接的导线绕在头部支座周围弯曲。当所有对都弯曲时，用新鲜的牙科水泥盖住所有电线，只留下头座的黑色部分暴露。释放持有皮瓣的血肉，在植入物周围区域涂抹氯己丁防腐剂，以避免感染。
然后将动物从仪器转移到一个平衡，以测量动物的重量，作为未来监测的参考，然后把动物放在一个干净的笼子里，放在一个温暖的加热垫上，有监测，恢复凝胶和一些湿润的周片。在这个数字中，一个自发的癫痫发作在鼠标97天后重复减肥创伤性脑损伤记录使用三个EEG头安装配置，如本视频协议所示显示。在这里，一个自发的非抽搐电性癫痫发作记录在小鼠65天后，反复减肥创伤性脑损伤显示。
在这个数字中，在老鼠的自发性癫痫发作23天后，反复减肥创伤性脑损伤记录使用一个EEG头部安装。典型癫痫发作的光谱功率表示最高密度在 10 到 40 赫兹之间，峰值为 15 赫兹。该协议演示了重复体重下降创伤性脑损伤后动物癫痫发作发作的时间表，表明某些动物的癫痫发作聚集的发生率，并强调获得连续而不是间歇性记录的重要性。
正确放置钢盘、小心地植入螺钉电极和仔细焊接导线，都是长期试验成功的关键。脑电图监测后，脑损伤导致癫痫发作的动物可以从那些不用于随后分析其细胞、分子和生理差异的动物进行分层。将创伤后癫痫动物从创伤性脑损伤中分层，但没有出现癫痫发作，对于干预措施和生物标志物的发展至关重要。
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概述
本协议描述了由轻度创伤性脑损伤诱导的创伤后癫痫的新型小鼠模型。它详细说明了使用改良重物掉落模型诱导创伤性脑损伤的方法，并提供了脑电图数据获取的说明。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 创伤性脑损伤
- 电生理学
背景
- 创伤后癫痫是创伤性脑损伤的重要后果。
- 轻度创伤性脑损伤通常有弥漫性成分，反映了人类病理。
- 研究模型对于开发生物标志物和治疗方法至关重要。
- 本模型旨在阐明创伤后脑功能障碍的机制。
研究目的
- 建立一个可靠的动物模型，用于研究创伤后癫痫。
- 模拟人类创伤性脑损伤条件。
- 促进潜在治疗和生物标志物的研究。
使用的方法
- 使用重物掉落方法诱导轻度创伤性脑损伤。
- 在小鼠头部放置不锈钢圆盘以诱导损伤。
- 脑电图数据获取用于监测脑活动。
- 评估疼痛反射以确保适当的损伤诱导。
主要结果
- 成功在小鼠模型中诱导创伤后癫痫。
- 建立了脑电图数据采集的协议。
- 对创伤后脑功能障碍机制的洞察。
- 未来研究生物标志物和治疗策略的潜力。
结论
- 本模型为研究创伤后癫痫提供了宝贵的工具。
- 它紧密模拟了人类创伤性脑损伤的条件。
- 进一步的研究可以导致治疗和对该病症理解的进展。
常见问题
Executive Industry Relevance
This model addresses a critical gap in preclinical epilepsy research by enabling study of diffuse traumatic brain injury without focal lesions, mirroring the majority of human TBI cases. It supports target validation and mechanistic de-risking for anti-epileptogenic interventions by providing a reproducible system to study epileptogenesis after mild, repetitive injury. The latency period and spontaneous seizure phenotype allow for longitudinal biomarker screening and therapeutic window assessment in a disease-relevant system.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses in diffuse TBI-induced epileptogenesis without confounding focal lesions.
- Operational Value: Provides a disease-relevant system for functional target validation and pathway clarification in acquired epilepsy.
- Predictive Value: Supports predictive confidence by modeling human-like latency and spontaneous seizure onset after mild injury.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates quantifiable electrographic seizure endpoints (10–40 Hz spectral power, peak at 15 Hz) for compound screening.
- Reproducibility: Standardized weight drop parameters (100g from 50cm) and electrode placement enable consistent seizure induction across cohorts.
- Scalability: Continuous video-EEG monitoring supports longitudinal assessment of seizure burden and clustering for therapeutic response evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Mirrors human PTE latency and seizure semiology, supporting biomarker alignment and preclinical validation.
- Mechanistic De-risking: Allows stratification of epileptic vs. non-epileptic TBI animals for mechanistic analysis of impairment and intervention response.
- Risk-Adjusted Advancement: Enables evaluation of disease-modifying effects rather than acute seizure suppression, reducing late-stage biological risk.
Pipeline & Workflow Integration
The model fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, particularly for disease-modifying anti-epileptogenic strategies.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of epileptogenic pathways following diffuse, non-lesional TBI.
- Screening: Enables assay development using continuous EEG readouts to quantify seizure incidence, duration, and spectral features.
- Analytics: Provides quantitative dependent variables (seizure onset latency, clustering, power spectra) for comparing genetic, pharmacological, or environmental conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical validation via latency-period monitoring and spontaneous convulsive/non-convulsive seizure phenotypes.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for chronic epilepsy modeling across genetic backgrounds and injury paradigms.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in PTE etiology by isolating diffuse injury as a sufficient trigger for epileptogenesis.
- Operational Value: Standardizes surgical and induction procedures (disc placement, burr hole patterning, electrode soldering) for cross-site reproducibility.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by identifying compounds that modify epileptogenesis rather than merely suppress seizures.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates based on disease-modifying potential in a clinically reflective model.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotactic surgery, EEG electrode implantation, and soldering techniques for reliable signal acquisition.
- Dependent on precise instrumentation: weight drop tube, high-speed drill (0.5mm bit, 5,000–6,000 RPM), and multi-channel EEG acquisition systems.
- Necessitates cross-team standardization of postoperative care protocols (heating pads, recovery gel, monitoring) to minimize variability in seizure latency.
- Adaptation considerations include model scalability to rat systems or alternative injury modalities while preserving diffuse injury characteristics.
- Practical limitations include surgical morbidity risk and the need for months-long monitoring, demanding sustained animal care and data management infrastructure.
