Induzieren posttraumatische Epilepsie in einem Mausmodell von sich wiederholenden diffusen traumatischen Hirnverletzungen
10. Februar 2020
Dieses systematische Protokoll beschreibt ein neues Tiermodell der posttraumatischen Epilepsie nach wiederholten leichten Schädel-Hirn-Verletzungen. Der erste Teil beschreibt die Schritte zur traumatischen Hirnverletzungsinduktion mit einem modifizierten Gewichtsabnahmemodell. Der zweite Teil enthält Anweisungen zum chirurgischen Ansatz für ein- und mehrkanalige elektroenzephalographische Datenerfassungssysteme.
Unser Protokoll ist das erste, das ein Mausmodell der posttraumatischen Epilepsie detailliert aufführt, das durch leichte traumatische Hirnverletzungen induziert wird. Die Verwendung eines leicht diffusen traumatischen Hirnverletzungsmodells imitiert einen wichtigen Aspekt der Pathologie menschlicher traumatischer Hirnverletzungen, die fast immer eine diffuse Komponente hat. Um Biomarker und Behandlungen zu entwickeln, ist Forschung mit Modellen erforderlich, die Aspekte der menschlichen Pathologie angemessen reproduzieren.
Unser traumatisches Hirnverletzungsmodell hat auch das Potenzial, Einblicke in die Mechanismen zu geben, die eine Beeinträchtigung der Gehirnfunktion nach leichten traumatischen Hirnverletzungen oder Gehirnerschütterungen verursachen. Nachdem Sie eine mangelnde Reaktion auf Schmerzreflex bestätigt haben, legen Sie die Maus auf ein Schaumstoffpad und positionieren Sie den Mauskopf unter dem Gewichtstropfenrohr. Legen Sie eine flache 1,3 Zentimeter Durchmesser einen Millimeter dicke 880 Milligramm Gewicht EdelstahlScheibe in der Mitte des Tieres Kopf zwischen den Augen und den Ohren.
Entfernen Sie den Stift im Gewichtstropfenrohr, um die 100 Gramm schwere Stange aus einer Höhe von 50 Zentimetern zu lösen. Um eine Scheinverletzung bei den Kontrollmäusen zu induzieren, entfernen Sie die Gewichtsstange aus dem Rohr, um eine versehentliche Freisetzung des Stifts während des Gewichtsabfalls zu verhindern. Nach der Gewichtsabnahme-Induktion, legen Sie das Tier auf den Rücken auf ein Heizkissen mit einem sterilen Poly gefütterten saugfähigen Handtuch mit Überwachung bis zur vollen Recumbency bedeckt.
Dann legen Sie die Maus in einen sauberen Käfig, der auf einem Heizkissen mit Erholungsgel und ein paar befeuchteten Chow-Stücken für 45 Minuten erwärmt wurde. Um das Operationsfeld für die EEG-Elektrodenimplantation vorzubereiten, legen Sie einen Temperatursensor auf das Pad und legen Sie die reanesthetisierte Hirnverletzte Maus auf einen sterilen Vorhang auf dem Heizpad auf dem stereotaktischen Gerät. Nach der Fixierung des Kopfes an Ort und Stelle mit Ohrstangen, Schmiersalbe auf die Augen des Tieres auftragen und Enthaarungscreme verwenden, um das Haar von der Kopfhaut zu entfernen.
Desinfizieren Sie die exponierte Haut mit drei 20-Sekunden-Wechselabstrichen von Povidon Jod chirurgische antiseptische Lösung und 70%Ethanol in einer kreisförmigen Bewegung. Nach dem Entfernen der Kopfhaut, tragen Sie kleine Hämostate auf die geöffneten Hautränder, um den exponierten Bereich zu erweitern. Als nächstes verwenden Sie das Skalpell, um das Periost sanft zu entfernen und das Schädel mit Wasserstoffperoxid abzuwischen.
Wenn der Schädel von Gewebe befreit ist und ein weißliches Aussehen aufweist, trocknen Sie den Knochen mit einer sterilen Gaze oder einem Tupfer. Verwenden Sie für die Elektrodenimplantation einen Hochgeschwindigkeitsbohrer mit einem runden 0,5-Millimeter-Stahlbit bei 5.000 bis 6.000 Umdrehungen pro Minute, um sechs Gratlöcher für die Schneckenelektroden zu erstellen. Wenn alle Löcher gebohrt sind, legen Sie die sechs Schneckenelektroden in die Gratlöcher und mischen Sie eine halbe Kugel Dentalzementpulver mit mehreren Tropfen Lösungsmittel.
Verwenden Sie einen Spachtel, um zu rühren, bis die Zahnzementmischung klebrig, aber formbar und steif genug ist, um richtig kondensiert zu werden, wenn sie auf den Schädel des Tieres gelegt werden. Tragen Sie den Zement über die gesamte freiliegende Oberfläche des Schädels und jede Schneckenelektrode auf. Schalten Sie nach ein bis zwei Minuten das Lötkolben ein und legen Sie die drei EEG-Kopfhalterungin in einen stereotaktischen Halterarm.
Positionieren Sie die Kopfhalterung über dem Schädel, so dass die sechs Drahtführungspositionen mit der Position des Drahtvorsprungs jeder Schneckenelektrode übereinstimmen. Senken Sie das Gerät, so dass sein ventraler Teil auf dem Zahnzement ruht. Drehen Sie den Draht jeder Leitung von jeder der Schneckenelektroden mit dem entsprechenden Drahtvorsprung der Kopfhalterung, löten Sie jedes verdrehte Drahtpaar für die richtige Signalleitung und verwenden Sie eine Schere, um überschüssigen Draht zu trimmen.
Biegen Sie jedes gelötete Paar Draht führt um die Kopfhalterung. Wenn alle Paare gebogen sind, bedecken Sie den gesamten Draht mit frischem Zahnzement, so dass nur der schwarze Teil der Kopfhalterung freigelegt wird. Lassen Sie die Hämostate, die die Hautklappen halten, los und wenden Sie Chlorhexidin antiseptisch auf den Bereich um das Implantat an, um eine Infektion zu vermeiden.
Dann übertragen Sie das Tier aus dem Gerät auf ein Gleichgewicht, um das Gewicht des Tieres als Referenz für die zukünftige Überwachung zu messen, bevor Sie das Tier in einen sauberen Käfig auf einem warmen Heizkissen mit Überwachung, Rückgewinnungsgel und ein paar befeuchteten Chow-Stücken legen. In dieser Abbildung wird ein spontaner Anfall in einer Maus 97 Tage nach wiederholtem Gewichtsabfall traumatische Hirnverletzungen aufgezeichnet mit einem drei EEG-Kopfhalterung konfiguriert, wie in diesem Videoprotokoll gezeigt gezeigt. Hierbei wird ein spontaner, nicht krampfhafter elektrografischer Anfall gezeigt, der 65 Tage nach wiederholtem Gewichtsverlust bei einer Maus aufgezeichnet wurde.
In dieser Abbildung wurde ein spontaner Anfall in einer Maus 23 Tage nach wiederholtem Gewichtsabfall traumatische Hirnverletzungen mit einem EEG-Kopfhalterung aufgezeichnet. Die Spektralleistung eines typischen Anfalls weist auf die höchste Dichte im Bereich von 10 bis 40 Hertz mit einem Spitzenwert von 15 Hertz hin. Dieses Protokoll zeigt die Zeitpläne für den Anfall bei Tieren nach wiederholten Gewichtsabfall traumatischehirnverletzungen, die die Inzidenz von Anfallsclustering bei einigen Tieren zeigen und betonen, wie wichtig es ist, kontinuierliche statt intermittierende Aufnahmen zu erwerben.
Die richtige Platzierung der Stahlscheibe, die sorgfältige Implantation der Schneckenelektroden und das sorgfältige Löten der Drahtleitungen sind entscheidend für ein erfolgreiches Langzeitexperiment. Nach der EEG-Überwachung können Tiere mit Hirnverletzungen, die Krampfanfälle entwickeln, von Tieren geschichtet werden, die nicht für die nachfolgende Analyse ihrer zellulären, molekularen und physiologischen Unterschiede gelten. Tiere mit posttraumatischer Epilepsie von Solchen zu schichten, die traumatische Hirnverletzungen erleiden, aber keine Anfälle entwickeln, ist entscheidend für die Entwicklung von Interventionen und Biomarkern.
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Übersicht
Dieses Protokoll beschreibt ein neuartiges Mausmodell der posttraumatischen Epilepsie, die durch leichtes traumatisches Hirntrauma induziert wird. Es beschreibt die Induktion des traumatischen Hirntraumas mittels eines modifizierten Gewichtsabwurfmodells und bietet Anweisungen zur elektroenzephalographischen Datenerfassung.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Neurowissenschaften
- Traumatisches Hirntrauma
- Elektrophysiologie
Hintergrund
- Posttraumatische Epilepsie ist eine bedeutende Folge eines traumatischen Hirntraumas.
- Leichtes traumatisches Hirntrauma hat oft eine diffuse Komponente, die die menschliche Pathologie widerspiegelt.
- Forschungsmodelle sind unerlässlich für die Entwicklung von Biomarkern und Behandlungen.
- Dieses Modell zielt darauf ab, die Mechanismen der Beeinträchtigung der Gehirnfunktion nach einer Verletzung zu erklären.
Zweck der Studie
- Ein zuverlässiges Tiermodell zur Untersuchung der posttraumatischen Epilepsie zu etablieren.
- Die menschlichen Bedingungen des traumatischen Hirntraumas nachzuahmen.
- Die Forschung zu potenziellen Behandlungen und Biomarkern zu erleichtern.
Verwendete Methoden
- Induktion eines leichten traumatischen Hirntraumas mit einer Gewichtsabwurfmethode.
- Platzierung einer Edelstahlscheibe auf dem Kopf der Maus zur Verletzungsinduktion.
- Elektroenzephalographische Datenerfassung zur Überwachung der Gehirnaktivität.
- Bewertung des Schmerzreflexes, um eine angemessene Verletzungsinduktion sicherzustellen.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Induktion der posttraumatischen Epilepsie im Mausmodell.
- Etablierung eines Protokolls für die Datenerfassung in der Elektroenzephalographie.
- Einblicke in die Mechanismen der Beeinträchtigung der Gehirnfunktion nach einer Verletzung.
- Potenzial für zukünftige Forschung zu Biomarkern und Behandlungsstrategien.
Schlussfolgerungen
- Dieses Modell bietet ein wertvolles Instrument zur Untersuchung der posttraumatischen Epilepsie.
- Es ahmt die Bedingungen des menschlichen traumatischen Hirntraumas genau nach.
- Weitere Forschung kann zu Fortschritten in der Behandlung und zum Verständnis der Erkrankung führen.
Häufig gestellte Fragen
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.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:56
Weight Drop Traumatic Brain Injury (TBI)
2:01
Electroencephalography (EEG) Electrode Implantation Surgical Field Preparation
3:11
EEG Electrode Implantation
5:13
Results: Representative Spontaneous Seizure Depictions and Timelines
6:17
Conclusion
