Los atletas absorben varios cientos de lesiones cerebrales traumáticas leves (mTBI) / concusiones cada año; Sin embargo, la consecuencia de éstos en el cerebro es mal entendida. Por lo tanto, un modelo animal de mTBI único y repetitivo que repeticiones consistentes clínicamente relevantes síntomas proporciona los medios para avanzar en el estudio de mTBI y concusión.
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Artículo de método
Un Modelo de Ratón de Único y Repetitivo Lesión Cerebral Traumática Leve
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Resumen
Resumen
La lesión cerebral traumática leve (mTBI) puede resultar en la pérdida aguda de la función cerebral, incluyendo un período de confusión, pérdida de conciencia (LOC), déficits neurológicos focales e incluso amnesia. Los atletas que participan en deportes de contacto tienen un alto riesgo de exposición a un gran número de mTBI. En términos de nivel de lesión en un atleta deportivo, un mTBI se define como una lesión leve que no causa grandes cambios patológicos, pero sí causa deficiencias neurológicas a corto plazo que se resuelven espontáneamente. A pesar de los intentos anteriores de modelar mTBI en ratones y ratas, muchos han reportado efectos adversos graves incluyendo fracturas de cráneo, hemorragia intracerebral, lesión axonal y muerte celular neuronal. En este documento, describimos nuestro altamente reproducible modelo animal de mTBI que reproduce síntomas clínicamente relevantes. Este modelo utiliza un dispositivo de impactador neumático a medida para producir un traumatismo de cabeza cerrada. Este impacto se realiza bajo parámetros precisos de velocidad y deformación,Creando un modelo confiable y reproducible para examinar los mecanismos que contribuyen a los efectos de la mTBI concussiva única o repetitiva.
Introducción
Lesión cerebral traumática (TBI) se define como una lesión en la cabeza sostenida de una fuerza física externa, lo que resulta en la interrupción de la función cerebral normal. Representa una importante carga socioeconómica y de salud pública, y el Centro para el Control y la Prevención de Enfermedades Informe 2015 al Congreso estima que 2,5 millones de estadounidenses sufren un TBI cada año. Esto afecta no sólo la calidad de vida del paciente, sino que también coloca un costo económico extremadamente alto en la comunidad, estimado actualmente en 76.500 millones de dólares anuales. La cantidad de daño cerebral real transmitida y las sintomatologías de fase aguda es lo que define la lesión cerebral leve, moderada y grave.
Lesión cerebral traumática leve (mTBI), también conocida como conmoción cerebral, representa más del 70% de los TBI reportados cada año 1 . Es más común entre los atletas que participan en deportes de contacto de alto riesgo incluyendo el boxeo y el fútbol 2 . A diferencia de lo moderadoO formas graves de TBI, el daño inmediato y los síntomas asociados con mTBI a veces no son tan pronunciados 3 . Por el contrario, los efectos a largo plazo de mTBI pueden ser tan debilitantes como los observados en las formas moderada y severa. Aquellos que sufren de mTBI repetitivo han demostrado desarrollar encefalopatía traumática crónica (CTE), así como otras enfermedades cognitivas y degenerativas [ 4] . Por lo tanto, es importante obtener una mayor comprensión de los mecanismos que contribuyen a los síntomas a corto plazo y el daño general a largo plazo que surge después de mTBI.
En los seres humanos, la definición de conmoción cerebral definida por la Cuarta Conferencia Internacional sobre Conmoción cerebral en el Deporte (Zurich 2012) 5 establece que el nivel de lesión en la conmoción deportiva es leve, no causa cambios patológicos graves, pero causa déficits neurológicos a corto plazo Que se resuelven espontáneamente. De hecho, un receNt estudio investigó el efecto de mTBI en el deterioro cognitivo en los jugadores de fútbol de la escuela secundaria, utilizando los sistemas de telemetría de impacto de la cabeza. Este estudio mostró la cantidad de veces que los jugadores sufrieron impactos de casco> 20 g en una sola temporada oscilando entre un mínimo de 226 (media, 4,7 por sesión) a un máximo de 1855 (promedio, 38,6 por sesión) 6 . La mayoría de estos impactos no resultaron en el diagnóstico clínico de una conmoción cerebral; Pero la evidencia de los cambios funcionales en la función cerebral se pudo observar utilizando fMRI [ 6] . Los cambios cerebrales que causan estos cambios funcionales son desconocidos, y por lo tanto hay una necesidad apremiante de tener un modelo fiable y reproducible para facilitar la investigación en los efectos de la mTBI concussive y subconcussive.
A pesar de los intentos anteriores de modelar mTBI en ratones y ratas 7 , muchos reportan efectos adversos. En particular, la mayoría de los modelos de roedores están limitados en su naturaleza repetitiva,Un cinco impactos mTBI, así como tener eventos patológicos adversos, incluyendo sangrado intracerebral, fracturas del cráneo, lesiones axonales graves, muerte de células neuronales, y el aumento de la mortalidad 8 , 9 , 10 , 11 , 12 . En este documento, describimos un modelo de ratón de mTBI que está más cerca de la verdadera definición de conmoción cerebral en los seres humanos. Este modelo recapitula muchos de los síntomas observados en el mTBI humano, tales como la fuerza mecánica que resulta en la pérdida transitoria de conciencia sin patología cerebral cruda manifiesta. Además, es ventajoso en el hecho de que puede ser utilizado tanto para el impacto único y los paradigmas de impacto repetitivo durante largos períodos de tiempo como se informó anteriormente [ 13] .
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Protocolo
Estos estudios se realizaron en estricta conformidad con las recomendaciones de la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio de los Institutos Nacionales de Salud. El protocolo fue aprobado por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales en la Universidad de Georgetown. Los ratones se alojaron en una instalación de animales controlados por temperatura y se mantuvieron en un ciclo de 12 h de luz / 12 h de oscuridad. Alimentos y agua estaban disponibles ad libitum .
1. Preparación del aparato mTBI
NOTA: El aparato mTBI incluye una caja de adquisición de datos (DAQ) para controlar los parámetros de impacto, un impactador neumático de alta velocidad para realizar la impactación y una base llena de gel moldeada para desacelerar la cabeza después del impacto.
- Encienda el aire comprimido e inicie el impactador neumático de alta velocidad a una presión de 861,85 kPa.
- Calibre el sistema de control DAQ a los siguientes parámetros: velocidad del pistón de 2,35 m / s,E de 31,5 ms.
- Coloque la base moldeada rellena de gel (compresibilidad 64 kPa / mm) de manera que la línea media sea perpendicular con la trayectoria de la punta del impactador.
2. Impacto de mTBI
- Registre los pesos de todos los ratones que se van a usar.
- Anestesiar ratones con isoflurano al 3% en oxígeno durante 120 s en una cámara de inducción.
- Transferencia de ratones a mTBI aparato, continuación de la anestesia a través de una flexible, no fijo cono de la nariz.
- Mientras que en el cono de la nariz, coloque la cabeza del ratón sobre la almohadilla de gel para que la superficie plana del cráneo se presenta perpendicular a la punta del impactador.
- Coloque la cinta sobre la cabeza del ratón para crear una superficie plana y mantener las orejas lejos del sitio de impacto.
- Baje la punta del impactador de politetrafluoroetileno para alinearla con la línea media sagital en el centro de la cabeza. La punta del impactador utilizada es de 10 mm de diámetro y cubrirá el área del cuero cabelludo desde justo detrás de los ojos hasta la línea media de las orejas. Ajuste el impactador para que sea juSt tocando la superficie de la cabeza del ratón.
- Retirar la punta del impactador y marcar manualmente la profundidad de deflexión requerida (7,5 mm).
- Arme el sistema de control DAQ y presione el botón de disparo para impactar la cabeza del ratón, ya sea un impacto singular o repetitivo. Los impactos repetitivos se producen en sucesión sin demora entre cada impacto.
- Inmediatamente después del impacto final, eliminar el ratón de la anestesia y el aparato mTBI y colocar en posición supina.
- El uso de un cronómetro mide la latencia del retorno del reflejo de enderezamiento (supino a propenso), para determinar la pérdida de tiempo de la conciencia, así como el tiempo para la deambulación (caminar sin obstáculos).
- Monitor de ratón y en la recuperación a un comportamiento normal, volver a su jaula de origen.
- Los ratones Sham reciben manipulación idéntica y anestesia, pero no reciben ningún impacto.
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Resultados
El uso de este nuevo dispositivo mTBI permite las lesiones simples y repetitivas en la cabeza sin riesgo de fractura craneal o daño cerebral estructural. El modelo utiliza un dispositivo de impacto personalizado de neumático Teflon para entregar un impacto de energía mecánica de cabeza cerrada. El impacto se realiza bajo parámetros precisos de velocidad y deformación, creando un modelo fiable y reproducible para examinar los mecanismos que contribuyen a los efectos del mTBI concussivo ún...
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Discusión
En los seres humanos, mTBI se caracteriza por un deterioro funcional en ausencia de lesión estructural. Esto puede ocurrir con, o sin, una pérdida de conciencia 1 . Actualmente se piensa que la exposición a conmociones cerebrales repetidas es la base del desarrollo y / o progresión de enfermedades neurodegenerativas tales como CTE 4 . Está bien documentado que CTE se encuentra comúnmente en los boxeadores y jugadores de fútbol y aunque la exposición a la repetición de las ...
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Este trabajo fue apoyado por R01 NS067417 del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y derrame cerebral (MPB).
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Caja de control de adquisición de datos (DAQ) Powerlab 8SP | (AD instruments) | ||
| Vaporizador calibrado VIP 3000 | Matrx | ||
| Isoflurano | Henry Schein Animal Health | 29405 | |
| Oxígeno | Disponible en el mercado | ||
| Aire | Disponible en el mercado | ||
| Cinta | Disponible en el mercado | ||
| Stop Reloj | Fisher Scientific | 02-261-840 | |
| C57 Bl/6 Ratones | Jackson Laboratories | ||
| Báscula digital y contenedor de pesaje | Fisher Scientific | 20031 | |
| anticuerpo anti-Iba1 | Wako | 019-19741 | |
| HRP etiquetado como secundario | Jackson Immunoresearch | 111-035-003 |
Referencias
- McMahon, P., et al. Symptomatology and functional outcome in mild traumatic brain injury: results from the prospective TRACK-TBI study. J Neurotrauma. 31 (1), 26-33 (2014).
- Barkhoudarian, G., Hovda, D. A., Giza, C. C. The molecular pathophysiology of concussive brain injury. Clin Sports Med. 30 (1), 33-48 (2011).
- Blennow, K., Hardy, J., Zetterberg, H. The neuropathology and neurobiology of traumatic brain injury. Neuron. 76 (5), 886-899 (2012).
- Levin, H. S., Diaz-Arrastia, R. R. Diagnosis, prognosis, and clinical management of mild traumatic brain injury. Lancet Neurol. 14 (5), 506-517 (2015).
- McCrory, P., et al. Consensus statement on concussion in sport: the 4th International Conference on Concussion in Sport, Zurich, November 2012. J Athl Train. 48 (4), 554-575 (2012).
- Talavage, T. M., et al. Functionally-detected cognitive impairment in high school football players without clinically-diagnosed concussion. J Neurotrauma. 31 (4), 327-338 (2014).
- Angoa-Perez, M., et al. Animal models of sports-related head injury: bridging the gap between pre-clinical research and clinical reality. J Neurochem. 129 (6), 916-931 (2014).
- Creed, J. A., et al. Concussive brain trauma in the mouse results in acute cognitive deficits and sustained impairment of axonal function. J Neurotrauma. 28 (4), 547-563 (2011).
- Hamberger, A., et al. Concussion in professional football: morphology of brain injuries in the NFL concussion model--part 16. Neurosurgery. 64 (6), 1174-1182 (2009).
- Kane, M. J., et al. A mouse model of human repetitive mild traumatic brain injury. J Neurosci Methods. 203 (1), 41-49 (2012).
- Prins, M. L., et al. Repeat traumatic brain injury in the juvenile rat is associated with increased axonal injury and cognitive impairments. Dev Neurosci. 32 (5-6), 510-518 (2010).
- Tang, Y. P., et al. A concussive-like brain injury model in mice (II): selective neuronal loss in the cortex and hippocampus. J Neurotrauma. 14 (11), 863-873 (1997).
- Winston, C. N., et al. Dendritic Spine Loss and Chronic White Matter Inflammation in a Mouse Model of Highly Repetitive Head Trauma. Am J Pathol. 186 (3), 552-567 (2016).
- Johnson, V. E., et al. Inflammation and white matter degeneration persist for years after a single traumatic brain injury. Brain. 136, Pt 1 28-42 (2013).
- Barrio, J. R., et al. In vivo characterization of chronic traumatic encephalopathy using [F-18]FDDNP PET brain imaging. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (16), 2039-2047 (2015).
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Reimpresiones y permisos
