Medición de la presión intracraneal epidural en ratas, utilizando un transductor de presión de fibra óptica
April 25th, 2012
Una nueva técnica para registrar las presiones dentro del cráneo se describe. El método mínimamente invasiva usa un sistema de presión de fibra óptica de detección para medir con precisión la presión intracraneal (PIC) en ratas anestesiadas, sin causar un trauma cerebral importante. La técnica se puede utilizar en una amplia gama de modelos experimentales.
El objetivo general de este procedimiento es medir de forma sencilla y precisa la presión intracraneal en un modelo animal. En este caso, la rata. Esto se logra mediante una primera rebaba, dos pequeños agujeros en el cráneo.
A continuación, se insertan un tornillo de monitoreo de ICP y un tornillo de anclaje en el cráneo y se cementan en su lugar Después de la inserción del tornillo, se inserta un transductor de presión de fibra óptica en el tornillo de monitoreo para la medición de ICP en el espacio epidural. En el paso final, se forma un sello hermético alrededor del transductor de presión en el tornillo de monitoreo para sellar la bóveda craneal. En última instancia, se pueden obtener resultados que muestran un trazado fisiológico de la presión intracraneal mediante el uso de un transductor de presión epidural de fibra óptica.
La demostración visual de este método es fundamental, ya que los pasos clave son difíciles de aprender porque el cerebro podría dañarse fácilmente durante el procedimiento y confundir los resultados experimentales. La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes, como las mediciones invasivas de PIC interventricular o intraparenquimatosa, es que nuestra técnica de medición epidural de PIC evita el daño al cerebro al mantener intactas las meninges. Después de confirmar la anestesia total con un pellizco en el pie, coloque la rata boca abajo en una placa de calentamiento y coloque la nariz de la rata en un cono nasal anestésico, afeite el cuero cabelludo y luego lave y desinfecte con clorhexidina, infiltre la piel en el sitio de la incisión con anestésico local de acción prolongada mientras mantiene la anestesia.
Asegure la cabeza en un marco estereotáxico e inserte las barras de los oídos hasta que la cabeza se estabilice. Asegúrese de que la respiración no se vea afectada. Una vez que el animal esté en posición, haga una incisión de 1,5 centímetros en la cabeza de la línea media de la piel.
A continuación, disecciona los tejidos blandos y los músculos circundantes para localizar claramente lambda y bgma. Retraiga la piel y el tejido conectivo para detener cualquier sangrado aplicando presión sobre el cráneo expuesto con hisopos de gasa estériles. Usando un taladro dental con una fresa de punta de un milímetro, haga un orificio de dos milímetros de ancho en el hueso parietal derecho para estudios de accidentes cerebrovasculares.
Nacimiento de un orificio, dos milímetros lateral y dos milímetros posterior desde Breg MA para evitar el seno sagital superior y para asegurar que la colocación del sensor ICP sea sobre el territorio isquémico, excave el orificio hasta una profundidad en la que el cráneo por encima de la duramadre se vuelva translúcido. A continuación, utiliza una fresa de punta de 0,5 milímetros para quitar el cráneo en la base del agujero cuando el cráneo empiece a agrietarse. Use pinzas de 45 grados para quitar todo el cráneo restante, asegurándose de que la base del agujero esté libre de desechos.
Para hacer que el tornillo de control perfore un orificio de 0,7 milímetros a través de un tornillo de cabeza hexagonal con un torno y una broca de 0,7 milímetros, inserte el tornillo de control en el orificio girándolo aproximadamente 1,5 vueltas. Tener cuidado de no dañar ningún tejido subyacente. Use una broca de un milímetro para rebabar un segundo orificio para un tornillo de anclaje en el hueso parietal izquierdo, dos milímetros laterales y dos milímetros posteriores desde breg ma, pero no penetre completamente en el cráneo.
Inserte un tornillo de cabeza hexagonal de dos por cuatro milímetros en el segundo orificio. Este tornillo ayuda a anclar el cemento dental y el tornillo de control al cráneo. Utilice una pipeta de transferencia para mezclar y luego aplicar cemento dental, monómero y polímero en la base de la cabeza de los tornillos, permitiendo que el cemento se seque durante al menos 10 minutos con líquido corrector blanco, marque el sensor de fibra óptica a cuatro milímetros de la punta, llene el orificio del tornillo de monitoreo con solución salina estéril y asegúrese de que no haya burbujas de aire dentro del tornillo.
Inserte la sonda de presión intracraneal o ICP cuatro milímetros en el tornillo de modo que la punta de la sonda quede nivelada con el extremo del tornillo. Asegúrese de que la punta no perfore la duramadre. Ajuste la punta de la sonda dentro del tornillo hasta que se pueda observar una traza de ICP que refleje la ventilación y las ondas de pulso de la presión arterial.
Un sello hermético es imperativo para una lectura precisa de ICP para crear una primera mezcla de monómero y polímero de material de calafateo viscoso y biocompatible en una proporción de uno a uno, aplique una capa delgada de masilla alrededor de la sonda y la cabeza del tornillo de monitoreo. Teniendo cuidado de no desplazar la sonda ICP. Después de dejar que la primera capa se asiente durante cinco minutos, aplique una segunda capa de material de calafateo alrededor de todo el tornillo de monitoreo y la sonda.
Asegúrese de que no haya fugas de líquido por las grietas del material de calafateo. Retire las barras de las orejas y permita que la rata permanezca en posición prona. Durante el monitoreo de ICP al finalizar el monitoreo de ICP, el sensor de ICP se puede quitar tirando suavemente del catéter del tornillo y el material de calafateo, coloque inmediatamente el sensor de fibra óptica en una solución de zima al 1% para evitar la corrosión de la punta.
El orificio que queda en el material de calafateo debe cubrirse con una capa adicional de material de calafateo que se muestra. A continuación se muestra una representación de las lecturas de ICP durante 10 segundos al inicio. El ICP promedio en una rata wistar es de seis milímetros de mercurio.
Los eventos de menor amplitud reflejan las ondas de pulso de la presión arterial, mientras que los eventos de mayor periodicidad muestran eventos de ventilación para validar la posición del sensor de fibra óptica en cada experimento, se deben probar las trazas de ICP para determinar la capacidad de respuesta a las compresiones abdominales. En este caso, el abdomen se comprimió temporalmente, lo que dio lugar a una reducción del retorno venoso cerebral en el aumento del volumen intracraneal y, por lo tanto, al aumentar la presión arterial de la PIC disminuyó solo después del aumento inicial de la PIC. Se observan períodos de apnea en la mayoría de los experimentos con animales que respiran espontáneamente.
Estos eventos se identifican en los registros fisiológicos que se muestran aquí por la ausencia de desviaciones respiratorias en los rastros de presión respiratoria y arterial. Una alteración equivalente en la traza ICP valida el posicionamiento de la sonda ICP aquí. Se muestra un rastro típico de ICP después de la extracción de las barras auriculares, la inserción inicial de las barras auriculares da como resultado una ligera compresión del cráneo y la consiguiente interrupción, el volumen intracraneal y, por lo tanto, un aumento de la PIC.
Si el sensor está colocado correctamente, ICP dejará caer al menos cuatro o cinco milímetros de mercurio con la eliminación de las barras del oído una vez dominadas. Esta técnica se puede realizar en aproximadamente 30 minutos si se realiza correctamente. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo medir correctamente y con precisión la presión intracraneal utilizando una técnica mínimamente invasiva.
La parte más difícil de esta técnica consiste en la inserción de tornillos. Se debe tener cuidado al atravesar el cráneo para evitar daños en las meninges subyacentes y el cerebro.
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Visión general
Este artículo describe una técnica novedosa para medir la presión intracraneal (PIC) en ratas anestesiadas utilizando un sistema de detección de presión de fibra óptica mínimamente invasivo. El método tiene como objetivo proporcionar mediciones precisas de PIC sin causar un trauma cerebral significativo, haciéndolo aplicable a varios modelos experimentales.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Ingeniería biomédica
- Modelos animales
Antecedentes
- La presión intracraneal es un parámetro crítico en los estudios neurológicos.
- Los métodos tradicionales para medir la PIC pueden ser invasivos y traumáticos.
- Se necesitan técnicas mínimamente invasivas para mejorar el bienestar animal.
- La tecnología de fibra óptica ofrece una solución potencial para mediciones precisas.
Propósito del estudio
- Desarrollar una técnica para la medición precisa de PIC en ratas.
- Minimizar el trauma cerebral durante el proceso de medición.
- Permitir el uso de esta técnica en varios modelos experimentales.
Métodos utilizados
- Se barren dos pequeños agujeros en el cráneo de la rata.
- Se insertan y cementan en su lugar un tornillo de monitoreo de PIC y un tornillo de anclaje.
- Se inserta un transductor de presión de fibra óptica en el tornillo de monitoreo.
- Se forma un sello hermético alrededor del transductor de presión para sellar la bóveda craneal.
Resultados principales
- La técnica permite la medición de PIC en el espacio epidural.
- Se pueden obtener resultados que muestran un rastro fisiológico de la presión intracraneal.
- El método demuestra un impacto mínimo en el tejido cerebral.
- Se puede aplicar en varios entornos experimentales.
Conclusiones
- Esta técnica novedosa proporciona un método confiable para la medición de PIC.
- Mejora la capacidad para estudiar la dinámica de la presión intracraneal en modelos animales.
- La naturaleza mínimamente invasiva del método mejora el bienestar animal.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
Accurate intracranial pressure (ICP) measurement is essential for evaluating therapeutic interventions in preclinical models of stroke, traumatic brain injury, and cardiac arrest. This minimally invasive epidural fiber-optic technique enables reliable physiological monitoring without compromising brain tissue integrity, supporting mechanistic de-risking in neuroprotective compound screening. By preserving meninges and avoiding parenchymal penetration, the method enhances data fidelity and translational continuity in discovery pipelines targeting ischemic injury pathways.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by providing quantitative ICP readouts that reflect pathophysiological states in ischemic injury models.
- Operational Value: Supports biological de-risking through real-time validation of target engagement via ICP normalization in response to pharmacological interventions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates high-fidelity ICP traces with detectable ventilation and blood pressure pulse waves, enabling precise temporal correlation with compound administration.
- Operational Value: Ensures assay standardization via airtight sealing and probe stabilization, reducing variability in longitudinal pressure measurements across experimental cohorts.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates disease-relevant system modeling by allowing ICP monitoring in territories overlying ischemic zones, improving anatomical specificity of readouts.
- Operational Value: Promotes preclinical continuity through serial ICP tracking that aligns with hemodynamic and respiratory biomarkers used in clinical translation.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by providing a quantitative functional readout that bridges target modulation and phenotypic outcomes in neurological disease models.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by linking ICP fluctuations to pathway activity in models of cerebral edema and infarct progression.
- Screening: Delivers assay readiness through reproducible epidural catheter placement and signal validation via physiological responsiveness to abdominal compression.
- Analytics: Enables quantitative comparison of ICP baselines and dynamic responses, aiding in dose-response characterization and target confidence assessment.
- Translational Research: Connects to preclinical validation by mirroring clinical ICP monitoring parameters, including normal Wistar rat baselines (~6 mmHg) and ventilatory waveforms.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable platform for epidural pressure measurement across diverse ischemic and traumatic injury models, reducing redevelopment costs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by minimizing surgical confounds and preserving native cerebrovascular reactivity.
- Operational Value: Enhances reproducibility through standardized screw fixation, probe depth control, and dual-layer biocompatible sealing.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by providing early, translatable safety signals related to intracranial hypertension risk.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neuroprotective candidates based on ICP-lowering efficacy in validated disease-relevant systems.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery, microsurgical burr techniques, and sterile cement application to avoid meningeal or vascular injury.
- Depends on fiber-optic transducer compatibility with epidural screw interfaces and biocompatible sealing materials to maintain signal integrity.
- Necessitates cross-team standardization of probe insertion depth (4 mm from tip) and airtight sealing protocols to ensure inter-laboratory reproducibility.
- Involves adaptation considerations for different rat strains or skull thicknesses, where burr depth must be adjusted to achieve translucent dura without penetration.
- Limited by the technical challenge of screw fabrication and placement, which demands precision to prevent sinus injury or cortical damage during burr expansion.
