Modelo Murino de Impacto Cortical Controlado para la Inducción de Lesiones Cerebrales Traumáticas
August 16th, 2019
Aquí describimos un protocolo para la inducción de una lesión cerebral traumática murina a través de un impacto cortical controlado a cabeza abierta.
El impacto cortical controlado es fácil de estandarizar entre sujetos y experimentos y permite la aplicación de todo el espectro de lesiones cerebrales traumáticas a regiones definidas con precisión del cerebro. Demostrando este procedimiento está La Meca Islam, un técnico de investigación en mi laboratorio. Esta técnica sigue siendo la forma más consistente y reproducible de inducir lesiones cerebrales traumáticas en roedores.
Antes de comenzar el procedimiento, conecte el dispositivo impactante al cuadro de funcionamiento estereotaxico. Se el dispositivo de accionamiento con los parámetros biomecánicos deseados para la velocidad experimental adecuada y el tiempo de pozo. Ponte nuevo equipo de protección personal y guantes estériles y confirma la falta de respuesta al pellizco del dedo del dedo del ratón experimental anestesiado.
Use pinzas para afeitar el pelaje para el sitio quirúrgico y aplicar ung ón en los ojos del animal. A continuación, coloque el ratón en el quirófano y prepare la piel afeitada con tres exfoliantes quirúrgicos secuenciales a base de yodo y alcohol. Para inducir una lesión cerebral traumática cortical controlada, primero usa un bisturí para hacer una incisión de un centímetro a lo largo de la línea media del cuero cabelludo para exponer el cráneo.
Retirar el cuero cabelludo del sitio operativo e identificar las suturas sagitales y coronal en el cráneo expuesto. Para realizar una craniectomía, equipe un microdrill con una broca de trephine de cinco milímetros para activar el taladro a la máxima velocidad y aplique la broca perpendicular al cráneo dos milímetros a la izquierda de la sutura sagital y dos milímetros rosados a la sutura coronal con una presión uniforme suave. Una ligera da se sentirá cuando el taladro penetra en el cráneo.
Utilice fórceps y una aguja hipodérmica de pequeño calibre para extraer la solapa ósea, exponiendo completamente la duramadre subyacente y gire la punta del impactador en el campo operativo. Asegure los huesos temporales bilaterales entre las barras de oído en miniatura del marco estereotaxico y bloquee los incisivos dentro de la abrazadera incisiva para crear una sujeción estable de tres puntos en la cabeza del ratón. Baje la punta hasta que entre en contacto con la dura mater expuesta.
El sensor de contacto del instrumento hará un tono audible para alertar de que se ha realizado contacto. Retirar la punta impactante desde el punto cero y bajar la posición del impactador en el marco estereotaxico para establecer la profundidad de impacto deseada. A continuación, active el impactador en el dispositivo de accionamiento antes de volver a girar el dispositivo fuera del campo para permitir que el animal sea retirado del marco.
Inmediatamente después de la lesión, aplique la presión directa de un aplicador con punta de algodón estéril en el cráneo y la superficie cortical lesionada para controlar cualquier sangrado y utilice un aplicador fresco para secar el cráneo. Cierre el cuero cabelludo sobre la craniectomía de acuerdo con las técnicas estándar y administre analgesia postoperatoria. A continuación, coloque al animal en la posición de recuperación de los decúbitos laterales en una jaula limpia precalientada con monitoreo hasta la recumbencia completa y mida el peso corporal cada tres días a lo largo del experimento.
La entrega de la lesión como se demuestra resulta en una hemorragia intraparenquimal y subaracnoidea subdural. La evaluación histológica de las secciones del tejido cerebral por lesión cerebral traumática después de una lesión grave revela una pérdida cortical y hipocampal ipsilateral significativa, así como un edema y distorsión contralaterales. Las imágenes por RMN de cerebros gravemente lesionados también demuestran la pérdida progresiva de tejido y el reemplazo por el líquido cefalorraquídeo.
El impacto cortical controlado induce una lesión confiable y consistente que es capaz de producir una amplia gama de lesiones cerebrales clínicamente aplicables. Nuestro método de impacto cortical controlado genera un modelo murino de lesión cerebral traumática grave para el análisis conductual y por imágenes y produce tejido para el análisis molecular y celular.
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Visión general
Este artículo presenta un protocolo para inducir lesión cerebral traumática (LCT) en ratones utilizando un modelo de impacto cortical controlado. El estudio se centra en la fiabilidad y consistencia de este método, permitiendo a los investigadores explorar varias respuestas fisiológicas y procesos de recuperación después de una LCT. Los conocimientos clave incluyen la pérdida de tejido, hemorragia y posibles resultados de imagen para evaluar lesiones cerebrales.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Lesión cerebral traumática
- Modelos experimentales
Antecedentes
- La técnica de impacto cortical controlado estandariza la LCT en los experimentos.
- Este modelo permite a los investigadores investigar los mecanismos de lesión en una región cerebral definida.
- Se reconoce como un método reproducible para inducir LCT en roedores.
- Las evaluaciones histológicas y de imagen proporcionan información sobre las respuestas del tejido cerebral.
Propósito del estudio
- Desarrollar un método confiable para inducir LCT en ratones.
- Facilitar análisis conductuales y de imagen después de la lesión.
- Permitir exámenes moleculares y celulares del tejido cerebral después de la LCT.
Métodos utilizados
- El estudio emplea un método de impacto cortical controlado.
- Se utilizan modelos murinos para simular LCT, comenzando con anestesia y preparación quirúrgica.
- Parámetros de recorte específicos aseguran una entrega precisa del impacto a la duramadre.
- Se describen protocolos de cuidado postoperatorio y monitoreo para evaluar la recuperación.
Resultados principales
- La lesión inducida resulta en alteraciones significativas del tejido cerebral, como pérdida cortical y hipócampica.
- La resonancia magnética revela pérdida progresiva de tejido después de una lesión cerebral grave.
- El impacto cortical controlado produce consistentemente diversos grados de lesión cerebral con implicaciones clínicamente relevantes.
- La técnica proporciona datos para evaluaciones conductuales y análisis moleculares.
Conclusiones
- Este estudio demuestra un modelo efectivo para investigar la LCT en ratones, contribuyendo a la comprensión de la mecánica de la lesión.
- El método de impacto cortical controlado ayuda a investigar la recuperación y posibles intervenciones terapéuticas.
- Los conocimientos adquiridos pueden informar estudios futuros sobre lesiones cerebrales y neuroplasticidad.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
The controlled cortical impact (CCI) model provides a standardized, reproducible method for inducing traumatic brain injury in murine systems, enabling consistent preclinical evaluation of injury mechanisms and therapeutic responses. This approach supports target validation and mechanistic de-risking in neurotherapeutic discovery by generating quantifiable, clinically relevant pathology across behavioral, histological, and imaging endpoints. Its reliability enhances predictive confidence in early-stage programs addressing TBI pathophysiology.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through standardized induction of cortical and hippocampal tissue loss, edema, and hemorrhage.
- Operational Value: Produces consistent ipsilateral brain injury patterns that support reliable target engagement and pathway modulation assessments.
- Predictive Value: Facilitates preclinical triage by modeling severe TBI with measurable outcomes relevant to neuroprotective and neurorestorative strategies.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantifiable tissue loss and edema metrics that serve as pharmacodynamic readouts for compound screening.
- Operational Value: Standardized impact parameters allow reproducible injury induction across laboratories, supporting assay transfer and inter-site comparability.
- Assay Readiness: Outputs such as MR imaging-defined tissue replacement and histologic scoring enable high-content, quantitative screening platforms.
Translational & Preclinical Research
- Translational Relevance: Induces subdural, intraparenchymal, and subarachnoid hemorrhage patterns observed in human TBI, enhancing disease model fidelity.
- Mechanistic De-risking: Supports evaluation of molecular and cellular pathways secondary to primary impact, informing target selection and biomarker strategy.
- Preclinical Continuity: Provides tissue for longitudinal molecular analysis and behavioral assessment, enabling correlation of functional outcomes with pathology.
Pipeline & Workflow Integration
The CCI model fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, particularly for CNS-directed therapeutics where injury consistency is critical for dose-response and mechanism-of-action studies.
- Discovery Biology: Enables hypothesis-driven testing of neuroinflammatory, excitotoxic, and apoptotic pathways following standardized cortical impact.
- Screening: Delivers reproducible quantitative outputs (e.g., volumetric tissue loss, hemorrhage area) suitable for compound effect size determination.
- Analytics: Generates multimodal data—behavioral, histologic, and imaging—that support integrated analysis and cross-functional decision-making.
- Translational Research: Mirrors key clinical TBI pathologies, supporting biomarker alignment and pathophysiological relevance in preclinical studies.
- Enterprise Reuse: Establishes a platform capability for repeated use across multiple projects targeting TBI mechanisms or neuroprotection.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces biological variability in TBI modeling, increasing confidence in target validation and mechanism elucidation.
- Operational Value: Standardized surgical and impact procedures improve reproducibility across operators and sites.
- Strategic Value: Enables earlier go/no-go decisions by providing reliable efficacy signals in disease-relevant systems.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted investment in neurotherapeutic programs through consistent, translatable injury modeling.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent neurosurgery, stereotaxic framing, and aseptic technique to ensure craniectomy precision and dura integrity.
- Dependent on access to a controlled cortical impactor with calibrated velocity, depth, and dwell time controls for injury standardization.
- Necessitates standardized postoperative care and monitoring protocols to minimize variability from recovery-related confounds.
- Adaptation across models requires validation of impact parameters to maintain equivalent injury severity in different strains or ages.
- Practical limitations include technical dependence on surgeon skill for consistent bone flap removal and impactor tip placement.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:42
Pre-Surgical Preparation
1:24
Controlled Cortical Traumatic Brain Injury (TBI) Induction
3:02
Surgical Site Closure and Post-Operative Care
3:39
Results: Representative Gross, Histologic, and MRI Evaluation of Mouse Brain Tissue After Severe TBI
4:16
Conclusion
