Name: Evaluación de los cambios en la plasticidad sináptica utilizando un modelo de lesión cerebral traumática leve con vigilia (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-01-20T12:55:00.000+00:00
Duration: 9 min 49 s
Description: Aprende a evaluar la plasticidad sináptica en el hipocampo utilizando un modelo de lesión cerebral traumática leve con vigilia en ratas. Este método permite registrar electrofisiológicamente los cambios sinápticos post-lesión.

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Agradecemos a todos los miembros del Laboratorio Christie de la Universidad de Victoria, pasados y presentes, por sus contribuciones al desarrollo de este protocolo. Este proyecto fue apoyado con fondos de los Institutos Canadienses de Investigación en Salud (CIHR: FRN 175042) y NSERC (RGPIN-06104-2019). El gráfico del cráneo de la Figura 1 se creó con BioRender.

Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.

La mayoría de las investigaciones preclínicas han utilizado modelos de mTBI que no recapitulan las fuerzas biomecánicas observadas en la población clínica. Aquí, se muestra cómo se puede usar el modelo ACHI para inducir r-mTBI en ratas jóvenes. Este modelo cerrado de r-mTBI tiene ventajas significativas sobre los procedimientos más invasivos. En primer lugar, el ACHI normalmente no causa fracturas de cráneo, hemorragias cerebrales o muertes, todo lo cual sería contraindicación de una LCT "leve" en poblaciones clínicas<su...

La lesión cerebral traumática (TBI) es un problema de salud significativo, con ~ 2 millones de casos en Canadá y los Estados Unidos cada año 1,2. La LCT afecta a todos los grupos de edad y géneros y tiene una tasa de incidencia mayor que cualquier otra enfermedad, en particular el cáncer de mama, el SIDA, la enfermedad de Parkinson y la esclerosis múltiple3. A pesar de la prevalencia de TBI, su fisiopatología sigue siendo poco conocida, y las opciones de tratamiento son limitadas. En parte, esto se debe a que el 85% de todas las LCT se clasifican como leves (mTBI), y anteriormente se pensaba que la LCTm producía solo cambios de comportamiento limitados y transitorios sin consecuencias neuropsiquiátricas a largo plazo 4,5. Ahora se reconoce que la recuperación de mTBI puede tomar semanas a años5,6, precipitar condiciones neurológicas más graves4, y que incluso los impactos repetidos "sub-conmocionales" afectan el cerebro7. Esto es alarmante ya que los atletas en deportes como el hockey / fútbol tienen >10 impactos subconmocionales en la cabeza por juego / sesión de práctica 7,8,9,10.
Los adolescentes tienen la mayor incidencia de mTBI, y en Canadá, aproximadamente uno de cada 10 adolescentes buscará atención médica para una conmoción cerebral relacionada con el deporte anualmente11,12. En realidad, cualquier impacto subconmocional en la cabeza o mTBI puede causar daño difuso al cerebro, y esto también podría crear un estado más vulnerable para lesiones posteriores y / o afecciones neurológicas más graves 13,14,15,16,17. En Canadá, se reconoce legalmente a través de la ley de Rowan que las lesiones previas pueden aumentar la vulnerabilidad del cerebro a lesiones adicionales18, pero la comprensión mecanicista de r-mTBI sigue siendo lamentablemente inadecuada. Sin embargo, está claro que el TCE-m individual y el r-mTBI pueden afectar la capacidad de aprendizaje durante los años escolares 19,20, tener resultados específicos por sexo 21,22,23,2 4 y afectar la capacidad cognitiva más adelante en la vida16,25,26. De hecho, los análisis de cohortes asocian fuertemente la r-mTBI temprana en la vida con la demencia más adelante27,28. r-mTBI también está potencialmente asociado con la encefalopatía traumática crónica (CTE), que se caracteriza por la acumulación de proteína tau hiperfosforilada y atrofia cortical progresiva y precipitada por inflamación significativa 27,29,30,31. Aunque los vínculos entre r-mTBI y CTE son actualmente controvertidos32, este modelo permitirá explorarlos con mayor detalle en un entorno preclínico.
Un mTBI a menudo se describe como una "lesión invisible", ya que ocurre dentro de un cráneo cerrado y es difícil de detectar incluso con técnicas modernas de imagen33,34. Un modelo experimental preciso de mTBI debe adherirse a dos principios. En primer lugar, debe recapitular las fuerzas biomecánicas normalmente observadas en la población clínica35. En segundo lugar, el modelo debe inducir resultados conductuales heterogéneos, algo que también es altamente prevalente en poblaciones clínicas36,37,38. Actualmente, la mayoría de los modelos preclínicos tienden a ser más severos, involucrando craneotomía, sujeción estereotáxica de la cabeza, anestesia e impactos corticales controlados (CCI) que producen daño estructural significativo y déficits de comportamiento más extensos que los observados normalmente clínicamente33. Otra preocupación con muchos modelos preclínicos de conmoción cerebral que involucran craneotomías es que este procedimiento en sí mismo crea inflamación en el cerebro, y esto puede exacerbar los síntomas de mTBI y la neuropatología de cualquier lesión posterior39,40. La anestesia también introduce varios factores de confusión complejos, incluyendo la reducción de la inflamación 41,42,43, la modulación de la función microglial 44, la liberación de glutamato45, la entrada de Ca2+ a través de los receptores NMDA 46, la presión intracraneal y el metabolismo cerebral 47. La anestesia introduce aún más factores de confusión al aumentar la permeabilidad de la barrera hematoencefálica (BHE), la hiperfosforilación tau y los niveles de corticosteroides, al tiempo que reduce la función cognitiva 48,49,50,51. Además, las lesiones difusas de cabeza cerrada representan la gran mayoría de las mTBI clínicas52. También permiten estudiar mejor la multitud de factores que pueden influir en los resultados conductuales, incluidos el sexo21, la edad 53, el intervalo entre lesiones15, la gravedad54 y el número de lesiones23.
La dirección de las fuerzas acelerativas / desaceleradoras (verticales u horizontales) también es una consideración importante para los resultados conductuales y moleculares. La investigación de Mychasiuk y sus colegas han comparado dos modelos de mTBI difuso de cabeza cerrada: caída de peso (fuerzas verticales) e impacto lateral (fuerzas horizontales)55. Tanto los análisis conductuales como moleculares revelaron resultados heterogéneos dependientes del modelo y del sexo después de la LCTm. Así, los modelos animales que ayudan a evitar procedimientos quirúrgicos, incorporando fuerzas lineales y rotacionales, son más representativos de las condiciones fisiológicas bajo las cuales esas lesiones ocurren normalmente33,56. El modelo ACHI fue creado en respuesta a esta necesidad, permitiendo la inducción rápida y reproducible de mTBI en ratas, evitando procedimientos (es decir, anestesia) que se sabe que sesgan las diferencias de sexo57.

<table><tbody><tr><td>Helment impreso en 3D&nbsp;</td><td></td><td></td><td>Diseñado y construido por el laboratorio Christie (ver especificaciones en Christie et al. (2019), Current Protocols in Neuroscience)&nbsp;</td></tr><tr><td>Agarosa&nbsp;</td><td>Fisher Scientific (BioReagents)</td><td>BP160500</td><td></td></tr><tr><td>Cámara de anestesia</td><td>Hecho en casa</td><td>N/A</td><td>Contenedor de plexiglás</td></tr><tr><td>Controlador de calentador automático</td><td>Warner Electric</td><td>TC-324B</td><td></td></tr><tr><td>Axon Digidata</td><td>Molecular Devices</td><td>1440A</td><td>Sistema de adquisición de datos de bajo ruido</td></tr><tr><td>Barra de equilibrio&nbsp;</td><td></td><td></td><td>Se puede construir o comprar (100 cm de largo x 2 cm de ancho x 0,75 cm de grosor)</td></tr><tr><td>Cloruro de calcio</td><td>Bio Basic Canada Inc.&nbsp;</td><td>CD0050</td><td>Para aCSF</td></tr><tr><td>Cámara</td><td>Dage MTI</td><td>NC-70</td><td></td></tr><tr><td>Tanque de carbógeno</td><td>Praxair</td><td>MM OXCD5C-K</td><td>Dióxido de carbono 5%, Oxígeno 95%</td></tr><tr><td>Clampex Software</td><td>Molecular Devices</td><td>Clampex 10.5 Versión</td><td></td></tr><tr><td>Compresstoma Microtomo Vibratorio</td><td>Precisionary</td><td>VF 310-0Z</td><td></td></tr><tr><td>Electrodo bipolar concéntrico</td><td>FHC Inc.</td><td></td><td></td>CBAPC75</tr><tr><td>Dextrosa (D-glucosa)</td><td>Fisher Scientific (Químico)</td><td>D16-3</td><td>aCSF</td></tr><tr><td>Amplificador de aislamiento de estímulo digital&nbsp; &nbsp;</td><td>Obtención de Instrumentos, Inc.&nbsp;</td><td>Modelo 4D</td><td></td></tr><tr><td>Fosfato disódico</td><td>Fisher Scientific (químico)</td><td>S373-500</td><td>PBS</td></tr><tr><td>Herramientas</td><td></td><td></td><td></td>de disección</tr><tr><td>Pluma Hoja de doble filo</td><td>Ciencias de la microscopía electrónica</td><td>72002-10</td><td></td></tr><tr><td>Papel de filtro</td><td>Whatman 1</td><td>1001-055</td><td></td></tr><tr><td>Tirador de micropipetas Flaming/Brown Sutter</td><td>Instrument</td><td>P-1000</td><td></td></tr><tr><td>Pinza</td><td></td><td></td> para garras <td>de pelo Se puede obtener en cualquier tienda departamental</td></tr><tr><td>Jaulas</td><td></td><td></td> para el hogar y <td>de recuperación Jaulas normales para ratas de la unidad de cuidado de animales.</td></tr><tr><td>Eliminador de ruido Hum Bug</td><td>Quest Scientific&nbsp;</td><td>726300</td><td></td></tr><tr><td>Isoflurano USP</td><td>Fresenius Kabi</td><td>CP0406V2</td><td></td></tr><tr><td>Isotemp 215 Baño de agua digital</td><td>Fisher Scientific&nbsp;</td><td>15-462-15</td><td></td></tr><tr><td>La punta de Leica Impact One CCI</td> unidad <td>Leica Biosystems</td><td></td><td>está modificada para sostener una punta de impacto de goma de 7 mm</td></tr><tr><td>Ratas Long-Evans, macho</td><td>Charles River Laboratories (St. Constant, PQ)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Almohadilla</td><td></td><td></td> de espuma de <td>baja densidad Lámina de espuma de poliuretano de 3"&nbsp;</td></tr><tr><td>Cloruro de magnesio</td><td>Fisher Scientific (Químico)</td><td>M33-500</td><td>aCSF</td></tr><tr><td>Macho Ratas Long Evans Charles</td><td>River Laboratories</td><td>Animales encargados a Charles River Laboratories, o cachorros criados en la Universidad de Victoria</td>MultiClamp 700B Amplifier Molecular Devices Modelo 700B Tiras reactivas de pH VWR Chemicals BDH BDH83931.601 <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cloruro de potasio</td><td>Fisher Scientific (Químico)</td><td>P217-500</td><td>aCSF, PBS</td></tr><tr><td>Fosfato de potasio</td><td>Sigma</td><td>P9791-500G</td><td>PBS</td></tr><tr><td>Controlador de botón pulsador</td><td>Siskiyou Corporation&nbsp;</td><td>MC1000e</td><td>Controlador de bucle cerrado de cuatro ejes Discos de muestra de botón pulsador</td></tr><tr><td></td><td>ELITechGroup</td><td>SS-033</td><td>Para usar con osmómetro de presión de vapor Toalla</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td>pequeña</tr><tr><td>Bicarbonato de sodio</td><td>Fisher Scientific (Químico)</td><td>S233-500</td><td>aCSF</td></tr><tr><td>Cloruro de sodio</td><td>Fisher Scientific (Químico)</td><td>S271-3</td><td>Para aCSF, PBS</td></tr><tr><td>Sodio Fosfato</td><td>Fisher Scientific (Químico)</td><td>S369-500</td><td>aCSF</td></tr><tr><td>Conos de restricción de plástico blando</td><td>Cronómetro</td><td></td> modelo DC-200 <td></td>de Braintree</tr><tr><td>Scientific</td><td>Muchos miembros del laboratorio usan su iPhone para esta</td>mesa o carrito grande con bordes elevados&nbsp;<td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>Para vidrio de</td></tr><tr><td>borosilicato de pared delgada NAP y ACHI (con filamento)</td><td>Instrumento Sutter</td><td>BF150-110-10</td><td>Diámetro exterior: 1,5 mm; Diámetro interior: 1,10 mm; Longitud: 10 cm</td></tr><tr><td>Microscopio vertical</td><td>Olympus</td><td>Olympus BX5OWI</td><td>5x MPlan 0.10 NA Lente objetivo</td></tr><tr><td>Osmómetro de presión de vapor</td><td>Vapro</td><td>modelo 5600</td><td>aCSF debe ser 300-310 mOSM</td></tr><tr><td>Vetbond Adhesivo tisular</td><td>3M</td><td>1469SB</td><td></td></tr><tr><td>Vibraplane Mesa de aislamiento de vibraciones</td><td>Kinetic Systems</td><td>9101-01-45</td><td></td></tr></tbody></table>

evaluación de los cambios en la plasticidad sináptica utilizando un modelo de lesión cerebral traumática leve con vigilia

Assessing Changes in Synaptic Plasticity Using an Awake Closed-Head Injury Model of Mild Traumatic Brain Injury

Las lesiones cerebrales traumáticas leves (mTBI) son un problema de salud frecuente en América del Norte. Existe una creciente presión para utilizar modelos ecológicamente válidos de mTBI de cabeza cerrada en el entorno preclínico para aumentar la traducibilidad a la población clínica. El modelo de lesión de cabeza cerrada despierta (ACHI) utiliza un impactador cortical controlado modificado para administrar una lesión de cabeza cerrada, induciendo déficits de comportamiento clínicamente relevantes sin la necesidad de una craneotomía o el uso de un anestésico.
Esta técnica normalmente no induce muertes, fracturas de cráneo o hemorragias cerebrales, y es más consistente con ser una lesión leve. De hecho, la naturaleza leve del procedimiento ACHI lo hace ideal para estudios que investigan mTBI repetitivo (r-mTBI). La creciente evidencia indica que la r-mTBI puede resultar en una lesión acumulativa que produce síntomas de comportamiento, cambios neuropatológicos y neurodegeneración. La r-mTBI es común en los jóvenes que practican deportes, y estas lesiones ocurren durante un período de reorganización sináptica robusta y mielinización, lo que hace que la población más joven sea particularmente vulnerable a las influencias a largo plazo de la r-mTBI.
Además, la r-mTBI ocurre en casos de violencia de pareja, una condición para la cual hay pocas medidas objetivas de detección. En estos experimentos, la función sináptica se evaluó en el hipocampo en ratas jóvenes que habían experimentado r-mTBI utilizando el modelo ACHI. Después de las lesiones, se utilizó una cortadora de tejido para hacer cortes del hipocampo para evaluar la plasticidad sináptica bidireccional en el hipocampo a los 1 o 7 días después de la r-mTBI. En general, el modelo ACHI proporciona a los investigadores un modelo ecológicamente válido para estudiar los cambios en la plasticidad sináptica después de mTBI y r-mTBI.

El modelo de lesión de cabeza cerrada despierta es un método viable para inducir r-mTBI en ratas jóvenes. Las ratas expuestas a r-mTBI con el modelo ACHI no mostraron déficits de comportamiento manifiestos. Los sujetos en estos experimentos no exhibieron latencia a la derecha o apnea en ningún momento durante el procedimiento r-mTBI, lo que indica que este fue de hecho un procedimiento de TBI leve. Surgieron sutiles diferencias de comportamiento en el NAP; Como se describió anteriormente, las ratas fueron calificadas en ...

Aquí, se demuestra cómo se puede usar un modelo de lesión de cabeza cerrada despierta para examinar los efectos de la lesión cerebral traumática leve repetida (r-mTBI) en la plasticidad sináptica en el hipocampo. El modelo replica características importantes de r-mTBI en pacientes y se utiliza junto con la electrofisiología in vitro .

Evaluación de los cambios en la plasticidad sináptica utilizando un modelo de lesión cerebral traumática leve con vigilia

Mild traumatic brain injuries (mTBIs) are a prevalent health issue in North America. There is increasing pressure to utilize ecologically valid models of ...

Este protocolo proporciona un método claro para producir cortes transversales del hipocampo de alta calidad a partir de animales administrados con r-mTBI con el modelo ACHI. El modelo ACHI produce lesiones leves. No implica fracturas o hemorragias de cráneo, craneotomías o el uso de anestesia.Además, permite registros electrofisiológicos estables. Estas técnicas permiten la investigación de los cambios en la plasticidad sináptica después de MTBI repetido, para los cuales la etiología es ampliamente desconocida, con el potencial de informar vías terapéuticas. Demostrando el procedimiento estarán Allyson Gross, estudiante de maestría para mi laboratorio, y el Dr. Eric Eyolfson, becario postdoctoral.Comience colocando a la rata en un cono de sujeción, asegurándose de que el hocico y las fosas nasales estén cerca de la pequeña abertura de los conos para permitir una ventilación adecuada. Evite el movimiento de la rata manteniendo el cono cerrado en el extremo caudal con una pinza de plástico. Coloque manualmente el casco sobre la línea media de la rata restringida con el disco objetivo sobre el lóbulo parietal izquierdo.A continuación, coloque la rata en la almohadilla de espuma antes

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Research

Investigación

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Neurociencia

Un enfoque multifacético para investigar cambios funcionales en los circuitos del hipocampo se explica. Técnicas electrofisiológicas se describen junto con el protocolo de lesión, las pruebas de comportamiento y método de disección regional. La combinación de estas técnicas se pueden aplicar de forma similar para otras regiones del cerebro y preguntas científicas.

Las investigaciones sobre alteraciones de la función del circuito del hipocampo después de una lesión cerebral traumática leve

Fuente: Macheda, T., et. al. Modelo de cabeza cerrada controlado electromagnéticamente de lesión cerebral traumática leve en ratones. J. Vis. Exp. (2022)Este video muestra el procedimiento para inducir una lesión de cabeza cerrada en un modelo de ratón utilizando un marco estereotáxico. El impacto controlado replica una lesión cerebral traumática leve, lo que permite a los investigadores estudiar los efectos neurológicos y la recuperación mediante la medición de los reflejos y el comportamiento...

Inducción de una lesión cerebral traumática leve en un modelo de ratón

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.

Un Modelo de Ratón de Único y Repetitivo Lesión Cerebral Traumática Leve

La alteración del neurotransmisor es un mecanismo de disfunción neuronal que se produce después de la conmoción cerebral y contribuye a las consecuencias a largo plazo a veces catastróficas. Este modelo de rata combina microdiálisis, permitiendo la cuantificación del neurotransmisor in vivo, con una técnica de caída de peso que ejerce una rápida aceleración y desaceleración de la cabeza y el torso, un factor importante del trauma craneocerebral humano.

Un modelo de rata novedoso y traslacional de la conmoción cerebral que combina la fuerza y la rotación con la microdiálisis cerebral In Vivo

El objetivo general de este procedimiento es obtener información cuantitativa de la microestructural del hipocampo en una rata con lesión cerebral traumática leve. Esto se realiza utilizando un protocolo avanzado de resonancia magnética ponderado por difusión y un análisis basado en la región de interés de los mapas de difusión paramétricos.

Imágenes de difusión avanzada en el hipocampo de ratas con lesión cerebral traumática leve

Presentamos aquí un protocolo de un modelo de onda expansiva para roedores para investigar los efectos neurobiológicos y fisiopatológicos de la lesión cerebral traumática leve a moderada. Establecimos una configuración de sobremesa impulsada por gas equipada con sensores de presión que permiten una generación confiable y reproducible de lesiones cerebrales traumáticas leves a moderadas inducidas por explosiones.

Modelo de onda blástica de baja intensidad para la evaluación preclínica de la lesión cerebral traumática leve de cabeza cerrada en roedores

El protocolo describe una lesión cerebral traumática leve en un modelo de ratón. En particular, se explica completamente un protocolo paso a paso para inducir una lesión leve en la cabeza cerrada en la línea media y la caracterización del modelo animal.

Modelo electromagnético controlado de cabeza cerrada de lesión cerebral traumática leve en ratones

Este protocolo presenta un modelo murino modificado de lesión cerebral traumática leve repetitiva (rmTBI) inducida a través de un método de lesión craneal cerrada (CHI). El enfoque presenta una ventana de cráneo adelgazada y percusión de fluidos para reducir la inflamación comúnmente causada por la exposición a las meninges, junto con una mejor reproducibilidad y precisión en el modelado de rmTBI en roedores.

Modelo de ratón modificado de lesión cerebral traumática leve repetitiva que incorpora ventana de cráneo adelgazada y percusión de fluidos

Aquí, presentamos un protocolo para establecer un modelo animal de lesión craneal cerrada que replica el resultado de la neuroimagen de una lesión cerebral traumática leve sin complicaciones con la estructura cerebral preservada en la fase aguda y la atrofia cerebral a largo plazo. La resonancia magnética longitudinal es el método principal utilizado para la obtención de pruebas.

Desarrollo de un modelo de traumatismo craneoencefálico leve sin complicaciones, modificado por el método de pérdida de peso y evidenciado por resonancia magnética

Este artículo describe la inducción estandarizada de la plasticidad cortical similar a la potenciación a largo plazo utilizando protocolos de estimulación repetitiva, seguida de la aplicación de estimulación magnética transcraneal de pulso único guiada por un sistema de neuronavegación para evaluar la plasticidad sináptica.

Inducción estandarizada y evaluación de la plasticidad cortical similar a la potenciación a largo plazo mediante estimulación magnética transcraneal

Aprende a evaluar la plasticidad sináptica en el hipocampo utilizando un modelo de lesión cerebral traumática leve con vigilia en ratas. Este método permite registrar electrofisiológicamente los cambios sinápticos post-lesión.

Evaluación de los cambios en la plasticidad sináptica utilizando un modelo de lesión cerebral traumática leve con vigilia

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