Induire l’épilepsie post-traumatique dans un modèle de souris de lésions cérébrales traumatiques diffuses répétitives
February 10th, 2020
Ce protocole systématique décrit un nouveau modèle animal de l’épilepsie post-traumatique après des dommages légers répétitifs de cerveau. La première partie détaille les étapes de l’induction des lésions cérébrales traumatiques à l’aide d’un modèle modifié de baisse de poids. La deuxième partie fournit des instructions sur l’approche chirurgicale pour les systèmes d’acquisition de données électroencéphalographiques à un seul et à plusieurs canaux.
Notre protocole est le premier à détailler un modèle de souris de l’épilepsie post-traumatique induite par des lésions cérébrales traumatiques légères. L’utilisation d’un modèle diffus doux de lésion cérébrale traumatique imite un aspect important de la pathologie des lésions cérébrales traumatiques humaines qui a presque toujours une composante diffuse. Afin de développer des biomarqueurs et des traitements, la recherche à l’aide de modèles qui reproduisent de manière appropriée des aspects de la pathologie humaine est nécessaire.
Notre modèle de lésion cérébrale traumatique a également le potentiel de fournir un aperçu des mécanismes qui causent une déficience de la fonction cérébrale après une lésion cérébrale traumatique légère ou une commotion cérébrale. Après avoir confirmé un manque de réponse au réflexe de douleur, placez la souris sur un tampon de mousse et placez la tête de la souris sous le tube de chute de poids. Placez un disque plat de 1,3 centimètre de diamètre d’un millimètre d’épaisseur de 880 milligrammes en acier inoxydable au centre de la tête de l’animal entre les yeux et les oreilles.
Retirez la goupille dans le tube de chute de poids pour libérer la tige de poids de 100 grammes d’une hauteur de 50 centimètres. Pour induire une fausse blessure chez les souris témoins, retirez la tige de poids du tube pour éviter la libération accidentelle de la goupille pendant la chute de poids. Après l’induction de baisse de poids, placez l’animal sur son dos sur un coussin chauffant recouvert d’une serviette absorbante stérile tapissée de poly avec surveillance jusqu’à la pleine couchée.
Placez ensuite la souris dans une cage propre qui a été réchauffée sur un coussin chauffant avec du gel de récupération et quelques morceaux de chow humidifiés pendant 45 minutes. Pour préparer le champ chirurgical à l’implantation de l’électrode EEG, placez un capteur de température sur le coussin et placez la souris blessée au cerveau réesthésiée sur un drapé stérile sur le dessus de la garniture chauffante de l’appareil stéréotaxique. Après avoir fixé la tête en place avec des barres d’oreille, appliquez l’onguent lubrifiant sur les yeux de l’animal et utilisez la crème depilatory pour enlever les cheveux du cuir chevelu.
Désinfecter la peau exposée avec trois écouvillons alternatifs de 20 secondes de solution antiseptique chirurgicale à l’iode povidone et 70% d’éthanol dans un mouvement circulaire. Après avoir enlevé le cuir chevelu, appliquer de petits hémostats sur les bordures ouvertes de la peau pour élargir la zone exposée. Ensuite, utilisez le scalpel pour enlever délicatement le périoste et écouvillonner le crâne avec du peroxyde d’hydrogène.
Lorsque le crâne est dégagé des tissus et présente un aspect blanchâtre, séchez l’os avec une gaze stérile ou un écouvillon. Pour l’implantation d’électrodes, utilisez une perceuse à grande vitesse avec un morceau d’acier rond de 0,5 millimètre à 5000 à 6000 rotations par minute pour créer six trous de bavures pour les électrodes de vis. Lorsque tous les trous ont été percés, placez les six électrodes à vis dans les trous de bavures et mélangez une demi-boule de poudre de ciment dentaire avec plusieurs gouttes de solvant.
Utilisez une spatule pour remuer jusqu’à ce que le mélange de ciment dentaire soit collant mais malléable et assez rigide pour être correctement condensé lorsqu’il est placé sur le crâne de l’animal. Appliquer le ciment sur toute la surface exposée du crâne et chaque électrode à vis. Après une à deux minutes, allumez le fer à soudique et placez les trois supports de tête EEG dans un bras stéréotaxique.
Placez la monture de la tête sur le crâne de sorte que les six positions de plomb de fil correspondent à la position du fil de plomb de chaque électrode de vis. Abaissez l’appareil de sorte que sa partie ventrale repose sur le dessus du ciment dentaire. Tordez le fil de chaque plomb de chacune des électrodes de vis avec le fil correspondant de la monture de tête, soudez chaque paire tordue de fil pour la conduction appropriée de signal et utilisez des ciseaux pour couper n’importe quel fil excédentaire.
Pliez chaque paire soudée de fils conduit autour de la monture de tête. Lorsque toutes les paires ont été pliées, couvrez tout le fil avec du ciment dentaire frais, ne laissant que la partie noire de la monture de la tête exposée. Relâchez les hémostats qui tiennent les volets cutanés et appliquez de la chlorhexidine antiseptique sur la zone autour de l’implant pour éviter l’infection.
Ensuite, transférez l’animal de l’appareil à un équilibre pour mesurer le poids de l’animal comme référence pour la surveillance future avant de placer l’animal dans une cage propre sur un coussin chauffant chaud avec surveillance, gel de récupération, et quelques morceaux humidifiés chow. Dans ce chiffre, une saisie spontanée dans une souris 97 jours après des dommages traumatiques répétés de chute de poids de cerveau enregistrés utilisant une monture de tête de trois EEG configurée comme démontré dans ce protocole vidéo est montrée. Ici, une saisie électrographique spontanée non convulsive enregistrée dans une souris 65 jours après des dommages traumatiques répétés de chute de poids de cerveau est montrée.
Dans ce chiffre, une saisie spontanée dans une souris 23 jours après des dommages traumatiques répétés de chute de poids de cerveau a été enregistrée utilisant une monture de tête d’EEG. La puissance spectrale d’une saisie typique indique la densité la plus élevée d’être dans la gamme de 10 à 40 hertz avec un pic à 15 hertz. Ce protocole démontre les délais pour le début de saisie chez les animaux après des lésions cérébrales traumatiques de chute de poids répétitive démontrant l’incidence du regroupement de saisie chez certains animaux et soulignant l’importance d’acquérir des enregistrements continus plutôt que intermittents.
Le placement approprié du disque d’acier, l’implantation soigneux des électrodes de vis et la soudure soigneux des fils de fil sont tous cruciaux pour une expérience réussie à long terme. Après la surveillance de l’EEG, les animaux ayant des lésions cérébrales qui développent des crises peuvent être stratifiés à partir de ceux qui ne le font pas pour une analyse ultérieure de leurs différences cellulaires, moléculaires et physiologiques. Il est essentiel de stratifier les animaux épileptiques post-traumatiques de ceux qui subissent des lésions cérébrales traumatiques, mais qui ne développent pas de crises, pour le développement d’interventions et de biomarqueurs.
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Aperçu
Ce protocole décrit un nouveau modèle murin d'épilepsie post-traumatique induite par un traumatisme crânien léger. Il détaille l'induction d'un traumatisme crânien léger en utilisant un modèle modifié de chute de poids et fournit des instructions pour l'acquisition de données électroencéphalographiques.
Composants clés de l'étude
Domaine de la science
- Neuroscience
- Traumatisme crânien
- Électrophysiologie
Contexte
- L'épilepsie post-traumatique est une conséquence importante du traumatisme crânien.
- Le traumatisme crânien léger a souvent une composante diffuse, reflétant la pathologie humaine.
- Les modèles de recherche sont essentiels pour développer des biomarqueurs et des traitements.
- Ce modèle vise à élucider les mécanismes de l'altération de la fonction cérébrale après une lésion.
Objectif de l'étude
- Établir un modèle animal fiable pour étudier l'épilepsie post-traumatique.
- Mimer les conditions de traumatisme crânien humain.
- Faciliter la recherche sur les traitements potentiels et les biomarqueurs.
Méthodes utilisées
- Induction d'un traumatisme crânien léger en utilisant une méthode de chute de poids.
- Placement d'un disque en acier inoxydable sur la tête de la souris pour l'induction de la lésion.
- Acquisition de données électroencéphalographiques pour surveiller l'activité cérébrale.
- Évaluation du réflexe de douleur pour s'assurer d'une induction appropriée de la lésion.
Résultats principaux
- Induction réussie de l'épilepsie post-traumatique dans le modèle murin.
- Établissement d'un protocole pour l'acquisition de données en électroencéphalographie.
- Aperçu des mécanismes de l'altération de la fonction cérébrale post-lésion.
- Potentiel pour des recherches futures sur les biomarqueurs et les stratégies de traitement.
Conclusions
- Ce modèle fournit un outil précieux pour étudier l'épilepsie post-traumatique.
- Il imite de près les conditions du traumatisme crânien humain.
- Des recherches supplémentaires peuvent mener à des avancées dans le traitement et la compréhension de la condition.
Questions fréquemment posées
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.
