מאמר שיטה

השפעת דגם קליפת המוח מבוקר לפגיעה מוחית טראומטית

29.4K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/51781

⸱

5 באוגוסט 2014

 ,  , 
1Spinal Cord and Brain Injury Research Group, Stark Neuroscience Research Institute, Department of Neurological Surgery, Indiana University School of Medicine

במאמר זה

סיכום

פגיעות מוח טראומטיות (TBI) נשארות בעיה בריאותית חמורה. באמצעות מודל ניתוח פגיעה מבוקרת בקליפת המוח, ניתן לבצע מחקר על ההשפעות של TBI ושיטות טיפול אפשריות.

תקציר

בכל שנה יותר ממיליון אמריקאים סובלים מפגיעה מוחית טראומטית (TBI). בשילוב עם השכיחות של TBI ברחבי העולם, ההשפעות הפיזיות, הרגשיות, החברתיות והכלכליות הן מדהימות. לכן, יש צורך במחקר נוסף על ההשפעות של TBI וטיפולים יעילים. מודל ההשפעה המבוקרת בקליפת המוח (CCI) גורם לפגיעות מוח טראומטיות הנעות בין קלות לחמורות. שיטה זו משתמשת בפגיעה קשיחה כדי להעביר אנרגיה מכנית לדורה שלמה שנחשפה לאחר כריתת קרניקטומיה. ההשפעה נעשית תחת פרמטרים מדויקים במהירות מוגדרת כדי להשיג עומק דפורמציה שנקבע מראש. אף על פי שקיימים מודלים אחרים של TBI, כמו למשל ירידה במשקל וכלי הקשה נוזליים, CCI מדויק יותר, קל יותר לשליטה, והכי חשוב, מייצר פגיעות מוח טראומטיות דומות לאלה שנראות בבני אדם. אולם אף מודל TBI אינו מסוגל כיום לשחזר שינויים פתולוגיים זהים לאלה שנצפו במטופלים אנושיים. מודל CCI מאפשר לחקור את ההשפעות לטווח הקצר והארוך של TBI, כמו למשל מוות עצבי, ליקויי זיכרון ובצקת מוחית, כמו גם טיפולים טיפוליים פוטנציאליים ל-TBI.

מבוא

פגיעה מוחית טראומטית (TBI) מוגדרת כשינוי בתפקוד המוח, או ראיות אחרות של פתולוגיה במוח, שנגרמו על ידי כוח חיצוני 1. TBIs להישאר בעיה בריאותית חמורה ברחבי העולם, במיוחד בארצות הברית. על פי המרכז לבקרת מחלות ומניעתן, לפחות 1.7 מיליון TBIs מתרחש מדי שנה בארצות הברית וכתוצאה מכך 30.5% מכל מקרי המוות הקשורים לפציעה. ב2000, העלויות רפואיות הישירות ועלויות עקיפות של TBIs הסתכמו משוער 76500000000 $ בארצות הברית לבדה. למרות התקדמות טכנולוגית וטיפולית בעשרות שנים שקדמו שיפרה את האיכות ואורך חיים של אלה הסובלים מTBIs, אין תרופות יעילות או טיפולים מונעים קיימות כיום. בשל המורכבות וההשפעות רחבות היקף של TBIs, כולל נגעי רקמות, מוות של תאים, וניוון האקסון, אין שתי פציעות הן זהות; וכך, אין מודל TBI הנוכחי לבעלי חיים במדויק מתרבהכל ההיבטים של TBI ראו כמו אצל בני אדם. עם זאת, מודלים של בעלי החיים שמספקים את היכולת לייצר פציעות כמעט זהות דרושה כדי לחקור את ההשפעות שונות של TBI בתקווה להבין עוד יותר את הביטויים הקליניים של TBIs.

המודל המבוקר השפעת קליפת המוח (CCI) משתמש במערכת השפעה, כדי לספק השפעה פיזית לדורה חשופה של בעלי חיים. זה גורם TBIs החל מתון עד חמור דומה לאלה שחוו על ידי בני אדם. פגיעה זו התאפיינה ראשונה בחמוס 2 ומאוחר יותר הותאמה לשימוש בעכבר 3,4, העכבר 5-7, וכבשים 8. מאז האפיון הראשון, האתר של פציעה כבר הניח את שני מעל 2,9 קו האמצע ורוחב הקליפה 10. CCI מספק שיטה קלה ומדויקת של חקירת תופעות וטיפולים פוטנציאליים לTBIs.

בנוסף למודל CCI, כלי הקשה נוזלים וירידה במשקל דגמים הם שיתוףmmonly משמש לייצור TBIs. עם זאת, מודלים אלו מגבלות הווה, כוללים פחות שליטה על פרמטרים פציעה, הפקת שינויי histopathalogical לא ראו בTBIs האנושי, ושכיחות גבוהה יותר של מוות בתאונה בעכברים 3,5,10. מודל גל ההדף משמש גם כדי לייצר TBIs. למרות שמודל גל ההדף לא לשחזר את שינויי histopathalogical ראו בעקבות השפעה מכאנית, מודל זה אינו מדויק לייצר TBIs חווה במיוחד על ידי אנשי צבא 11. מודל השפעת קליפת המוח המבוקר הוא קל לשלוט בשל השליטה המדויקת על פרמטרים עיוות כגון זמן, מהירות, ואת עומק של השפעה 5. דיוק כזה עושה משכפלים את הפציעות כמעט זהות על פני קבוצה שלמה של בעלי חיים אפשריים יותר. והכי חשוב, CCI מתרבה TBIs עם תכונות ראו בTBIs אדם 12. עם זאת, אין מודל חיה יחיד שהוא לגמרי מוצלח בלשחזר את הספקטרום של צ'אן פתולוגי המלאGES נצפה לאחר TBI. מחקר נוסף הוא הכרחי כדי לחשוף באופן מלא את השינויים אקוטיים וכרוניים המתרחשים לאחר TBI.

שני סוגים של פציעות להתרחש בעקבות TBI: פציעות ראשוניות ומשנית. הפגיעה העיקרית מתרחשת ברגע של השפעה ואינה רגיש לטיפולים רפואיים; עם זאת, הפציעות משניות שנמשכות לאחר הפגיעה הראשונית כפופות לטיפולים 13. מודל השפעת קליפת המוח המבוקר מייצר את הפגיעה העיקרית, ובכך מאפשר לחוקרים כדי לחקור את ההשפעות של TBI וטיפולי פוטנציאל להשפעות פוטנציאליים ארוך טווח של פציעות משני. תחומי מחקר פוטנציאלי באמצעות מודל CCI כוללים מוות עצבי, בצקת מוחית, נוירוגנזה, אפקטים וכלי דם, שינויי histopathalogical, וגירעונות זיכרון ועוד 3,13-16.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

טיפול בבעלי חיים
C57 BL / 6 עכברי זכרים היו שוכן קבוצה והמשיכו בשעתי אור 12/12 / מחזור כהה עם חופשי גישה למזון ומים כהרצון. בעלי החיים המשמשים בפרוטוקול זה היו 10-12 שבועות. כל הנהלים בוצעו תחת פרוטוקולים שאושרו על ידי ועדת הטיפול בבעלי חיים ושימוש באוניברסיטת אינדיאנה.

1. הכנת כירורגי

  1. להרדים את העכבר באמצעות תערובת קטמין / xylazine (87.7 מ"ג / מיליליטר קטמין ו12.3 מ"ג / מיליליטר Xylazine) ולנהל (1 מיליליטר / קילוגרם) באמצעות הזרקת ה-IP.
  2. לגלח את הראש של העכבר בין האוזניים.
  3. החל ג'לי מבוסס נפט לעיניים של העכבר כדי למנוע התייבשות במהלך ניתוח.
  4. נקה את האזור המגולח עם יוד 10%. לאחר מכן להשתמש באתנול 70% לנקות את יוד.
  5. תקן ראש העכבר במסגרת stereotactic באמצעות סורגי האוזן וצלחת ביס. להבטיח את המוח הוא יציב.

2. Craniectomy

  1. לעשות חתך אורכי באמצע הראש עם מספריים. השתמש במלקחיים כדי להחזיק את עור בצד השמאל.
  2. השתמש המוליך כותנה שקצה כדי להסיר את הדם ורקמות על העצם כדי לחשוף את הגולגולת. לאפשר גולגולת חשופה לייבוש במשך דקות 1.
  3. שימוש במלקחיים כדי להפעיל לחץ ולהבטיח כי הגולגולת נשארת נייחת. זהה את ציוני דרך אנטומיים למבדה (היבט הזנב) וגבחת (היבט קדמי). לצייר עיגול במרכז למבדה וגבחת בקוטר 4 מ"מ ו0.5 מ"מ הרחק קו האמצע.
  4. השתמש בתרגיל לחתוך לאורך המעגל המסומן. בעדינות לפוצץ אבק עצם משם. אין לקדוח לחלוטין דרך העצם על מנת למנוע פגיעה במאטר הדורה.
  5. שימוש במלקחיים כדי להסיר את העצם ולחשוף את מאטר הדורה.

3. Impaction

מערכת ההשפעה כוללת תיבת בקרה כדי להגדיר פרמטרים השפעה, מפעיל לבצע הכליאה, ומסגרת stereotactic כדי לאבטח את המעשהuator וראש עכבר להשפעה.

  1. טרום להגדיר את המהירות של מפעיל עד 3 מ '/ שנייה לפני הניתוח.
  2. טרום להגדיר עומק עיוות שונה כדי לגרום לחומרות פגיעה שונות. מעמקי עיוות של 0.0-.2 מ"מ, 0.5-1.0 מ"מ, ו1.2-2.0 מ"מ יביאו TBIs קל, בינוני, וחמור, בהתאמה. פרוטוקול זה הסביר איך להגיע לפגיעה מוחית חמורה בינוני עם עומק עיוות של 1 מ"מ באמצעות מהירות של 3 מ '/ שנייה.
  3. צרף את מפעיל לבעל במסגרת stereotactic ולהשתמש micromanipulators שיזיז אותו כדי לאבטח את הקצה העגול, שטוח של מפעיל (3 מ"מ קוטר) במרכזו של אזור הגולגולת הפתוח. ואז להתאים את הקצה במקביל זווית אל פני השטח של אתר השפעה.
  4. להקים את נקודת האפס על ידי הזזת את מפעיל במודל המשתרע עד הקצה נוגע במשטח של אתר ההשפעה. ואז להגדיר את ערוץ Z בלוח בקרת stereotactic לאפס.
  5. לחזור בו קצה impactorתוך כדי התנועה בו זמנית מפעיל למטה 1 מ"מ.
  6. לחץ על כפתור ההשפעה להכות אתר פציעה ולהשיג עומק עיוות של 1 מ"מ.

4. הפגיעה סגירת אתר

  1. השתמש אפליקטורים כותנה שקצהו כדי להסיר כל השפעת דם הבא, אבל אל תיגעו באזור הפציעה.
  2. העבר את העכבר על משטח חם כדי לשמור על טמפרטורת גוף.
  3. ברגע שדימום הפסק, תפר את הפצע סגור. שים את בעלי החיים בחזרה לכלוב הנקי ולאפשר לו להתאושש מניתוח הלילה על הכרית החמה.
  4. לנהל עצירות 0.05-.10 מ"ג / קילוגרם SQ כל שעות 8-12 במשך 2 ימים לאחר ניתוח.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

מודל השפעת קליפת המוח המבוקר מייצר TBIs הנע בחומרה בין מתון עד חמור. לאחר השפעת כמות נפיחות גולגולת, דימום והעיוות גולגולתי באתר ההשפעה תגלה את חומרת פגיעה כתוצאה מפרמטרי המהירות ועומק עיוות. TBIs קל לגרום לנפיחות גולגולת באתר ההשפעה והדימום קל בשל הפרת הדורה המוגבלת. TBI מתון מפגין נפיחות גולגולת ודימום מוגבר עקב הפרת דורה על impaction (איור 1). ההבדל בין TBI בינוני וקשה עלול להיות קשה להבחין עד דמיינו על רקמות קבועות באמצעות מיקרוסקופ (איור 2); ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

השלבים הקריטיים ביותר ליצירת ההצלחה TBIs העקבי באמצעות מערכת השפעת המגנט אלקטרונית כדי לגרום CCI הם: 1) יציבות קיבוע ראש העכבר במסגרת stereotactic; 2) שהניבו באותו הגודל של חלון עצם בין עכברים והסרת העצם מבלי לפגוע הדורה מתחתיו במהלך craniectomy; 3) בצורה נכונה מיקום קצה ההשפעה במרכז השטח הפתוח והקמת נקודת האפס לפני להשפיע.

ראש עכבר חייב להיות קבוע במסגרת stereotactic חזקה מאוד לפני הפגיעה. Loose קיבעון יפיק וריא...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי מימון מכבל אינדיאנה השדרה ומענקי מחקר פגיעה מוחי (SCBI 200-12), ראלף וו וגרייס מ 'וולטר פרס מחקר, אוניברסיטת אינדיאנה גרנט המחקר הביולוגי, RR025761 מענקי NIH ו1R21NS072631-01A.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
פובידון-יוד 7.5%מוצר Purdue L.P.קרצוף כירורגי
אפליקטורים עם קצה כותנההנרי שיין100-6015הסר דם ופסולת
מספרייםכלי מדע עדינים14084-08ניתוח
ForceptFine Science Tools11293-00ניתוח
HemostatFine Science Tools13021-12ניתוח
נטענת נטענת מיקרו מקדחהאלחוטית58610שלב עם קוצים ליצירת חלון העצם
קוצים למיקרו מקדחהמדע עדינים19007-05
תפר מונופילמנטEthiconG697תפר
טרט-אמיל אלכוהולסיגמא152463-250 מ"לייצור 2.5% אברטין
סיגמאT48402-25Gייצור 2.5% אברטין
כלי 2,2,2-טריברומו-אתנול

מקורות

  1. Menon, D. K., Schwab, K., et al. Position statement: definition of traumatic brain injury. Arch Phys Med Rehabil. 91 (11), 1637-1640 (2010).
  2. Lighthall, J. W., Dixon, C. E., et al. Experimental models of brain injury. J Neurotrauma. 6 (2), 83-97 (1989).
  3. Dixon, C. E., Clfton, G. L., et al. A controlled cortical impact model of traumatic brain injury in the rat. J Neurosci Methods. 39 (3), 253-262 (1991).
  4. Scheff, S. W., Baldwin, S. A., et al. Morris water maze deficits in rats following traumatic brain injury: lateral controlled cortical impact. J Neurotrauma. 14 (9), 615-627 (1997).
  5. Smith, D. H., Soares, H. D., et al. A model of parasagittal controlled cortical impact in the mouse: cognitive and histopathologic effects. J Neurotrauma. 12 (2), 169-178 (1995).
  6. Hannay, H. J., Feldman, Z., et al. Validation of a controlled cortical impact model of head injury in mice. J Neurotrauma. 16 (11), 1103-1114 (1999).
  7. Natale, J. E., Ahmed, F., et al. Gene expression profile changes are commonly modulated across models and species after traumatic brain injury. J Neurotrauma. 20 (10), 907-927 (2003).
  8. Anderson, R. W., Brown, C. J., et al. Impact mechanics and axonal injury in a sheep model. J Neurotrauma. 20 (10), 961-974 (2003).
  9. Lighthall, J. W. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model. J Neurotrauma. 5 (1), 1-15 (1988).
  10. Chen, S., Pickard, J. D., et al. Time course of cellular pathology after controlled cortical impact injury. Exp Neurol. 182 (1), 87-102 (2003).
  11. Long, J. B., Bentley, T. L., et al. Blast overpressure in rats: recreating a battlefield injury in the laboratory. J Neurotrauma. 26 (6), 827-840 (2009).
  12. Clark, R. S., Schiding, J. K., et al. Neutrophil accumulation after traumatic brain injury in rats: comparison of weight drop and controlled cortical impact models. J Neurotrauma. 11 (5), 499-506 (1994).
  13. Werner, C., Engelhard, K. Pathophysiology of traumatic brain injury. Br J Anaesth. 99 (1), 4-9 (2007).
  14. Colicos, M. A., Dixon, C. E., et al. Delayed, selective neuronal death following experimental cortical impact injury in rats: possible role in memory deficits. Brain Res. 739 (1-2), 111-119 (1996).
  15. Raghavendra Rao, V. L., Dogan, A., et al. Traumatic brain injury leads to increased expression of peripheral-type benzodiazepine receptors, neuronal death, and activation of astrocytes and microglia in rat thalamus. Exp Neurol. 161 (1), 102-114 (2000).
  16. Gao, X., Chen, J. Moderate traumatic brain injury promotes neural precursor proliferation without increasing neurogenesis in the adult hippocampus. Exp Neurol. 239, 38-48 (2013).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Dura Mater

מאמרים קשורים