Gli atleti assorbono ogni anno centinaia di lievi infezioni traumatiche cerebrali (mTBI) / concussioni; Tuttavia, la conseguenza di queste nel cervello è poco capita. Pertanto, un modello animale di mTBI singolo e ripetitivo che replica costantemente sintomi clinicamente rilevanti fornisce i mezzi per avanzare lo studio di mTBI e concussione.
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Articolo metodologico
Un modello di mouse del singolo e ripetitivo dolore cerebrale traumatico lieve
In questo articolo
Sommario
Abstract
La lieve malattia traumatica del cervello (mTBI) può causare la perdita acuta della funzione del cervello, inclusi un periodo di confusione, perdita di coscienza (LOC), deficit neurologici focali e persino amnesia. Gli atleti che partecipano agli sport di contatto sono ad alto rischio di esposizione a un gran numero di mTBIs. In termini di livello di infortunio in un atleta sportivo, un mTBI è definito come un lieve infortunio che non provoca cambiamenti patologici grossolani, ma causa deficit a breve termine neurologici che vengono risolti spontaneamente. Nonostante i precedenti tentativi di modellare mTBI nei topi e nei ratti, molti hanno riportato effetti negativi lordi, tra cui le fratture del cranio, i sanguinamenti intracerebrali, le lesioni dell'assale e la morte cellulare neuronale. Qui descriviamo il nostro modello animale altamente riproducibile di mTBI che riproduce sintomi clinicamente rilevanti. Questo modello utilizza un dispositivo di impatto pneumatico su misura per fornire un trauma a testa chiusa. Questo impatto viene effettuato con precisi parametri di velocità e di deformazione,Creando un modello affidabile e riproducibile per esaminare i meccanismi che contribuiscono agli effetti di mTBI concussivo singolo o ripetitivo.
Introduzione
La lesione cerebrale traumatica (TBI) è definita come una lesione alla testa sostenuta da una forza fisica esterna, provocando la rottura della normale funzione cerebrale. Rappresenta un onere socio-economico e di salute pubblica significativo, con il rapporto del Centro per il controllo e la prevenzione delle malattie del 2015 al Congresso stima che 2,5 milioni di americani sostengono ogni anno un TBI. Questo impatto non solo sulla qualità della vita del paziente, ma pone anche un costo economico estremamente elevato alla comunità, attualmente stimato a 76,5 miliardi di dollari l'anno. La quantità di danni cerebrali reali trasmessi e le sintomatologie di fase acuta è ciò che definisce TBI lieve, moderato e grave.
Mild Traumatic Brain Injury (mTBI), noto anche come concussione, rappresenta più del 70% dei TBI riportati ogni anno 1 . È la cosa più comune tra gli atleti che partecipano a sport di contatto ad alto rischio, tra cui boxe e calcio 2 . A differenza di moderataO forme gravi di TBI, i danni e i sintomi immediati associati a mTBI sono talvolta meno pronunciati 3 . Al contrario, gli effetti a lungo termine dell'MTBI possono essere altrettanto debilitanti di quelli osservati nelle forme moderate e gravi. Coloro che soffrono di mTBI ripetitivi hanno dimostrato di sviluppare l'encefalopatia cronica traumatica (CTE), così come altre malattie cognitive e degenerative 4 . Pertanto, è importante acquisire una maggiore comprensione dei meccanismi che contribuiscono ai sintomi a breve termine e ai danni complessivi a lungo termine che si verificano dopo mTBI.
Nell'uomo, la definizione di concussione come definita dalla Quarta Conferenza Internazionale sulla Concussione nello Sport (Zurigo 2012) 5 afferma che il livello di lesioni per il cervello sportivo è lieve, non provoca variazioni patologiche grossolane, ma causa deficit neurologici a breve termine Che vengono risolti spontaneamente. Anzi, un ricordoNt studio ha studiato l'effetto di mTBI sulla disfunzione cognitiva nei giocatori di calcio delle scuole superiori, utilizzando sistemi di telemetria impatto a testa. Questo studio ha mostrato la quantità di volte in cui i giocatori hanno sostenuto l'impatto sui caschi> 20 g in una sola stagione variano da un minimo di 226 (in media, 4,7 per sessione) ad un massimo del 1855 (media 38,6 per sessione) 6 . La maggior parte di questi impatti non ha determinato la diagnosi clinica di un concussione; Ma la prova di cambiamenti funzionali nella funzione del cervello potrebbe essere osservata usando fMRI 6 . I cambiamenti cerebrali che causano questi cambiamenti funzionali sono sconosciuti e quindi c'è una necessità urgente di avere un modello affidabile e riproducibile per facilitare la ricerca sugli effetti di mTBI concussivo e subconcusivo.
Nonostante i precedenti tentativi di modellare mTBI nei topi e nei ratti 7 , molti riportano effetti negativi. In particolare, la maggior parte dei modelli di roditori è limitata nella loro natura ripetitiva usando meno thUn impatto di cinque mTBI, oltre ad avere eventi patologici avversi, compresi sanguinamento intracerebrale, fratture del cranio, gravi lesioni assonali, morte cellulare neuronale e mortalità aumentata 8 , 9 , 10 , 11 , 12 . Qui descriviamo un modello di mouse del mTBI che è più vicino alla vera definizione di concussione negli esseri umani. Questo modello ricapitola molti dei sintomi osservati nel mTBI umano, come la forza meccanica che provoca la perdita transitoria della coscienza senza nessuna patologia cerebrale grossolana. Inoltre, è vantaggioso nel fatto che può essere utilizzato sia per i singoli impatti sia per i paradigmi di impatto ripetitivo per lunghi periodi di tempo come riportato in precedenza 13 .
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Protocollo
Questi studi sono stati eseguiti in stretta conformità con le raccomandazioni contenute nella Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio del National Institutes Health. Il protocollo è stato approvato dal Comitato istituzionale per la cura degli animali presso l'università di Georgetown. I topi sono stati alloggiati in un impianto di controllo a temperatura controllata e sono stati mantenuti su un ciclo di 12 h di luce / 12 h scuro. Alimenti e acqua erano disponibili ad libitum .
1. Preparazione dell'apparecchio mTBI
NOTA: L'apparecchio mTBI include una scatola di acquisizione dati (DAQ) per controllare i parametri d'impatto, un impatto pneumatico ad alta velocità per eseguire l'impattazione e una base riempita con gel gelato per decelerare la testa dopo l'impatto.
- Accendere l'aria compressa e inizializzare l'impatto pneumatico ad alta velocità ad un'impostazione di pressione di 861,85 kPa.
- Calibrare il sistema di controllo DAQ a seguenti parametri - velocità pistone di 2,35 m / s, timone di superficieE di 31,5 ms.
- Posizionare la base stampata gel-compressa (compressibilità 64 kPa / mm) in modo tale che la linea mediana sia perpendicolare alla traiettoria della punta dell'impulso.
2. Impaction mTBI
- Registrare i pesi di tutti i topi da utilizzare.
- Anestetizzare i topi con 3% isoflurano nell'ossigeno per 120 sec in una camera di induzione.
- Trasferire i topi all'apparato mTBI, continuando l'anestesia attraverso un cono pieghettato e non fisso.
- Mentre nel cono del naso, posizionare la testa del mouse sul tampone di gel in modo che la superficie piana del cranio sia presentata perpendicolare alla punta dell'impulso.
- Posizionare il nastro sopra la testa del mouse per creare una superficie piana e tenere le orecchie lontano dal sito di impatto.
- Abbassare la punta dell'impulso di politetrafluoroetilene per allinearsi con la mediana sagittale al centro della testa. La punta di impatto utilizzata è di 10 mm di diametro e coprirà l'area del cuoio capelluto da appena dietro gli occhi alla linea mediana delle orecchie. Regolare il dispositivo di impatto in modo che sia tuToccando la superficie della testa del mouse.
- Togliere la punta dell'impulso e ruotare manualmente la profondità di deviazione richiesta (7.5 mm).
- Bloccare il sistema di controllo DAQ e premere il pulsante di trigger per impiccare la testa del mouse, sia impatti singolari che ripetitivi. Gli impatti ripetitivi vengono consegnati in successione senza alcun ritardo tra ogni impatto.
- Subito dopo l'impatto finale, togliere il mouse dall'anestesia e dall'apparecchio mTBI e posizionarlo in posizione supina.
- Utilizzando un cronometro, misurate la latenza del ritorno del riflesso di appoggio (supino al soggetto) per determinare la perdita del tempo di coscienza, nonché il tempo per l'ambulazione (passaggio senza ostacoli).
- Monitorare il mouse e ripristinare il comportamento normale, tornare alla sua gabbia.
- I topi sham ricevono la stessa manipolazione e l'anestesia, ma non ricevono alcun impatto.
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Risultati
L'uso di questo nuovo dispositivo mTBI consente di lesioni alla testa singole e ripetitive, senza rischio di frattura del cranio o danni strutturali cerebrali. Il modello utilizza un dispositivo di impatto pneumatico in teflon su misura per fornire un impatto di energia meccanica a testa chiusa. L'impatto viene effettuato in precisi parametri di velocità e deformazione, creando un modello affidabile e riproducibile per esaminare i meccanismi che contribuiscono agli effetti di mTB...
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Discussione
Nell'uomo, il mTBI è caratterizzato da una disfunzione funzionale in assenza di lesioni strutturali. Questo può verificarsi con o senza una perdita di coscienza 1 . L'esposizione a concussioni ripetute è attualmente alla base dello sviluppo e / o della progressione delle malattie neurodegenerative quali CTE 4 . È ben documentato che il CTE è comunemente trovato nei pugili e nei giocatori di calcio e anche se l'esposizione a ripetere concussioni (incluse quelle ...
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno niente da rivelare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto da R01 NS067417 dell'Istituto Nazionale per Disturbi Neurologici e Corsa (MPB).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Scatola di controllo di acquisizione dati (DAQ) Powerlab 8SP | (AD instruments) | ||
| Vaporizzatore calibrato VIP 3000 | Matrx | ||
| Isoflurane | Henry Schein Animal Health | 29405 | |
| Ossigeno | Disponibile in commercio | ||
| Aria | Disponibile in commercio | ||
| Nastro | disponibile in commercio | ||
| Stop Guarda | Fisher Scientific | 02-261-840 | |
| C57 Bl/6 Topi | Jackson Laboratories | ||
| Bilancia digitale e contenitore di pesatura | Fisher Scientific | 20031 | |
| anticorpo anti-Iba1 | Wako | 019-19741 | |
| HRP marcato secondario | Jackson Immunoresearch | 111-035-003 |
Riferimenti
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Ristampe e permessi
