Modello Murine di impatto corticale controllato per l'induzione di lesioni cerebrali traumatiche
August 16th, 2019
Qui descriviamo un protocollo per l'induzione di lesioni cerebrali traumatiche murine attraverso un impatto corticale controllato a testa aperta.
L'impatto corticale controllato è facile da standardizzare tra soggetti ed esperimenti e consente l'applicazione dell'intero spettro di lesioni cerebrali traumatiche a regioni del cervello definite con precisione. A dimostrare questa procedura è Mecca Islam, un tecnico di ricerca nel mio laboratorio. Questa tecnica rimane la forma più coerente e riproducibile di indurre lesioni cerebrali traumatiche nei roditori.
Prima di iniziare la procedura, collegare il dispositivo di impatto al telaio operativo stereotassico. Se il dispositivo di azionamento con i parametri biomeccanici desiderati per la velocità sperimentale appropriata e il tempo di pozzo. Indossare nuovi dispositivi di protezione individuale e guanti sterili e confermare la mancanza di risposta al dito del piedi nel mouse sperimentale anestetizzato.
Usa i tosaerba per radere la pelliccia per il sito chirurgico e applicare un unguento agli occhi dell'animale. Quindi posizionare il mouse in sala operatoria e predire la pelle rasata con tre scrub chirurgici sequenziali a base di iodio e alcol. Per indurre una lesione cerebrale corticale controllata, utilizzare prima un bisturi per fare un'incisione di un centimetro lungo la linea mediana del cuoio capelluto per esporre il cranio.
Ritrarre il cuoio capelluto dal sito operativo e identificare le suture sagittali e coronali sul cranio esposto. Per eseguire una craniectomia, equipaggiare un microdrill con una punta di perforazione trephine di cinque millimetri per attivare il trapano alla massima velocità e applicare il bit perpendicolare al cranio due millimetri a sinistra della sutura sagittale e due millimetri rostrali alla sutura coronale con una leggera pressione uniforme. Una leggera doti si sentirà quando il trapano penetra nel cranio.
Utilizzare pini e un piccolo ago ipodermico calibro per rimuovere il lembo osseo, esponendo completamente il dura mater sottostante e ruotando la punta del dispositivo di impatto nel campo operativo. Fissare le ossa temporali bilaterali tra le barre dell'orecchio in miniatura del telaio stereotassico e bloccare gli incisivi all'interno del morsetto incisivo per creare una presa stabile a tre punti sulla testa del mouse. Abbassare la punta fino a quando non viene a contatto con la dura mater esposta.
Il sensore di contatto dello strumento renderà un tono udibile per avvisare che il contatto è stato effettuato. Ritrarre la punta di impatto dal punto zero e abbassare la posizione dell'impatto sul telaio stereotassico per impostare la profondità di impatto desiderata. Quindi attivo il dispositivo di impatto sul dispositivo di azionamento prima di ruotare il dispositivo di nuovo fuori dal campo per consentire all'animale di essere rimosso dal telaio.
Immediatamente dopo la lesione, applicare la pressione diretta di un applicatore sterile con punta di cotone sul cranio e sulla superficie corticale ferita per controllare eventuali emorragie e utilizzare un applicatore fresco per asciugare il cranio. Chiudere il cuoio capelluto sopra la craniectomia secondo le tecniche standard e somministrare analgesia postoperatoria. Quindi posizionare l'animale nella posizione di recupero del decubito laterale in una gabbia pulita pre-riscaldata con monitoraggio fino alla piena recumbency e misurare il peso corporeo ogni tre giorni durante il corso dell'esperimento.
La somministrazione della lesione come dimostrato provoca un'emorragia intraparenchimica e subaracnoidea subdurale. La valutazione istologica delle sezioni del tessuto cerebrale per lesioni cerebrali traumatiche dopo gravi lesioni rivela una significativa perdita corticale e ippocampale ipsilaterale, nonché edema e distorsione contralaterale. L'imaging MR di cervelli gravemente feriti dimostra anche una progressiva perdita di tessuto e la sostituzione con liquido cerebra-spinale.
L'impatto corticale controllato induce una lesione affidabile e coerente in grado di produrre una vasta gamma di lesioni cerebrali clinicamente applicabili. Il nostro metodo di impatto corticale controllato genera un modello murino di grave lesione cerebrale traumatica per l'analisi comportamentale e di imaging e produce tessuti per l'analisi molecolare e cellulare.
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Panoramica
Questo articolo presenta un protocollo per indurre lesioni cerebrali traumatiche (TBI) nei topi utilizzando un modello di impatto corticale controllato. Lo studio si concentra sull'affidabilità e la coerenza di questo metodo, consentendo ai ricercatori di esplorare varie risposte fisiologiche e processi di recupero dopo una TBI. Le principali intuizioni includono perdita di tessuto, emorragia e potenziali risultati di imaging per valutare le lesioni cerebrali.
Componenti chiave dello studio
Area della scienza
- Neuroscienze
- Lesione cerebrale traumatica
- Modelli sperimentali
Sfondo
- La tecnica dell'impatto corticale controllato standardizza la TBI attraverso gli esperimenti.
- Questo modello permette ai ricercatori di indagare i meccanismi di lesione in una regione cerebrale definita.
- È riconosciuto come un metodo riproducibile per indurre TBI nei roditori.
- Le valutazioni istologiche e di imaging forniscono informazioni sulle risposte del tessuto cerebrale.
Obiettivo dello studio
- Sviluppare un metodo affidabile per indurre TBI nei topi.
- Facilitare le analisi comportamentali e di imaging dopo la lesione.
- Consentire esami molecolari e cellulari del tessuto cerebrale dopo TBI.
Metodi utilizzati
- Lo studio impiega un metodo di impatto corticale controllato.
- I modelli murini sono utilizzati per simulare TBI, a partire dall'anestesia e dalla preparazione chirurgica.
- Specifici parametri di taglio assicurano una precisa consegna dell'impatto alla dura madre.
- Sono delineati protocolli di cura e monitoraggio post-operatorio per valutare il recupero.
Risultati principali
- La lesione indotta risulta in significative alterazioni del tessuto cerebrale, come perdita corticale e ippocampale.
- L'imaging RM rivela una perdita progressiva di tessuto dopo una grave lesione cerebrale.
- L'impatto corticale controllato produce costantemente vari gradi di lesione cerebrale con implicazioni clinicamente rilevanti.
- La tecnica fornisce dati per valutazioni comportamentali e analisi molecolari.
Conclusioni
- Questo studio dimostra un modello efficace per investigare TBI nei topi, contribuendo alla comprensione della meccanica delle lesioni.
- Il metodo dell'impatto corticale controllato aiuta nella ricerca sul recupero e potenziali interventi terapeutici.
- Le intuizioni acquisite possono informare futuri studi sulla lesione cerebrale e sulla neuroplasticità.
Domande frequenti
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
