Methodenartikel

Gecontroleerde Corticale Impact Model voor traumatisch hersenletsel

29.4K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/51781

⸱

5 augustus 2014

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

In dit artikel

Samenvatting

Traumatische hersenverwondingen (THV) blijven een ernstig gezondheidsprobleem. Met behulp van het gecontroleerde corticale impactchirurgie-model kan onderzoek worden gedaan naar de effecten van THV en mogelijke behandelmethoden.

Samenvatting

Elk jaar lijden meer dan een miljoen Amerikanen aan een traumatisch hersenletsel (THL). In combinatie met de incidentie van THL's wereldwijd, zijn de fysieke, emotionele, sociale en economische effecten verbijzonderend. Daarom is verder onderzoek naar de effecten van THL en effectieve behandelingen noodzakelijk. Het gecontroleerde corticale impact (CCI) model induceert traumatische hersenletsel variërend van licht tot ernstig. Deze methode gebruikt een stijve impactor om mechanische energie af te geven aan een intacte dura die blootgesteld is na een craniektomie. De impact wordt gemaakt onder precieze parameters met een vaste snelheid om een vooraf bepaalde deformatiediepte te bereiken. Hoewel er andere THL-modellen bestaan, zoals gewichtsval en vloeistofpercussie, is CCI nauwkeuriger, gemakkelijker te controleren en produceert het vooral traumatisch hersenletsel dat vergelijkbaar is met dat wat bij mensen wordt gezien. Echter, geen enkel THL-model is momenteel in staat om pathologische veranderingen te reproduceren die identiek zijn aan die welke bij menselijke patiënten worden gezien. Het CCI-model staat onderzoek toe naar de korte-termijn en lange-termijn effecten van THL, zoals neuronale dood, geheugendeficiëntie en hersenoedeem, evenals potentiële therapeutische behandelingen voor THL.

Inleiding

Traumatisch hersenletsel (TBI) wordt gedefinieerd als een verandering in de hersenfunctie, of andere bewijzen van hersenenpathologie, veroorzaakt door een externe kracht 1. TBIs blijven een ernstig gezondheidsprobleem in de hele wereld, met name in de Verenigde Staten. Volgens de Centers for Disease Control and Prevention, ten minste 1,7 miljoen TBIs komen jaarlijks in de Verenigde Staten resulteerde in 30,5% van alle schade-gerelateerde sterfgevallen. In 2000, de directe medische kosten en indirecte kosten van TBIs bedroeg een geschatte $ 76500000000 in de Verenigde Staten alleen. Hoewel technologische en therapeutische vooruitgang in de afgelopen decennia de kwaliteit en de lengte van het leven voor mensen die lijden aan TBIs zijn verbeterd, geen effectieve farmaceutische of preventieve behandelingen die momenteel bestaan. Vanwege de complexiteit en verreikende effecten van TBIs, zoals weefselbeschadiging, celdood en axon degeneratie, geen twee gewonden zijn identiek; Zo zullen de huidige geen TBI model voor dieren nauwkeurig reproduceertalle aspecten van TBI bij mensen. Echter, diermodellen hebben de mogelijkheid bieden bijna identiek letsel noodzakelijk verschillende effecten van TBI met de hoop verder begrip van de klinische manifestaties van TBIs onderzoeken produceren.

De gecontroleerde corticale effect (CCI) model gebruikt een slagsysteem fysieke effect leveren aan de blootgestelde dura van een dier. Het induceert TBIs variëren van mild tot ernstig vergelijkbaar met die ervaren door mensen. Deze verwonding werd eerst gekarakteriseerd in de fret 2 en later aangepast voor gebruik in de rat 3,4, 5-7 muizen en schapen 8. Sinds de eerste karakterisering is de plaats van letsel zijn zowel geplaatst over de middellijn 2,9 en laterale cortex 10. CCI biedt een eenvoudige en nauwkeurige methode van onderzoek naar de effecten en de mogelijke behandelingen voor TBIs.

Naast de CCI model, de vloeistof percussie en gewicht neerzetten modellen commonly gebruikt om TBIs produceren. Echter, deze modellen huidige beperkingen, zoals minder controle over letsel parameters, produceren histopathalogical veranderingen niet gezien in de menselijke TBIs en grotere incidentie van overlijden door een ongeval bij muizen 3,5,10. De schokgolf die model wordt ook gebruikt om TBIs produceren. Hoewel de schokgolf model niet de histopathalogical veranderingen gezien reproduceren na een mechanische belasting, betekent dit model nauwkeurig produceren TBIs ervaren vooral door militair personeel 11. De gecontroleerde corticale impactmodel is eenvoudig te bedienen door het precieze controle over vervorming parameters zoals tijd, snelheid en diepte effect 5. Een dergelijke nauwkeurigheid maakt repliceren bijna identiek letsel over een hele groep dieren meer haalbaar. Belangrijker nog, CCI reproduceert TBIs met functies gezien in menselijke TBIs 12. Er is echter niet een diermodel dat volledig in het reproduceren van het volledige spectrum van pathologische chanGES waargenomen na TBI. Verder onderzoek is nodig om de acute en chronische veranderingen die optreden na TBI volledig onthullen.

Twee vormen van letsel optreden na een TBI: primaire en secundaire verwondingen. Het primaire letsel optreedt op het moment van impact en is niet gevoelig voor therapeutische behandelingen; echter de secundaire verwondingen die blijven bestaan ​​na de eerste blessure zijn onderworpen aan behandelingen 13. De gecontroleerde corticale impactmodel produceert primaire letsel, waardoor onderzoekers de effecten van TBI en potentiële therapeutische behandelingen te onderzoeken voor de potentieel langdurige effecten van secundaire verwondingen. Gebieden van potentiële onderzoek met behulp van de CCI-model omvatten neuronale dood, cerebraal oedeem, neurogenese, vasculaire effecten, histopathalogical veranderingen, en het geheugen tekorten en meer 3,13-16.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Animal Care
Man C57 BL / 6 muizen werden gehuisvest in groep en hield in een 12/12 uur licht / donker cyclus met gratis toegang tot voedsel en water ad libitum. De in dit protocol gebruikte dieren waren 10-12 weken oud. Alle procedures werden uitgevoerd onder protocollen door Animal Care en gebruik Comite Indiana University's goedgekeurd.

1. Chirurgische Voorbereiding

  1. Verdoven van de muis met een ketamine / xylazine mengsel (87,7 mg / ml ketamine en 12,3 mg / ml xylazine) en beheren (1 ml / kg) via IP injectie.
  2. Scheer de kop van de muis tussen de oren.
  3. Breng een aardolie gebaseerde jelly voor de ogen van de muis om uitdroging te voorkomen tijdens de operatie.
  4. Reinig het geschoren gebied met 10% jodium. Maak dan gebruik van 70% ethanol schoon te maken uit de jodium.
  5. Zet de muis hoofd in de stereotactische frame met behulp van het oor bars en beet plaat. Zorg ervoor dat de hersenen is stabiel.

2. Craniectomy

  1. Voeg een longitudinale incisie in het midden van de kop met een schaar. Gebruik een hemostaat om de huid af te houden naar de linkerkant.
  2. Gebruik een wattenstaafje om het bloed en weefsel op de been om de schedel bloot te verwijderen. Laat blootgesteld schedel drogen gedurende 1 minuut.
  3. Gebruik een tang om druk uit te oefenen en ervoor te zorgen dat de schedel blijft onbeweeglijk. Identificeer anatomische oriëntatiepunten Lambda (caudale aspect) en Bregma (frontale aspect). Teken een cirkel in het centrum van Lambda Bregma en met 4 mm diameter en 0,5 mm van de middellijn.
  4. Gebruik een boor langs de gemarkeerde cirkel te snijden. Blaas zachtjes bot stof weg. Niet volledig doorboren het bot om te voorkomen dat schade aan de dura mater.
  5. Gebruik een tang om het bot te verwijderen en de dura mater bloot.

3. Impaction

De impact systeem omvat een schakelkast om de impact parameters in te stellen, een actuator om de impactie te voeren, en een stereotactische kader om de handeling te beveiligenuator en muis hoofd voor impact.

  1. Vooringestelde de snelheid van de actuator tot 3 m / sec voor de operatie.
  2. Pre-set verschillende vervorming diepte aan verschillende verwondingen severities induceren. Vervorming diepte van 0,0-0,2 mm, 0,5-1,0 mm en 1,2-2,0 mm zou resulteren in lichte, matige en ernstige TBIs, respectievelijk. Dit protocol uitgelegd hoe een matig ernstig hersenletsel met deformatie diepte van 1 mm te bereiken met een snelheid van 3 m / sec.
  3. Bevestig de aandrijving op de houder van het stereotactische frame en gebruik micromanipulators zij verhuizen naar de ronde, platte uiteinde van de actuator (3 mm diameter) in het midden van de open ruimte schedel beveiligen. Stel vervolgens het uiteinde schuin parallel aan het oppervlak van de botsing plaats.
  4. Bepaal het nulpunt naar beneden beweegt de actuator in de uitbreiding van model tot het punt raakt het oppervlak van de impact website. Stel vervolgens de Z-kanaal op de stereotactische bedieningspaneel op nul.
  5. Trek de impactor tipterwijl tegelijkertijd het verplaatsen van de aandrijving naar beneden 1 mm.
  6. Hit de impact knop om de schade website staken en een vervorming diepte van 1 mm te bereiken.

4. Letsel Site Sluiting

  1. Gebruik wattenstaafje applicators om geen bloed volgende effecten te verwijderen, maar de schade niet aan.
  2. Plaats de muis op een warme pad om lichaamstemperatuur te handhaven.
  3. Zodra bloeden is gestopt, hechten de wond gesloten. Plaats het dier terug in de schone kooi en laat het een nacht herstellen van de operatie aan de warme pad.
  4. Dien Buprenorfine 0,05-0,10 mg / kg SQ elke 8-12 uur gedurende 2 dagen na de operatie.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

De gecontroleerde corticale invloed model produceert TBIs variërend in ernst variëren van mild tot ernstig. Post-effect van de hoeveelheid craniale zwelling, bloeden, en craniale vervorming bij de impact site zal de ernst van het letsel als gevolg van de snelheid en de vervorming diepte parameters onthullen. Milde TBIs resulteren in craniale zwelling op de impact plaats en lichte bloeden vanwege de beperkte dura inbreuk. Een matige TBI vertoont craniale zwelling en een verhoogd bloedingsrisico als gevolg van dura inbreu...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

De meest kritische stappen voor het succesvol genereren van consistente TBIs via een elektronisch magneet slagsysteem een ​​CCI veroorzaken zijn: 1) stabiel tot vaststelling van de muis hoofd in de stereotactische beeld; 2) het genereren van dezelfde grootte been venster tussen muizen en het bot te verwijderen zonder schade aan de dura daaronder tijdens craniectomy; 3) correct positioneren van de impact punt in het midden van de open ruimte en tot oprichting van het nulpunt alvorens met.

Een...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Dit werk werd ondersteund door financiering van de Indiana Spinal Cord & Brain Injury Research Grants (SCBI 200-12), de Ralph W. en Grace M. Showalter Research Award, Indiana University Biological Research Grant, NIH subsidies RR025761 en 1R21NS072631-01A.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Povidon-jodium 7,5%Purdue product L.P.Chirurgische scrub
WattenstaafjesHenry Schein100-6015Verwijder bloed en puin
SchaarFine Science Tools14084-08Chirurgie
PincetFine Science Tools11293-00Chirurgie
HemostatFine Science Tools13021-12Chirurgie
Oplaadbare snoerloze microboorStoelting58610Combineer met frezen voor het genereren van het botvenster
Frezen voor Micro DrillFine Science Tools19007-05
Sutuur monofilamentEthiconG697Sutuur
tert-Amyl alcoholSigma152463-250MLMaken van 2,5% Avertin
2,2,2-TribromoethanolSigmaT48402-25GMaken van 2,5% Avertin

Referenties

  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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

MuiscraniectomieInstallatie van het Impact systeemInstellen van de ActuatorsnelheidMeting van de DeformatiediepteBlootleggen van de Dura MaterHersentreuma caviteitHistopathologische AnalyseImmunohistochemische Kleuring

Gerelateerde artikelen