Inducerende posttraumatische epilepsie in een muis model van repetitive diffuse traumatisch hersenletsel
February 10th, 2020
Dit systematische protocol beschrijft een nieuw diermodel van posttraumatische epilepsie na repetitief licht traumatisch hersenletsel. Het eerste deel details stappen voor traumatisch hersenletsel inductie met behulp van een gewijzigd gewicht daling model. Het tweede deel geeft instructies over de chirurgische aanpak voor single- en multi-channel elektro-encefalografische data-acquisitiesystemen.
Ons protocol is de eerste om een muismodel van posttraumatische epilepsie te beschrijven, veroorzaakt door licht traumatisch hersenletsel. Het gebruik van een mild diffuus traumatisch hersenletselmodel bootst een belangrijk aspect na van de pathologie van menselijk traumatisch hersenletsel dat bijna altijd een diffuus component heeft. Om biomarkers en behandelingen te ontwikkelen, is onderzoek nodig met behulp van modellen die aspecten van menselijke pathologie op de juiste manier reproduceren.
Ons traumatisch hersenletsel model heeft ook het potentieel om inzicht te geven in de mechanismen die stoornis van de hersenfunctie veroorzaken na mild traumatisch hersenletsel of hersenschudding. Na bevestiging van een gebrek aan reactie op pijnreflex, plaats de muis op een schuimkussen en plaats het hoofd van de muis onder de gewichtsdruppelbuis. Plaats een platte diameter van 1,3 centimeter een millimeter dik 880 milligram gewicht roestvrij stalen schijf in het midden van het hoofd van het dier tussen de ogen en de oren.
Verwijder de pin in de gewichtsdruppelbuis om de 100 gram gewichtsstang los te maken van een hoogte van 50 centimeter. Om een schijnletsel in de controlemuizen te veroorzaken, verwijdert u de gewichtsstaaf uit de buis om te voorkomen dat de pin per ongeluk vrijkomt tijdens gewichtsval. Na gewichtsdaling inductie, plaats het dier op zijn rug op een verwarmingskussen bedekt met een steriele poly gevoerde absorberende handdoek met controle tot volledige recumbency.
Plaats vervolgens de muis in een schone kooi die is opgewarmd op een verwarmingskussen met herstelgel en een paar bevochtigde chow-stukken gedurende 45 minuten. Om het chirurgische veld voor te bereiden op EEG-elektrodeimplantatie, plaatst u een temperatuursensor op het pad en plaatst u de opnieuw verdoofde hersengewonde muis op een steriele gordijn bovenop het verwarmingskussen op het stereotactische apparaat. Na het bevestigen van het hoofd op zijn plaats met oorspen, breng smeerzalf aan op de ogen van het dier en gebruik ontharingscrème om het haar van de hoofdhuid te verwijderen.
Desinfecteer de blootgestelde huid met drie afwisselende wattenstaafjes van povidone jodium chirurgische antiseptische oplossing en 70% ethanol in een cirkelvormige beweging. Na het verwijderen van de hoofdhuid, breng kleine hemostats op de geopende huid grenzen om het blootgestelde gebied uit te breiden. Gebruik vervolgens de scalpel om het periosteum voorzichtig te verwijderen en de schedel te uitstrijkjes met waterstofperoxide.
Wanneer de schedel wordt gewist van weefsel en vertoont een witachtige verschijning, droog het bot met een steriel gaas of wattenstaafje. Voor elektrodeimplantatie, gebruik maken van een high-speed boor met een ronde 0,5 millimeter stalen bit op 5,000 tot 6.000 rotaties per minuut om zes braam gaten voor de schroef elektroden te creëren. Wanneer alle gaten zijn geboord, plaats de zes schroef elektroden in de braam gaten en meng een halve schep van tandcement poeder met verschillende druppels oplosmiddel.
Gebruik een spatel om te roeren tot de tandheelkundige cement mengsel is smakeloos, maar kneedbaar en stijf genoeg om goed te worden gecondenseerd wanneer geplaatst op de schedel van het dier. Breng het cement over het gehele blootgestelde oppervlak van de schedel en elke schroefelektrode. Zet na één tot twee minuten het soldeerbout aan en plaats de drie EEG-hoofdsteun in een stereotactische houderarm.
Plaats het hoofd monteren over de schedel, zodat de zes draad lood posities overeenkomen met de positie van de draad lood van elke schroef elektrode. Laat het apparaat zakken zodat het ventrale deel op het tandcement rust. Draai de draad van elk lood van elk van de schroefelektroden met de bijbehorende draad lood van het hoofd monteren, soldeer elk gedraaid paar draad voor een goede signaalgeleiding en gebruik schaar om overtollige draad trim.
Buig elk gesoldeerd paar draad leidt rond het hoofd monteren. Wanneer alle paren zijn gebogen, bedek alle draad met verse tandheelkundige cement waardoor alleen het zwarte gedeelte van het hoofd mount blootgesteld. Laat de hemostats die de huidkleppen vasthouden los en breng chloorhexidine antiseptisch aan op het gebied rond het implantaat om infectie te voorkomen.
Breng het dier vervolgens over van het apparaat naar een balans om het gewicht van het dier te meten als referentie voor toekomstige monitoring voordat het dier in een schone kooi op een warm verwarmingskussen met controle, herstelgel en een paar bevochtigde chowstukken wordt geplaatst. In deze figuur, een spontane aanval bij een muis 97 dagen na herhaalde gewichtsval traumatisch hersenletsel opgenomen met behulp van een drie EEG-hoofd mount geconfigureerd zoals aangetoond in deze video protocol wordt getoond. Hier wordt een spontane niet-krampachtige elektrografische aanval weergegeven die 65 dagen na herhaalde gewichtsdruppeltraumatisch hersenletsel wordt geregistreerd.
In deze figuur, een spontane aanval bij een muis 23 dagen na herhaalde gewichtsval traumatisch hersenletsel werd opgenomen met behulp van een EEG hoofd mount. De spectrale kracht van een typische aanval geeft de hoogste dichtheid op in het bereik van 10 tot 40 hertz met een piek van 15 hertz. Dit protocol toont de tijdigheid voor het begin van de aanval bij dieren na herhaalde gewichtsval traumatisch hersenletsel waaruit blijkt dat de incidentie van epileptische aanvallen clustering bij sommige dieren en de nadruk op het belang van het verwerven van continue in plaats van intermitterende opnames.
Een goede plaatsing van de stalen schijf, zorgvuldige implantatie van de schroefelektroden en het zorgvuldig solderen van de draadkabels zijn allemaal cruciaal voor een succesvol langetermijnexperiment. Na EEG-monitoring kunnen dieren met hersenletsel die aanvallen ontwikkelen worden gestratificeerd van dieren die niet voor latere analyse van hun cellulaire, moleculaire en fysiologische verschillen. Het stratificeren van dieren met posttraumatische epilepsie van mensen die traumatisch hersenletsel oplopen, maar geen aanvallen ontwikkelen, is van cruciaal belang voor de ontwikkeling van interventies en biomarkers.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit protocol beschrijft een nieuw muismodel van post-traumatische epilepsie geïnduceerd door mild traumatisch hersenletsel. Het beschrijft de inductie van traumatisch hersenletsel met behulp van een gemodificeerde gewichtsval-model en geeft instructies voor het verkrijgen van elektro-encefalografische gegevens.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Tramatisch hersenletsel
- Elektrofysiologie
Achtergrond
- Post-traumatische epilepsie is een belangrijke gevolg van traumatisch hersenletsel.
- Mild traumatisch hersenletsel heeft vaak een diffuse component, die de menselijke pathologie weerspiegelt.
- Onderzoeksmodellen zijn essentieel voor het ontwikkelen van biomarkers en behandelingen.
- Dit model heeft tot doel de mechanismen van hersenfunctiestoornis na letsel te verduidelijken.
Doel van het onderzoek
- Om een betrouwbaar diermodel te vestigen voor het bestuderen van post-traumatische epilepsie.
- Om menselijke omstandigheden van traumatisch hersenletsel na te bootsen.
- Om onderzoek naar potentiële behandelingen en biomarkers te vergemakkelijken.
Gebruikte methoden
- Inductie van mild traumatisch hersenletsel met behulp van een gewichtsvalmethode.
- Plaatsing van een roestvrij stalen schijf op het hoofd van de muis voor letselinductie.
- Elektro-encefalografische gegevensverwerving voor het monitoren van hersenactiviteit.
- Beoordeling van pijnreflex om passende letselinductie te waarborgen.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle inductie van post-traumatische epilepsie in het muismodel.
- Totstandbrenging van een protocol voor gegevensverwerving in elektro-encefalografie.
- Inzichten in de mechanismen van hersenfunctiestoornis na letsel.
- Mogelijkheden voor toekomstig onderzoek naar biomarkers en behandelingsstrategieën.
Conclusies
- Dit model biedt een waardevol hulpmiddel voor het bestuderen van post-traumatische epilepsie.
- Het bootst de omstandigheden van menselijk traumatisch hersenletsel nauwgezet na.
- Verder onderzoek kan leiden tot vooruitgang in de behandeling en het begrip van de aandoening.
Veelgestelde vragen
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.
