Każdego roku TBI dotyka około 60 milionów ludzi na całym świecie. Osoby dotknięte chorobą są bardziej narażone na rozwój padaczki, która może objawiać się wiele lat po początkowym urazie. Chociaż ciężkie TBI wiążą się z wyższym ryzykiem wystąpienia padaczki, nawet łagodne TBI zwiększa ryzyko rozwoju padaczki1,2,3,4. Wszystkie TBI można sklasyfikować jako ogniskowe, rozproszone lub kombinację obu. Rozlane uszkodzenie mózgu, obecne w wielu, jeśli nie we wszystkich TBI, jest wynikiem ścinania tkanek mózgowych o różnej gęstości z powodu sił przyspieszania-zwalniania i rotacji. Z definicji, rozlane uszkodzenie występuje tylko w izolacji w łagodnym/wstrząsowym, niepenetrującym uszkodzeniu mózgu, w którym na skanach tomografii komputerowej nie widać żadnych zmian w mózgu5.
Obecnie występują dwa krytyczne problemy w leczeniu pacjentów, którzy mają lub są zagrożeni rozwojem padaczki pourazowej (PTE). Pierwszym z nich jest to, że po wystąpieniu PTE, napady są oporne na dostępne leki przeciwpadaczkowe (AED)6. Po drugie, defibrylatory AED są równie nieskuteczne w zapobieganiu padaczce i nie ma skutecznych alternatywnych metod terapeutycznych. Aby rozwiązać ten problem i znaleźć lepsze cele terapeutyczne i kandydatów do leczenia, konieczne będzie zbadanie nowych mechanizmów komórkowych i molekularnych leżących u podstaw PTE6.
Jedną z charakterystycznych cech epilepsji pourazowej jest utajony okres między początkowym traumatycznym wydarzeniem a początkiem spontanicznych, niesprowokowanych, nawracających napadów. Wydarzenia, które mają miejsce w tym oknie czasowym, są naturalnym celem badaczy, ponieważ to okno czasowe może pozwolić na całkowite leczenie i zapobieganie PTE. Modele zwierzęce są najczęściej wykorzystywane w tych badaniach, ponieważ oferują kilka różnych korzyści, z których nie najmniej ważną jest to, że ciągłe monitorowanie pacjentów byłoby zarówno niepraktyczne, jak i kosztowne w tak potencjalnie długich okresach czasu. Ponadto mechanizmy komórkowe i molekularne leżące u podstaw epileptogenezy można badać tylko w modelach zwierzęcych.
Modele zwierzęce z spontanicznymi napadami pourazowymi i epilepsją są preferowane w stosunku do modeli, w których napady są wywoływane po TBI za pomocą mniej fizjologicznie istotnych środków, takich jak chemoconvulsants lub stymulacja elektryczna ostro, przewlekle lub przez rozpalanie. Modele spontanicznych napadów pourazowych sprawdzają, w jaki sposób TBI modyfikuje zdrową sieć mózgową, prowadząc do epileptogenezy. W badaniach z zastosowaniem dodatkowej stymulacji po TBI oceniono, w jaki sposób ekspozycja na TBI zmniejsza próg drgawkowy i wpływa na podatność na napady. Zaletą modeli zwierzęcych z napadami padaczkowymi wywołanymi chemicznie lub stymulacją elektryczną jest testowanie specyficznych mechanizmów oporności na defibrylatory AED oraz skuteczności istniejących i nowych defibrylatorów AED. Jednak stopień istotności i translacji tych danych dla ludzi może być niejednoznaczny7 z następujących powodów: 1) mechanizmy napadu mogą różnić się od tych wywołanych przez samo TBI; 2) Nie wszystkie te modele prowadzą do napadów samoistnych7; 3) Zmiany powstałe przez sam czynnik drgawkowy, z kaniulą wymaganą do jego dostarczenia, lub przez stymulację umieszczenia elektrod w strukturach głębinowych (np. hipokampie lub ciele migdałowatym) mogą już powodować zwiększoną podatność na napady, a nawet potencjały pola padaczkowego hipokampa7. Ponadto niektóre czynniki drgawkowe (tj. kwas kainowy) powodują bezpośrednie zmiany w hipokampie i stwardnienie rozsiane, co nie jest typowe po rozlanym TBI.
Do niedawna istniały tylko dwa zwierzęce modele padaczki pourazowej: kontrolowane uderzenie korowe (CCI, ogniskowe) lub płynne uszkodzenie perkusyjne (FPI, ogniskowe i rozproszone)8. Oba modele skutkują dużymi zmianami ogniskowymi wraz z utratą tkanek, krwotokiem i glejozą u gryzoni8. Modele te naśladują padaczkę pourazową wywołaną dużymi zmianami ogniskowymi. Niedawne badanie wykazało, że powtarzające się (3x) rozlane TBI jest wystarczające do rozwoju spontanicznych napadów padaczkowych i epilepsji u myszy nawet przy braku zmian ogniskowych9, dodając trzeci model PTE gryzonia z potwierdzonymi spontanicznymi nawracającymi napadami. Ten nowy model naśladuje zmiany komórkowe i molekularne wywołane przez rozlane TBI, lepiej reprezentując populację ludzką z łagodnymi, wstrząsowymi TBI. W tym modelu utajony okres trzech tygodni lub więcej przed wystąpieniem napadu i pojawienie się późnych, spontanicznych, nawracających napadów pozwala na zbadanie pierwotnych przyczyn padaczki pourazowej, przetestowanie skuteczności podejść zapobiegawczych i nowych kandydatów terapeutycznych po wystąpieniu napadu oraz ma potencjał do rozwoju biomarkerów padaczki pourazowej, ponieważ u około połowy zwierząt rozwija się padaczka pourazowa.
Wybór modelu zwierzęcego do badania padaczki pourazowej zależy od pytania naukowego, rodzaju badanego uszkodzenia mózgu oraz od tego, jakie narzędzia zostaną użyte do określenia podstawowych mechanizmów komórkowych i molekularnych. Ostatecznie każdy model padaczki pourazowej musi wykazać zarówno pojawienie się spontanicznych napadów po TBI, jak i początkowy okres utajenia w podgrupie zwierząt z TBI, ponieważ nie wszyscy pacjenci, u których wystąpi TBI, rozwijają padaczkę. W tym celu w tym protokole stosuje się elektroencefalografię (EEG) z jednoczesną akwizycją wideo. Zrozumienie technicznych aspektów sprzętu i podejść do pozyskiwania danych ma kluczowe znaczenie dla dokładnej interpretacji danych. Krytyczne aspekty sprzętowe obejmują rodzaj systemu nagrywania, rodzaj elektrod (śruba lub drut) i materiał, z którego są wykonane, zsynchronizowaną akwizycję wideo (jako część systemu EEG lub strony trzeciej) oraz właściwości systemu komputerowego. Konieczne jest ustawienie odpowiednich parametrów akwizycji w każdym typie systemu w zależności od celu badania, interesujących zdarzeń EEG, metody dalszej analizy i trwałości przechowywania danych. Na koniec należy wziąć pod uwagę metodę konfiguracji (montażu) elektrod, ponieważ każda z nich ma zalety i wady i będzie miała wpływ na interpretację danych.
Ten protokół szczegółowo opisuje, jak używać zmodyfikowanego modelu spadku wagi Marmarou10,11 do wywołania rozproszonego uszkodzenia skutkującego spontanicznymi, niesprowokowanymi, nawracającymi napadami u myszy, opisuje metody chirurgiczne w celu uzyskania jedno- i wielokanałowego ciągłego i zsynchronizowanego wideo EEG za pomocą montażu monopolarnego, dwubiegunowego lub mieszanego.