Eksperymenty zostały powtórzone w dwóch ośrodkach: na Uniwersytecie w Bordeaux (Francja) oraz na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside (CA, USA).
W Bordeaux wszystkie eksperymenty przeprowadzono na samcach i samicach myszy C57Bl6J w 17. dniu po urodzeniu (P17), hodowanych w jednostce dla zwierząt uniwersytetu. Pierwsze zwierzęta hodowlane pozyskano z komercyjnego źródła i utrzymywano w standardowych warunkach przy 12/12-godzinnym cyklu ciemności/światła, temperaturze 21 °C ± 1 °C oraz wilgotności 55% ± 10%, z dostępem do wody i pożywienia ad libitum. Procedury eksperymentalne są zgodne z regulacjami Komitetu ds. Opieki nad Zwierzętami Uniwersytetu w Bordeaux, francuskimi przepisami dotyczącymi wykorzystania zwierząt laboratoryjnych (zezwolenie nr 29324-2021012118549817 v3), dyrektywami Rady Europejskiej (86/609/EEC) oraz wytycznymi ARRIVE. Niniejszy protokół, będący łagodnym modelem urazowego uszkodzenia mózgu, nie powoduje bólu ani stresu. W związku z tym nie wymaga on żadnego specyficznego leczenia przeciwbólowego poza standardową opieką. Odsadzanie szczeniąt (grupy TBI i grupy kontrolnej Shams) nastąpiło w 25. dniu po urodzeniu (P25).
W placówce Riverside zakupiono komercyjnie ciężarne samice myszy C57Bl6J w 13. dniu ciąży (E13), a wszystkie eksperymenty przeprowadzono na potomstwie z tych miotów, obejmującym szczenięta obu płci w wieku P17. Zwierzęta hodowano w automatycznym 12/12-godzinnym cyklu ciemność/światło w temperaturze 21 °C. Samice i szczenięta miały dostęp ad libitum do pożywienia i wody. Wszystkie procedury eksperymentalne zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt (Institutional Animal Care and Use Committee) Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside i były zgodne z ustawą o dobrostanie zwierząt (Animal Welfare Act) oraz polityką Public Health Service. Wszystkie szczenięta (TBI, Sham) w tej jednostce były odsadzane w dniu P21.
Szczegółowe informacje na temat zwierząt, odczynników i sprzętu wykorzystanych w niniejszym badaniu znajdują się w Tabeli Materiałów.
1. Kroki wstępne
- Aby zapobiec hipotermii, należy wcześniej ogrzać komorę do indukcji znieczulenia oraz klatki rekonwalescencyjne za pomocą podgrzewaczy.
- Ustawić aparat stereotaktyczny z zamontowanym impaktorem pod kątem 90°.
- Upewnić się, że wszystkie części są prawidłowo dokręcone i zabezpieczone, a tłok jest mocno przykręcony do impaktora.
- Wyciąć arkusz aluminium pasujący do aparatu stereotaktycznego (w tym przypadku 18 cm x 30 cm). Użyte tutaj aluminium jest standardowej jakości. Owinąć ramę stereotaktyczną folią, aby utworzyć podkładkę, na której zostanie ułożone zwierzę. Pozycję i naciąg folii zabezpieczyć zwykłą taśmą laboratoryjną, aby utrzymała ona ciężar zwierzęcia.
- Włączyć kontroler impaktora i w funkcji stopnia ciężkości urazu ustawić prędkość uderzenia na 2 m.s-1 dla stopnia 1 (G1) lub 3 m.s-1 dla stopnia 2 (G2) w celu uzyskania silniejszego uderzenia (zmiana tego parametru wpłynie na ciężkość wstrząśnienia mózgu).
- Zważyć zwierzęta. W dniu P17 masa zwierząt musi przekraczać 5,9 g dla myszy C57Bl6. Zwierzęta o masie poniżej tej wartości są wykluczane.
UWAGA: W niektórych badaniach wykorzystano myszy CD1, a dla P17 próg ustalono na ponad 6,5 g (dane własne).
2. Procedura łagodnego urazu mózgu u osobników młodocianych
- Zanurz mysz w narkozie poprzez 5-minutową ekspozycję na izofluran. Ustaw skład gazu na mieszankę 2,5% (w tym przypadku nośnikiem jest syntetyczna mieszanina powietrza z 21% zawartością tlenu) przy przepływie 1,5 l/min.
UWAGA: Od tego momentu wszystkie czynności muszą być wykonywane sprawnie, ponieważ zwierzęta niepoddane działaniu czynnika obrzękającego obudzą się w ciągu 5 minut.
- Ustaw głowę myszy pod uderzaczem. Szczenię powinno być całkowicie wyprostowane. Końcówka ma 3 mm średnicy i jest pokryta gumą, aby zminimalizować wpływ metalu na czaszkę.
- Obniż impaktor, przekręcając pokrętło w stronę Przedłużyć pozycja
- Ostrożnie opuść impaktor i ustaw mysz tak, aby impaktor znajdował się dokładnie pomiędzy uszami. Następnie przesuń mysz tak, aby końcówka tłoka została przesunięta do przodu o odległość równą jednej końcówce tłoka oraz o jedną końcówkę tłoka w lewo względem zwierzęcia (patrz Rycina 1).
UWAGA: Zwierzęta w grupie pozorowanej (sham) są umieszczane w niewielkiej odległości od tłoka (żadna część ciała zwierzęcia nie może zostać uciśnięta).
- Obniż impaktor tak, aby stykał się z głową zwierzęcia (Rysunek 1E2).
- Ustaw impaktor na Wycofać (Rycina 1E3).
- Aby określić stopień nasilenia urazu, przesuń tłok o 1 mm w dół dla stopnia 1 (G1). W przypadku silniejszego uderzenia w stopniu 2 (G2), przesuń tłok o 3 mm w dół (Rysunek 1E4).
- Ustaw czas przebywania na 0,1 s niezależnie od stopnia nasilenia (zmiana tego parametru nie wpłynie na stopień nasilenia wstrząśnienia mózgu).
- Naciśnij Wpływ na prawym pokrętle (Rycina 1E5).
- Szybko ustaw lewe pokrętło w pozycji wyłączonej (off), aby zapobiec przegrzaniu systemu. Więcej informacji znajduje się w schemacie blokowym (Rycina 2).

Rycina 1: Pozycjonowanie końcówki uderzacza. (A) Końcówka uderzacza jest najpierw ustawiana na linii środkowej między uszami. (B) Następnie końcówkę przesuwa się o 3 mm do przodu (odpowiednik średnicy końcówki). (C) Na koniec końcówka tłoka zostaje przesunięta o 3 mm na lewą stronę myszy. (D,E) Możliwe pozycje końcówki uderzacza w odniesieniu do magnetycznej tulei. (D) Uderzacz posiada 3 pozycje względem korpusu tłoka (neutralną, cofniętą lub wysuniętą/uderzenia) z zakresem 5 mm między nimi. (E) Pozycje końcówki uderzacza w odniesieniu do powierzchni czaszki na różnych etapach procedury. (1) Pozycja uderzacza w położeniu neutralnym; (2) tłok zostaje przesunięty tak, aby delikatnie dotknąć czaszki zwierzęcia (krok 2.5); (3) następnie uderzacz zostaje ustawiony w pozycji cofniętej (krok 3.6); (4) cały korpus uderzacza zostaje przesunięty o x mm w dół (krok 2.7). Dla stopnia G1 prędkość uderzenia (y) wynosi 2 m.s-1 przy głębokości (x) 1 mm dla G1 lub prędkość uderzenia (y) 3 m.s-1 przy głębokości (x) 3 mm dla G2. (5) Po naciśnięciu dźwigni impact końcówka uderzacza przesuwa się o x mm poniżej powierzchni czaszki z prędkością y podczas czasu przebywania, przed powrotem do pozycji neutralnej. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: Schemat blokowy CHILD. Schemat blokowy szczegółowo opisujący kroki indukowania CHILD u myszy w 17. dniu po urodzeniu (PND17), z kodowaniem kolorystycznym oznaczającym różne fazy indukowania wstrząśnienia mózgu. Fotografie układu obejmują (A) cały układ do indukowania CHILD (urządzenie do znieczulania nie jest widoczne), w tym kontroler uderzeń, urządzenie stereotaktyczne z impaktorem i końcówką umieszczoną nad napiętą folią aluminiową oraz pudełko do rekonwalescencji umieszczone na macie grzewczej. (B) Gumowa końcówka impaktora (3 mm) ze skalą. (C) Urządzenie stereotaktyczne z folią aluminiową rozciągniętą na ramie stereotaktycznej oraz solenoid impaktora z końcówką uderzeniową umieszczoną nad folią. (D) Komora rekonwalescencji znajdująca się na macie grzewczej. (E) Kontroler uderzeń z dwoma przełącznikami sterującymi, wyróżnionymi jak na schemacie blokowym (czerwona ramka = wysuwanie/wciąganie/wyłączony; fioletowa ramka = przełącznik uderzenia). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
3. Obserwacja po urazie
UWAGA: Następujące kroki mogą zostać zarejestrowane w formie wideo do późniejszej analizy, co pozwala eksperymentatorowi na przeprowadzenie testu CHILD u wielu zwierząt jeden po drugim. Niemniej jednak, należy regularnie i wielokrotnie oceniać dobrostan zwierząt.
- Odnotuj czas trwania bezdechu, jeśli wystąpił (bezpośrednio po uderzeniu), oraz czy podczas uderzenia nastąpił obrót głowy.
- Umieść mysz na prawym boku w klatce rekonwalescencyjnej.
- Odnotuj czas powrotu myszy do pozycji wyprostowanej (podniesienie się na 4 łapach) oraz czas powrotu do zachowań eksploracyjnych. Zazwyczaj myszy z grupy sham budzą się w ciągu 3-4 min i wznawiają zachowania eksploracyjne 3-4 min później (Rycina 3). Myszy CHILD budzą się w ciągu 7-12 min po uderzeniu (Rycina 3A) i wznawiają eksplorację w ciągu 12-18 min po uderzeniu (Rycina 3B), w zależności od płci i nasilenia uderzenia (Rycina 3A,B).
UWAGA: Jeśli zwierzę po uderzeniu nie wznawia zachowań eksploracyjnych w ciągu 30 min, zostaje ono wykluczone z badania.
- Po całkowitym powrocie do sprawności przenieś zwierzęta do ich klatki macierzystej. Na tym etapie zachowanie myszy sham oraz CHILD (nasilenie G1 lub G2) powinno być identyczne, a grupy zwierząt nie powinny być rozróżnialne w obrębie miotu.
UWAGA: Zwierzęta mogą być utrzymywane do 18 miesięcy po urazie14 w warunkach wskazanych na początku sekcji metod. Oceny wyników behawioralnych można przeprowadzać za pomocą zestawu testów w połączeniu z pomiarami MRI, obrazowaniem miniskopowym, histologią i immunohistochemią12. Immunohistochemię dla GFAP i NeuN można zastosować we wczesnych punktach czasowych w celu walidacji modelu i potwierdzenia obecności zmian tkankowych.
4. Immunohistochemia
UWAGA: Jeden dzień po urazie zwierzęta z grup G2 i sham (n = 4 myszy dla G2 i n = 4 dla Sham) zostały znieczulone i poddane perfuzji transkardialnej 4% paraformaldehydem (PFA) przygotowanym w 0,1 M roztworze soli fizjologicznej buforowanej fosforanowo (PBS), pH 7,4 w temperaturze 4 °C. Mózgi zostały wyjęte10 z czaszki i zanurzone w tym samym roztworze PFA na noc, a następnie przeniesione do PBS z azotkiem sodu (0,1%) przed cięciem. Następnie za pomocą wibratomu przygotowano przekroje czołowe o grubości 50 µm. Do długotrwałego przechowywania przekroje umieszczono w medium krioprotekcyjnym (30% glikolu etylenowego i 20% glicerolu w PBS) w temperaturze -20 °C do czasu użycia. Aby scharakteryzować wpływ wstrząśnienia mózgu na gliozę mózgową i utratę neuronów, przeprowadzono immunohistochemię celującą w GFAP i NeuN, zgodnie z opisem poniżej.
- Przemyć przekroje mózgu 4 razy przez 10 min w PBS.
- Przenieść przekroje do roztworu blokującego (1% BSA, 0,3% Triton X-100 w PBS) na 10 min w temperaturze pokojowej (RT).
- Inkubować przekroje przez noc w 4 °C z następującymi przeciwciałami pierwszorzędowymi rozcieńczonymi w roztworze blokującym: przeciwciała kurze anty-GFAP (1:3000) oraz królicze anty-NeuN (1:500).
- Przemyć skrawki 4 razy przez 10 min w PBS przy mieszaniu.
- Następnie przenieść przekroje do roztworu blokującego zawierającego wtórne przeciwciała fluorescencyjne rozcieńczone 1:1000 na 1 h w RT: Alexa-Fluor-488-nm kozie anty-królicze oraz Alexa-Fluor-568-nm kozie anty-kurze.
- Następnie przemyć przekroje 4 razy przez 10 min w PBS przy mieszaniu.
- Zamontować przekroje na szkiełkach za pomocą medium montującego i nałożyć szkiełko nakrywkowe. Przechowywać szkiełka w 4 °C do momentu akwizycji obrazów.
- Wykonać akwizycję immunofluorescencji przy użyciu mikroskopu epifluorescencyjnego i oprogramowania Micromanager. Użyć wtyczki do zszywania obrazów (stitching plugin) z obiektywem 10x, aby uzyskać obrazy mozaikowe półkul ipsilateralnej i kontralateralnej.
UWAGA: Barwienie kontrolne negatywne, w którym pominięto przeciwciało pierwszorzędowe lub wtórne, nie wykazało wykrywalnego znakowania. Do bardziej szczegółowej analizy obrazów można użyć oprogramowania Fiji15 w celu ilościowego określenia parametrów immunobarwienia w różnych obszarach zainteresowania16.