Os atletas absorvem várias centenas de lesões cerebrais traumáticas leves (mTBI) / concussões todos os anos; No entanto, a conseqüência disso no cérebro é mal compreendida. Portanto, um modelo animal de mTBI único e repetitivo que replica consistentemente sintomas clinicamente relevantes fornece os meios para avançar o estudo do mTBI e concussão.
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Artigo de método
Um modelo de mouse de lesões cerebrais traumáticas leves simples e repetitivas
Neste artigo
Resumo
Resumo
A lesão cerebral traumática leve (mTBI) pode resultar na perda aguda da função cerebral, incluindo um período de confusão, perda de consciência (LOC), déficits neurológicos focais e até mesmo amnésia. Os atletas que participam de esportes de contato correm alto risco de exposição a grande número de mTBIs. Em termos de nível de lesão em um atleta esportivo, um mTBI é definido como uma lesão leve que não causa alterações patológicas grosseiras, mas causa déficits neurológicos de curto prazo que são resolvidos espontaneamente. Apesar das tentativas anteriores de modelar mTBI em ratos e ratos, muitos relataram efeitos adversos grosseiros, incluindo fraturas do crânio, hemorragia intracerebral, lesão axonal e morte celular neuronal. Aqui, descrevemos nosso modelo animal altamente reprodutível de mTBI que reproduz sintomas clinicamente relevantes. Este modelo usa um dispositivo pêndulo pneumático feito sob encomenda para entregar um traumatismo na cabeça fechada. Este impacto é feito sob parâmetros precisos de velocidade e deformação,Criando um modelo confiável e reprodutível para examinar os mecanismos que contribuem para os efeitos do mTBI concêntrico único ou repetitivo.
Introdução
A lesão cerebral traumática (TBI) é definida como uma lesão na cabeça sofrida por uma força física externa, resultando na interrupção da função cerebral normal. Representa um importante fardo socioeconômico e de saúde pública, com o Relatório do Centro de Controle e Prevenção de Doenças 2015 ao Congresso estimando que 2,5 milhões de americanos sustentam um TBI todos os anos. Isso afeta não apenas a qualidade de vida do paciente, mas também coloca um custo econômico extremamente elevado na comunidade, atualmente estimado em US $ 76,5 bilhões anualmente. A quantidade de dano cerebral real transmitida e as sintomatologias de fase aguda são o que define TBI leve, moderada e grave.
A lesão cerebral traumática leve (mTBI), também referida como concussão, representa mais de 70% das TCEs relatadas a cada ano 1 . É mais comum entre os atletas que participam de esportes de contato de alto risco, incluindo boxe e futebol 2 . Ao contrário do moderadoOu formas graves de TBI, o dano imediato e os sintomas associados ao mTBI às vezes não são tão pronunciados 3 . Em contrapartida, os efeitos a longo prazo do mTBI podem ser tão debilitantes quanto os observados nas formas moderada e grave. Aqueles que sofrem de mTBI repetitivo demonstraram desenvolver encefalopatia traumática crônica (CTE), bem como outras doenças cognitivas e degenerativas 4 . Portanto, é importante obter uma maior compreensão dos mecanismos que contribuem para os sintomas de curto prazo e o dano geral a longo prazo que surge após mTBI.
Nos seres humanos, a definição de concussão, conforme definida pela Quarta Conferência Internacional sobre Concussão no Desporto (Zurique 2012) 5, afirma que o nível de lesão por concussão esportiva é leve, não causa alterações patológicas grosseiras, mas causa déficits neurológicos de curto prazo Que são resolvidos espontaneamente. Na verdade, um receNt estudo investigou o efeito do mTBI sobre deficiência cognitiva em jogadores de futebol do ensino médio, usando sistemas de telemetria de impacto de cabeça. Este estudo mostrou a quantidade de vezes que os jogadores sofreram impactos de capacete> 20 g em uma única temporada variaram de um mínimo de 226 (média, 4,7 por sessão) a uma alta de 1855 (média, 38,6 por sessão) 6 . A maioria desses impactos não resultou no diagnóstico clínico de uma concussão; Mas a evidência de alterações funcionais na função cerebral pode ser observada usando fMRI 6 . As mudanças cerebrais que causam essas mudanças funcionais são desconhecidas e, portanto, existe uma necessidade urgente de ter um modelo confiável e reprodutível para facilitar a pesquisa sobre os efeitos do mTBI concussivo e subconsciente.
Apesar das tentativas anteriores de modelar mTBI em ratos e ratos 7 , muitos relatam efeitos adversos. Em particular, a maioria dos modelos de roedores são limitados em sua natureza repetitiva usando menosUm impacto de cinco mTBIs, além de ter eventos patológicos adversos, incluindo sangramento intracerebral, fraturas do crânio, lesão axonal grave, morte celular neuronal e aumento da mortalidade 8 , 9 , 10 , 11 , 12 . Aqui, descrevemos um modelo de mouse de mTBI que está mais próximo da verdadeira definição de concussão em seres humanos. Este modelo recapitula muitos dos sintomas observados no mTBI humano, como a força mecânica que resulta na perda transitória de consciência sem patologia cerebral grosseira. Além disso, é vantajoso no fato de que ele pode ser utilizado tanto para os paradigmas de impacto único quanto para impactos repetitivos em longos períodos de tempo, conforme relatado anteriormente 13 .
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Protocolo
Estes estudos foram realizados em estrita conformidade com as recomendações do Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório da National Institutes Health. O protocolo foi aprovado pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais na Universidade de Georgetown. Os ratos foram alojados em uma instalação animal controlada por temperatura e foram mantidos em um ciclo de 12 h luz / 12 h escuro. Comida e água estavam disponíveis ad libitum .
1. Preparação do aparelho mTBI
NOTA: O aparelho mTBI inclui uma caixa de aquisição de dados (DAQ) para controlar parâmetros de impacto, um pêndulo pneumático de alta velocidade para executar a impactação e uma base cheia de gel moldado para desacelerar a cabeça após o impacto.
- Ligue o ar comprimido e inicialize o pêndulo pneumático de alta velocidade para uma configuração de pressão de 861,85 kPa.
- Calibre o sistema de controle DAQ para os seguintes parâmetros: velocidade do pistão de 2,35 m / s, tempo de superfície timE de 31,5 ms.
- Coloque a base cheia de gel moldada (compressibilidade 64 kPa / mm) de modo que a linha média seja perpendicular à trajetória da ponta do impacto.
2. Impacto do mTBI
- Registre os pesos de todos os ratos para serem usados.
- Anestesiar ratos com 3% de isoflurano em oxigênio por 120 s em uma câmara de indução.
- Transfira ratos para o aparelho mTBI, continuando a anestesia através de um cone de nariz flexível e não fixo.
- Enquanto estiver no cone do nariz, posicione a cabeça do mouse na almofada de gel de modo que a superfície plana do crânio seja apresentada perpendicularmente à ponta do impactor.
- Coloque a fita na cabeça do mouse para criar uma superfície plana e segure os ouvidos longe do local de impacto.
- Abaixe a ponta do pêndulo de politetrafluoroetileno para alinhar com a linha média sagital no centro da cabeça. A ponta do impactor utilizada é de 10 mm de diâmetro e cobrirá a área do couro cabeludo logo atrás dos olhos até a linha média das orelhas. Ajuste o pêndulo por isso é juTocando a superfície da cabeça do mouse.
- Retirar a ponta do impactor e marcar manualmente a profundidade de deflexão necessária (7,5 mm).
- Arme o sistema de controle do DAQ e pressione o botão do gatilho para impactar a cabeça do mouse, ou seja, um impacto singular ou repetitivo. Os impactos repetitivos são entregues sucessivamente sem atraso entre cada impacto.
- Imediatamente após o impacto final, retire o mouse da anestesia e do aparelho mTBI e coloque na posição supina.
- Usando um cronômetro, mede a latência do retorno do reflexo de endireitamento (supino a propenso), para determinar a perda de tempo de consciência, bem como o tempo para a ambulação (andar sem obstáculos).
- Monitore o mouse e, após a recuperação, com o comportamento normal, volte para sua gaiola de casa.
- Os camundongos Sham recebem manuseio e anestesia idênticos, mas não recebem impacto.
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Resultados
O uso deste novo dispositivo mTBI permite lesões leves individuais e repetitivas sem risco de fratura no crânio ou danos cerebrais estruturais. O modelo usa um dispositivo de puxador de Teflon pneumático feito sob medida para fornecer um impacto de energia mecânica de cabeça fechada. O impacto é feito sob parâmetros precisos de velocidade e deformação, criando um modelo confiável e reprodutível para examinar os mecanismos que contribuem para os efeitos do mTBI concêntrico único ou repeti...
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Discussão
Nos seres humanos, o mTBI é caracterizado por uma deficiência funcional na ausência de lesões estruturais. Isso pode ocorrer com, ou sem, uma perda de consciência 1 . Espera-se, atualmente, que a exposição às lesões prematuras seja subjacente ao desenvolvimento e / ou progressão de doenças neurodegenerativas como o CTE4. Está bem documentado que o CTE é comumente encontrado em boxeadores e jogadores de futebol e, embora a exposição a concussões repetidas (incluindo aquelas que não resultem em per...
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Divulgações
Os autores não têm nada a revelar.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado pelo R01 NS067417 do Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Stroke (MPB).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Caixa de controle de aquisição de dados (DAQ) Powerlab 8SP | (Instrumentos AD) | ||
| Vaporizador calibrado VIP 3000 | Matrx | ||
| Isoflurano | Henry Schein Saúde Animal | 29405 | |
| Oxigênio | Disponível comercialmente | ||
| Ar | Disponível comercialmente | ||
| Fita | comercialmente | ||
| Parar Assista | Fisher Scientific | 02-261-840 | |
| C57 Bl/6 Ratos | Jackson Laboratories | ||
| Balança Digital e recipiente de pesagem | Fisher Scientific | 20031 | |
| Wako | 019-19741 | ||
| HRP rotulado secundário | Jackson Imunopesquisa | 111-035-003 |
Referências
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Reimpressões e permissões
