O objetivo deste método é fornecer aos pesquisadores uma ferramenta confiável que reproduz fielmente a biomecânica do trauma craniocerebral humano, permitindo a caracterização longitudinal dos efeitos moleculares de concussões/cérebro traumático leve lesão (mTBIs). Este método combina a microdiálise cerebral com o modelo do peso-gota do estado de Wayne para documentar, em ratos adultos levemente anestesiados e uncontido, as mudanças agudas em níveis extracelular do neurotransmissor depois da concussão. Com este método minimamente invasivo, neurotransmissores como glutamato, GABA, taurina, glicina e serina podem ser rapidamente e continuamente quantificados após trauma, in vivo, sem ter que sacrificar o animal.
Concussão/mTBI é uma perturbação fisiopatológica que afetam o funcionamento cerebral causado por um mecanismo de força externa. Concussão/mTBI é a forma mais comum de lesão cerebral traumática, representando 70-90% dos casos1. A maioria das rupturas funcionais agudas que seguem uma concussão pode ser atribuída a uma lesão cerebral preliminar e secundária2,3: (1) a lesão cerebral primária é induzida pela rápida aceleração e desaceleração da cabeça e tronco que danifica os tecidos cerebrais por compressão seguida pelo alongamento e cisalhamento dos axônios durante a folga4,5,6 e (2) a lesão cerebral secundária é a resposta celular indireta ao trauma. Tem lugar horas e dias após a lesão cerebral primária e desempenha um papel importante no motor e comprometimento cognitivo observado ao longo do tempo. Muitos dos sintomas podem ser atribuídos à neurotransmissão alterada, como a liberação excessiva de glutamato extracelular previamente demonstrada nos primeiros 10 minutos apósa lesão7,8,9. Dada a sua alta densidade de terminais e receptores, o hipocampo é uma estrutura cerebral particularmente vulnerável a esta resposta excitotóxica após lesão. Estando fortemente envolvido na função cognitiva10,11, estudos em roedores relataram que o dano hipocampal associado à concussão pode levar a prejuízos no condicionamento do medo e na aprendizagem da memória espacial12 , 13. o objetivo preliminar desta metodologia era trabalhar para fora um modelo do rato de Concussion/MTBI, usando o estado de Wayne fechou o procedimento principal do peso-gota para reproduzir fielmente os mecanismos do ferimento de cérebro preliminar, e incorporar o cerebral microdiálise para estudar in vivo, o neurotransmissor extracelular agudo muda devido à lesão cerebral secundária após uma concussão. As concentrações de glutamato extracelular e GABA foram medidas no hipocampo para atuar como resultados representativos do nosso método.
Estudos de roedores anteriores combinaram microdiálise e outros modelos de lesão, como a queda de peso do crânio aberto e o impacto cortical controlado, para demonstrar as alterações agudas nos níveis de neurotransmissores extracelulares após uma lesão de gravidade variável graus14,15,16,17. No entanto, além dos altos graus de variabilidade, o valor translacional de modelos como a queda de peso do crânio aberto e o impacto cortical controlado é dificultado por uma falta inerente de validade ecológica devido a 2 fatores: (1) esses modelos induzem lesões muito mais graves do que as concussões relacionadas com o desporto sofridos em seres humanos, envolvendo a carga cerebral direta e (2) estes modelos necessitam de uma craniectomia ou uma craniotomia, a cabeça do roedor sendo completamente contido em um quadro estereotaxico, impedindo a rápida aceleração e desaceleração da cabeça e tronco, assim reproduzindo mal a biomecânica da concussão.
A microdiálise é um método minimamente invasivo que oferece a clara vantagem de neurotransmissores de amostragem, como glutamato, GABA, taurina, glicina e serina, in vivo e continuamente após trauma, sem ter que sacrificar o animal. Além das vantagens oferecidas pela microdiálise, a Wayne State University desenvolveu um modelo de queda de peso do crânio fechado (em oposição ao crânio aberto de outros modelos), que permite a indução de um mTBI em um roedor levemente anestesiado e desenfreada, permitindo assim a aceleração e a desaceleração rápidas da cabeça e do torso18. Como mencionado previamente, a aceleração e a retardação da cabeça e do torso são uma característica biomecânica do núcleo de concussões esporte-relacionadas vistas nos seres humanos que os modelos precedentes do mTBI do roedor falharam endereçar. O procedimento do peso-gota pode ser feito muito rapidamente e não exige nenhuma cirurgia prévia ou incisão do escalpe. Após a indução da concussão, os roedores recuperam o reflexo de endireitando quase espontaneamente e não experimentam paralisia, convulsões ou desconforto respiratório após um único impacto. Os bleedings intracranial e as fraturas do crânio são raros, e somente os deficits menores na coordenação motora foram relatados nos roedores. Este modelo de rato é fácil de usar, barato e facilita a quantificação de neurotransmissores liberados na fase aguda após uma concussão sem remover a sonda de microdiálise durante o impacto.
Nosso modelo de ratos combinando microdiálise e concussão é apropriado para pesquisadores que procuram caracterizar longitudinalmente os efeitos moleculares da concussão e podem ser usados em uma ampla variedade de estudos terapêuticos. Na verdade, apesar de vários anos de pesquisa e uma necessidade esmagadora, nenhuma droga para evitar os efeitos a longo prazo de concussões passou a fase de ensaio clínico19. Uma das razões potenciais para estas falhas poderia ser o uso dos modelos animais que não reproduzem fielmente as forças biomecânicas traumáticas das concussões como experimentadas por seres humanos. O método apresentado aqui encontra a definição de concussões humanas que especifica que a lesão cerebral primária é induzida por um impacto contundente,bem como rápida aceleração e desaceleração da cabeça e tronco2,3.
Além disso, o nosso modelo combinado é adequado para os investigadores que estudam os efeitos da lesão cerebral traumática ligeira repetida (rmTBI), uma vez que uma das suas características-chave que o diferencia de outros modelos animais de concussão é que torna possível induzir repetidas, lesões leves no mesmo caso18. Nos seres humanos, o rmtbi está associado a sintomas pós-traumáticos mais severos, tempos de recuperação mais longos e prejuízos motores e cognitivos agravados que tendem a se espalhar ao longo do tempo20,21. Outros modelos animais relevantes também tornaram possível compreender melhor a fisiopatologia pós-traumática do rmtbi22,23,24,25,26,27 . A vulnerabilidade cerebral aumentada foi demonstrada nos roedores após um mínimo de 5 mTBI em intervalos de 24 h. A neuroinflamação aumenta com o número de mTBI experientes e marcadores de neurodegeneração aparecem28. O MTBI repetido impediria a transição do microglia de um modo pró-inflamatório a uma modalidade normal da recuperação, tendo por resultado a atividade excitotóxica prolongada e a ativação de mecanismos neurodegenerativas 29. Com o nosso modelo, os ratos podem ser expostos a 1 impacto por dia durante o período de 1 semana para um total de 5 exposições. Dada a simplicidade deste modelo animal, poderia facilitar a caracterização dos efeitos cumulativos da liberação indiscriminada aguda do neurotransmissor que levanta-se imediatamente depois de um mTBI.
Este modelo também permite que os animais sejam prontamente expostos a 2 impactos por dia, tornando possível estudar condições ainda mais severas, como quando um atleta recebe outro impacto traumático dentro de um curto espaço de tempo desde o primeiro golpe30. Como demonstrado em um estudo anterior31, o sincronismo de um segundo golpe na cabeça pode afetar dramaticamente os danos vasculares e axonais. Quanto mais perto o segundo golpe é para o primeiro golpe, mais prejudicando as conseqüências. Este modelo é apropriado para investigar como esta circunstância particular afeta a liberação extracelular do neurotransmissor.
Neste método, o hipocampo foi utilizado como região de interesse devido à sua relevância na pesquisa de concussão, mas as amostras de microdiálise também podem ser coletadas de outras regiões de interesse. Entretanto, toda a outra região do cérebro tem que ser considerada por conta do espaço deixado pelo local do impacto da cânula do guia, incluindo o cimento dental que cerca o, pode tomar acima de uma quantidade considerável de espaço na cabeça do rato. Além disso, os parâmetros de microdiálise apresentados neste método, como o corte de peso molecular da membrana e o comprimento ativo, os intervalos de tempo de amostragem e a vazão podem ser ajustados de acordo com o tipo de molécula estudada. A coleção eficiente de citocinas pró-inflamatórias envolvidas em concussões, por exemplo, exigiria uma membrana com um tamanho de poros muito maior.