Modelo murino de impacto cortical controlado para a indução de traumatismo cranioencefálico
16 de agosto de 2019
Aqui nós descrevemos um protocolo para a indução de ferimento de cérebro traumático murino através de um impacto cortical controlado da abrir-cabeça.
O impacto cortical controlado é fácil de padronizar entre indivíduos e experimentos e permite a aplicação de todo o espectro de lesão cerebral traumática em regiões precisamente definidas do cérebro. Demonstrando este procedimento está Meca Islam, um técnico de pesquisa no meu laboratório. Esta técnica continua sendo a forma mais consistente e reprodutível de induzir lesão cerebral traumática em roedores.
Antes de iniciar o procedimento, conecte o dispositivo de impacto ao quadro de operação estereotaxic. Se o dispositivo de atuação com os parâmetros biomecânicos desejados para a velocidade experimental adequada e tempo de poço. Don novos equipamentos de proteção individual e luvas estéreis e confirmar a falta de resposta ao beliscão do dedo do dedo no rato experimental anestesiado.
Use cortadores para raspar a pele para o local cirúrgico e aplicar pomada nos olhos do animal. Em seguida, coloque o rato no centro cirúrgico e prepare a pele raspada com três esfregões cirúrgicos sequenciais à base de iodo e álcool. Para induzir uma lesão cerebral cortical controlada, primeiro use um bisturi para fazer uma incisão de um centímetro ao longo da linha média do couro cabeludo para expor o crânio.
Retire o couro cabeludo do local de operação e identifique as suturas sagiais e coronais no crânio exposto. Para realizar uma craniectomia, equipe um microdrill com uma broca de trefina de cinco milímetros para ativar a broca em velocidade máxima e aplicar o bit perpendicular ao crânio dois milímetros à esquerda da sutura sagital e dois milímetros rostral à sutura coronal com pressão suave e uniforme. Uma pequena doação será sentida quando a broca penetrar no crânio.
Use fórceps e uma agulha hipodérmica de pequeno calibre para remover a aba óssea, expondo totalmente a dura mater subjacente e gire a ponta impactante para o campo operacional. Fixar os ossos temporais bilaterais entre as barras de ouvido em miniatura do quadro estereotaxic e travar os incisivos dentro do grampo incisivo para criar um suporte estável de três pontos na cabeça do mouse. Abaixe a ponta até fazer contato com a dura mater exposta.
O sensor de contato do instrumento fará um tom audível para alertar que o contato foi feito. Retire a ponta impactante do ponto zero e baixe a posição do impactador no quadro estereotaxic para definir a profundidade de impacto desejada. Em seguida, ativo o impactador no dispositivo de atuação antes de girar o dispositivo de volta para fora do campo para permitir que o animal seja removido do quadro.
Imediatamente após a lesão, aplique pressão direta de um aplicador de algodão estéril no crânio e superfície cortical ferida para controlar qualquer sangramento e use um aplicador fresco para secar o crânio. Feche o couro cabeludo sobre a craniectomia de acordo com as técnicas padrão e administre analgesia pós-operatória. Em seguida, coloque o animal na posição de recuperação do decúbito lateral em uma gaiola limpa pré-aquecida com monitoramento até a recumbência total e meça o peso corporal a cada três dias ao longo do experimento.
A entrega da lesão como demonstrado resulta em uma hemorragia intraparenquimal subdural e subaracnóide. A avaliação histológica de seções traumáticas de tecido cerebral após lesão grave revela uma perda cortical e hipocampal ipsilateral significativa, bem como edema e distorção contralateral. A imagem de MR de cérebros gravemente feridos também demonstra perda progressiva de tecido e substituição por fluido cerebra-espinhal.
O impacto cortical controlado induz uma lesão confiável e consistente que é capaz de produzir uma ampla gama de lesões cerebrais clinicamente aplicáveis. Nosso método de impacto cortical controlado gera um modelo murino de lesão cerebral traumática grave para análise comportamental e de imagem e produz tecidos para análise molecular e celular.
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Visão Geral
Este artigo apresenta um protocolo para induzir lesão cerebral traumática (LCT) em camundongos utilizando um modelo de impacto cortical controlado. O estudo enfoca a confiabilidade e a consistência deste método, permitindo aos pesquisadores explorar diversas respostas fisiológicas e processos de recuperação após LCT. As principais descobertas incluem perda tecidual, hemorragia e possíveis resultados de imagem para avaliação de lesões cerebrais.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Lesão cerebral traumática
- Modelos experimentais
Contexto
- A técnica de impacto cortical controlado padroniza o TCE entre experimentos.
- Este modelo permite aos pesquisadores investigar mecanismos de lesão em uma região cerebral definida.
- É reconhecido como um método reprodutível para induzir TCE em roedores.
- Avaliações histológicas e de imagem fornecem insights sobre as respostas do tecido cerebral.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver um método confiável para induzir TCE em camundongos.
- Facilitar análises comportamentais e de imagem após a lesão.
- Permitir exames moleculares e celulares do tecido cerebral após o TCE.
Métodos Utilizados
- O estudo emprega um método de impacto cortical controlado.
- Modelos murinos são utilizados para simular TCE, iniciando-se com anestesia e preparação cirúrgica.
- Parâmetros específicos de ajuste garantem a aplicação precisa do impacto sobre a dura-máter.
- Os protocolos de cuidados pós-operatórios e monitoramento são descritos para avaliar a recuperação.
Resultados Principais
- A lesão induzida resulta em alterações significativas no tecido cerebral, como perda cortical e do hipocampo.
- A imagem por RM revela perda progressiva de tecido após lesão cerebral grave.
- O impacto cortical controlado produz consistentemente diversos graus de lesão cerebral com implicações clinicamente relevantes.
- A técnica fornece dados para avaliações comportamentais e análise molecular.
Conclusões
- Este estudo demonstra um modelo eficaz para investigar o traumatismo craniano em camundongos, contribuindo para a compreensão da mecânica da lesão.
- O método de impacto cortical controlado auxilia na pesquisa da recuperação e de possíveis intervenções terapêuticas.
- Os conhecimentos obtidos podem orientar estudos futuros sobre lesão cerebral e neuroplasticidade.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
O modelo de impacto cortical controlado (CCI) fornece um método padronizado e reprodutível para induzir lesão cerebral traumática em sistemas murinos, permitindo a avaliação pré-clínica consistente dos mecanismos de lesão e das respostas terapêuticas. Essa abordagem apoia a validação de alvos e a redução de riscos mecanicistas na descoberta de neuroterapêuticos, gerando uma patologia quantificável e clinicamente relevante em desfechos comportamentais, histológicos e de imagem. Sua confiabilidade aumenta a confiança preditiva em programas de estágio inicial voltados à fisiopatologia do TCE.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor científico: Permite a investigação de hipóteses terapêuticas por meio da indução padronizada de perda tecidual cortical e hipocampal, edema e hemorragia.
- Valor operacional: Produz padrões consistentes de lesão cerebral ipsilateral que apoiam avaliações confiáveis do engajamento de alvos e modulação de vias.
- Valor preditivo: Facilita a triagem pré-clínica ao modelar TCE grave com desfechos mensuráveis relevantes para estratégias neuroprotetoras e neurorestauradoras.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Gera métricas quantificáveis de perda tecidual e edema que servem como leituras farmacodinâmicas para triagem de compostos.
- Valor Operacional: Parâmetros padronizados de impacto permitem a indução reprodutível de lesões entre laboratórios, apoiando a transferência de ensaios e a comparabilidade entre locais distintos.
- Prontidão do Ensaio: Saídas como substituição tecidual definida por imagem por ressonância magnética e escores histológicos permitem plataformas de triagem quantitativas e de alto conteúdo.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Relevância Translacional: Induz padrões de hemorragia subdural, intraparenquimatosa e subaracnóidea observados no TCE humano, aumentando a fidelidade do modelo da doença.
- Redução de Riscos Mecanísticos: Permite a avaliação de vias moleculares e celulares secundárias ao impacto primário, orientando a seleção de alvos e a estratégia de biomarcadores.
- Continuidade Pré-clínica: Fornece tecido para análise molecular longitudinal e avaliação comportamental, permitindo a correlação entre desfechos funcionais e patologia.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O modelo CCI se insere na sequência de descobertas que vai da validação de alvo até a identificação de compostos iniciais e aos testes pré-clínicos de eficácia, especialmente para terapêuticas direcionadas ao SNC, onde a consistência da lesão é fundamental para estudos de dose-resposta e de mecanismo de ação.
- Biologia da Descoberta: Permite testes baseados em hipóteses das vias neuroinflamatórias, excitotóxicas e apoptóticas após impacto cortical padronizado.
- Triagem: Fornece resultados quantitativos reprodutíveis (por exemplo, perda volumétrica de tecido, área de hemorragia) adequados para a determinação do tamanho do efeito de compostos.
- Análises: Gera dados multimodais — comportamentais, histológicos e de imagem — que apoiam análises integradas e tomadas de decisão multifuncionais.
- Pesquisa Translacional: Reflete patologias clínicas-chave do TCE, apoiando o alinhamento de biomarcadores e a relevância fisiopatológica em estudos pré-clínicos.
- Reutilização Corporativa: Estabelece uma capacidade de plataforma para uso repetido em múltiplos projetos voltados aos mecanismos do TCE ou neuroproteção.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Reduz a variabilidade biológica na modelagem de TCE, aumentando a confiança na validação de alvos e na elucidação de mecanismos.
- Valor Operacional: Procedimentos cirúrgicos e de impacto padronizados melhoram a reprodutibilidade entre operadores e locais.
- Valor Estratégico: Permite decisões precoces de avançar/não avançar ao fornecer sinais confiáveis de eficácia em sistemas relevantes para a doença.
- Impacto no Portfólio: Apoia investimentos ajustados ao risco em programas neuroterapêuticos por meio de modelagem de lesão consistente e transladável.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em neurocirurgia de roedores, uso de estereotaxia e técnica asséptica para garantir a precisão da craniectomia e a integridade da dura-máter.
- Depende do acesso a um impactor cortical controlado, com controles calibrados de velocidade, profundidade e tempo de permanência, para padronização da lesão.
- Necessita de protocolos padronizados de cuidados e monitoramento pós-operatórios para minimizar a variabilidade decorrente de fatores relacionados à recuperação.
- A adaptação entre modelos exige a validação dos parâmetros de impacto para manter a gravidade equivalente da lesão em diferentes linhagens ou idades.
- As limitações práticas incluem a dependência técnica da habilidade do cirurgião para remoção consistente do retalho ósseo e posicionamento preciso da ponta do impactor.
Perguntas Frequentes sobre Biotecnologia Farmacêutica
Chapters in this video
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Title
0:42
Pre-Surgical Preparation
1:24
Controlled Cortical Traumatic Brain Injury (TBI) Induction
3:02
Surgical Site Closure and Post-Operative Care
3:39
Results: Representative Gross, Histologic, and MRI Evaluation of Mouse Brain Tissue After Severe TBI
4:16
Conclusion
