Методическая статья

Контролируемая Кортикальная Модель воздействия для черепно-мозговой травмой

29.4K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/51781

⸱

5 августа 2014 г.

 ,  , 
1Spinal Cord and Brain Injury Research Group, Stark Neuroscience Research Institute, Department of Neurological Surgery, Indiana University School of Medicine

В этой статье

Краткое содержание

Черепно-мозговые травмы (ЧМТ) остаются серьезной проблемой для здоровья. Используя модель хирургии контролируемого кортикального воздействия, можно провести исследование эффектов ЧМТ и возможных методов лечения.

Аннотация

Каждый год более миллиона американцев получают черепно-мозговую травму (ЧМТ). В сочетании с заболеваемостью ЧМТ во всем мире, физические, эмоциональные, социальные и экономические последствия ошеломляют. Поэтому необходимы дальнейшие исследования эффектов ЧМТ и эффективных методов лечения. Модель контролируемого коркового воздействия (ЧМТ) вызывает черепно-мозговые травмы от легких до тяжелых. В этом методе используется жесткий ударный элемент для доставки механической энергии к неповрежденной твердой мозговой оболочке, обнаженной после краниэктомии. Удар производится по точным параметрам с заданной скоростью для достижения заданной глубины деформации. Хотя существуют и другие модели ЧМТ, такие как снижение веса и перкуссия жидкости, ЧМТ более точна, ее легче контролировать, и, что самое главное, она приводит к черепно-мозговым травмам, подобным тем, которые наблюдаются у людей. Тем не менее, ни одна модель ЧМТ в настоящее время не способна воспроизвести патологические изменения, идентичные тем, которые наблюдаются у людей. Модель CCI позволяет исследовать краткосрочные и долгосрочные последствия ЧМТ, такие как гибель нейронов, дефицит памяти и отек мозга, а также потенциальные терапевтические методы лечения ЧМТ.

Введение

Травматическое повреждение мозга (ЧМТ) определяется как изменение в функции мозга, или иное доказательство патологии мозга, вызванного внешним силу 1. TBIs остаются серьезные проблемы со здоровьем во всем мире, особенно в Соединенных Штатах. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, по крайней мере, 1,7 млн. TBIs ежегодно происходит в Соединенных Штатах в результате чего 30,5% всех случаев смерти от травм. В 2000 году прямые медицинские расходы и косвенные расходы TBIs составил около миллиарда $ 76,5 в одних только Соединенных Штатах. Хотя технологические и терапевтические достижения в предыдущие десятилетия улучшились качество и продолжительность жизни для людей, страдающих от TBIs, нет эффективного фармацевтические или профилактические процедуры в настоящее время не существует. В связи со сложностью и широкий идущие последствия TBIs, в том числе повреждению тканей, гибели клеток и аксонов дегенерации, нет двух пострадавших не идентичны; Таким образом, ток ЧМТ модель для животных точно не воспроизводитвсе аспекты ЧМТ, как видно на людях. Тем не менее, модели на животных действительно обеспечивают возможность производить почти идентичные травмы необходимые для расследования различные эффекты TBI с надеждой на дальнейшее понимание клинических проявлений TBIs.

Контролируемое корковых воздействия (ТПП) модель использует систему воздействия доставить физическое воздействие к открытой твердой мозговой оболочки животного. Он индуцирует TBIs, начиная от легкой до тяжелой похожи тем, которые испытывают люди. Эта травма была впервые отличающийся тем, хорька 2, а затем был адаптирован для использования в крысы, мыши 3,4 5-7, овец 8. С первого характеристик, на месте травмы был помещен как по средней линии 2,9 и боковой коры 10. ТПП обеспечивает легкий и точный метод исследования последствий и потенциальных методов лечения TBIs.

В дополнение к модели ТПП, перкуссии жидкости и падения веса модели сотрудничестваmmonly используется для производства TBIs. Тем не менее, эти модели представляют ограничения, в том числе менее контроль над параметрами травмы, производя histopathalogical изменения не видел в человеческой TBIs и большей частотой смерти от несчастного случая у мышей 3,5,10. Модель взрывная волна также используется для производства TBIs. Хотя модель взрывная волна не воспроизводит histopathalogical изменения видны после механического воздействия, эта модель точно производить TBIs опытных особенно военнослужащими 11. Радиоуправляемая модель корковых влияние легко контролировать из-за точного контроля над деформационных параметров, таких как время, скорость и глубину воздействия 5. Такая точность позволяет копировать практически идентичные травмы через целой группы животных более реальным. Самое главное, ТПП воспроизводит TBIs с функциями видел в человеческой TBIs 12. Тем не менее, нет единой модели животное, которое полностью успешно воспроизводят полный спектр патологического чанГЭС, наблюдаемые после ЧМТ. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы полностью раскрыть острые и хронические изменения, которые происходят после ЧМТ.

Два типа травм происходит после ЧМТ: первичные и вторичные травмы. Первичный повреждение происходит в момент удара и не чувствительна к лечебных процедур; Однако вторичные повреждения, которые сохраняются после начальной травмы подлежат лечения 13. Радиоуправляемая модель корковых воздействие производит первичную травму, что позволяет исследователям изучить влияние ЧМТ и потенциальные терапевтические методы лечения потенциально долгосрочные последствия вторичных повреждений. Области возможного исследования с использованием модели CCI включают гибель нейронов, отек мозга, нейрогенез, сосудистые эффекты, histopathalogical изменения и нарушения памяти и многое другое 3,13-16.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Уход животных
Мужской C57 BL / 6 мышей были группа-размещены и хранятся в 12/12 ч цикле свет / темнота с свободный доступ к еде и воде. Животные, используемые в настоящем протоколе были 10-12 недель. Все процедуры были выполнены в соответствии с протоколами, утвержденными Комитетом уходу и использованию животных Университета Индианы по.

1. Хирургическая подготовка

  1. Обезболить мыши с помощью кетамина / ксилазина смесь (87,7 мг / мл кетамина и 12,3 мг / мл ксилазина) и администрирования (1 мл / кг) посредством инъекции IP.
  2. Бритье головы мыши между ушами.
  3. Нанесите нефтяной основе желе для глаз мыши, чтобы предотвратить высыхание во время операции.
  4. Очистите бритую зона с 10% йода. Затем с помощью 70% этанола счистить йод.
  5. Закрепите голову мыши в стереотаксической рамы с помощью уха баров и укуса пластину. Убедитесь, что мозг является стабильной.

2. Удаление фрагментов костей черепа

  1. Сделайте продольный разрез в середине головы с ножницами. Используйте кровоостанавливающего провести шкуру с левой стороны.
  2. Используйте ватный-наконечником аппликатором для удаления крови и тканей на кость, чтобы разоблачить череп. Разрешить подвергается черепа высохнуть в течение 1 мин.
  3. Используйте пинцет, чтобы оказать давление и убедитесь, что череп остается неподвижным. Определить анатомические ориентиры Lambda (каудальной) и брегмы (фронтальная сторона). Нарисуйте круг в центре Lambda и брегмы с диаметром 4 мм и 0,5 мм от средней линии.
  4. Используйте сверло, чтобы разрезать вдоль отмеченный круг. Аккуратно взрывать кости пыль. Не сверлите полностью через кость, чтобы не повредить твердую мозговую оболочку.
  5. Используйте пинцет, чтобы удалить кости и выставить твердую мозговую оболочку.

3. Impaction

Система воздействия включает в себя блок управления для установки параметров удара, привод для выполнения столкновение, и стереотаксической рамы для фиксации актаuator и глава мышь для удара.

  1. Предварительно установите скорость привода до 3 м / сек до операции.
  2. Предварительно установлено разную глубину деформации, чтобы вызвать различные тяготы травмы. Деформация глубины 0,0-0,2 мм, 0,5-1,0 мм и 1,2-2,0 мм может привести легкой, средней и тяжелой TBIs соответственно. Этот протокол объяснил, как достичь умеренно тяжелой травмы мозга с глубиной деформации 1 мм с помощью скорость 3 м / с.
  3. Прикрепите привод к держателю в стереотаксической рамы и использовать микроманипуляторами перемещая его, чтобы закрепить круглые, плоские кончик привода (диаметр 3 мм) в центре на открытой площадке черепа. Затем регулировать наконечник под углом параллельно поверхности ударного узла.
  4. Установите нулевую точку, перемещая вниз привод в проходящей модели пока наконечник касается поверхности участка воздействия. Затем установите Z канал на стереотаксической панели управления до нуля.
  5. Уберите кончик ударногос одновременным перемещением привода вниз 1 мм.
  6. Нажмите кнопку удара, чтобы ударить место повреждения и достичь глубины деформации 1 мм.

4. Травмы сайта Закрытие

  1. Используйте хлопка наконечником аппликаторы для удаления крови следующее влияние, но не прикасайтесь к области травмы.
  2. Наведите курсор на теплый площадку для поддержания температуры тела.
  3. После того, как кровотечение остановилось, шов раны закрыты. Положите животное обратно в чистую клетку и дать ему возможность восстановиться после операции на ночь на теплом площадку.
  4. Администрирование бупренорфин 0,05-0,10 мг / кг SQ каждый 8-12 часов в течение 2 дней после операции.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Радиоуправляемая модель корковых воздействие производит TBIs начиная по тяжести от легкой до тяжелой. Сообщение отдачей количество черепной отек, кровотечение и черепно искажения при ударе сайта покажет серьезность травмы, полученные в ходе скоростных параметров и глубины деформации. Легкие TBIs привести к черепно-мозговой отек в месте воздействия и небольшое кровотечение из-за ограниченного твердой мозговой нарушения. Умеренное ЧМТ демонстрирует черепа отек и повышенная кровоточивость из-за твердой мозговой пролом за с...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Наиболее важные шаги для успешного получения в соответствии TBIs с использованием электронной системы воздействия магнит, чтобы вызвать CCI являются: 1) стабильно фиксации головы мыши в стереотаксической рамы; 2) формирование и тот же размер окна кости между мышей путем удаления костей, не повредив твердую мозговую оболочку под ним во время удаление фрагментов костей черепа; 3) правильно позиционируя наконечник ударную в центре открытом пространстве и установления нулевой точки перед влияет.

...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Эта работа была поддержана финансирование из шнура Индиана спинного & Травмы головного мозга исследовательских грантов (SCBI 200-12), Ральф У. и Грейс М. Шоуолтер исследований премии, Университет Индианы биологических исследований Грант, NIH гранты RR025761 и 1R21NS072631-01A.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Повидон-йод 7,5%Purdue product L.P.Хирургический скраб
Аппликаторы с ватным наконечникомHenry Schein100-6015Удалить кровь и мусор
НожницыFine Science Tools14084-08Surgery
ForceptFine Science Tools11293-00Хирургический
гемостатFine Science Tools13021-12
Хирургический аккумулятор Аккумуляторная микродрельStoelting58610Комбайн с заусенцами для создания костного окна
Заусенцы для микросверлаИнструменты для тонкой науки19007-05
Шовный материал мононитиEthiconG697Шов
трет-амиловый спиртSigma152463-250MLПолучение 2,5% авертина
2,2,2-триброметанолаSigmaT48402-25GПолучение 2,5% авертина

Ссылки

  1. Menon, D. K., Schwab, K., et al. Position statement: definition of traumatic brain injury. Arch Phys Med Rehabil. 91 (11), 1637-1640 (2010).
  2. Lighthall, J. W., Dixon, C. E., et al. Experimental models of brain injury. J Neurotrauma. 6 (2), 83-97 (1989).
  3. Dixon, C. E., Clfton, G. L., et al. A controlled cortical impact model of traumatic brain injury in the rat. J Neurosci Methods. 39 (3), 253-262 (1991).
  4. Scheff, S. W., Baldwin, S. A., et al. Morris water maze deficits in rats following traumatic brain injury: lateral controlled cortical impact. J Neurotrauma. 14 (9), 615-627 (1997).
  5. Smith, D. H., Soares, H. D., et al. A model of parasagittal controlled cortical impact in the mouse: cognitive and histopathologic effects. J Neurotrauma. 12 (2), 169-178 (1995).
  6. Hannay, H. J., Feldman, Z., et al. Validation of a controlled cortical impact model of head injury in mice. J Neurotrauma. 16 (11), 1103-1114 (1999).
  7. Natale, J. E., Ahmed, F., et al. Gene expression profile changes are commonly modulated across models and species after traumatic brain injury. J Neurotrauma. 20 (10), 907-927 (2003).
  8. Anderson, R. W., Brown, C. J., et al. Impact mechanics and axonal injury in a sheep model. J Neurotrauma. 20 (10), 961-974 (2003).
  9. Lighthall, J. W. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model. J Neurotrauma. 5 (1), 1-15 (1988).
  10. Chen, S., Pickard, J. D., et al. Time course of cellular pathology after controlled cortical impact injury. Exp Neurol. 182 (1), 87-102 (2003).
  11. Long, J. B., Bentley, T. L., et al. Blast overpressure in rats: recreating a battlefield injury in the laboratory. J Neurotrauma. 26 (6), 827-840 (2009).
  12. Clark, R. S., Schiding, J. K., et al. Neutrophil accumulation after traumatic brain injury in rats: comparison of weight drop and controlled cortical impact models. J Neurotrauma. 11 (5), 499-506 (1994).
  13. Werner, C., Engelhard, K. Pathophysiology of traumatic brain injury. Br J Anaesth. 99 (1), 4-9 (2007).
  14. Colicos, M. A., Dixon, C. E., et al. Delayed, selective neuronal death following experimental cortical impact injury in rats: possible role in memory deficits. Brain Res. 739 (1-2), 111-119 (1996).
  15. Raghavendra Rao, V. L., Dogan, A., et al. Traumatic brain injury leads to increased expression of peripheral-type benzodiazepine receptors, neuronal death, and activation of astrocytes and microglia in rat thalamus. Exp Neurol. 161 (1), 102-114 (2000).
  16. Gao, X., Chen, J. Moderate traumatic brain injury promotes neural precursor proliferation without increasing neurogenesis in the adult hippocampus. Exp Neurol. 239, 38-48 (2013).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи