Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Модель Murine контролируемого кортикического воздействия для индукции травматического повреждения головного мозга

10.6K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/60027

⸱

16 августа 2019 г.

 , 
1Department of Surgery, Northwestern University

В этой статье

Краткое содержание

Здесь мы описываем протокол для индукции мурин черепно-мозговой травмы с помощью открытой головой контролируемого коркового удара.

Аннотация

Центры по контролю и профилактике заболеваний подсчитали, что почти 2 миллиона человек выдерживают черепно-мозговую травму (TBI) каждый год в Соединенных Штатах. В самом деле, ТБИ является фактором, способствующим более чем треть всех связанных с травмами смертности. Тем не менее, клеточные и молекулярные механизмы, лежащие в основе патофизиологии ТБИ, плохо изучены. Таким образом, доклинические модели TBI, способные воспроизвоблять механизмы травматизма, относящимся к ТБИ у пациентов с человеком, являются важнейшей потребностью в исследованиях. Модель tBI контролируемого кортикового удара (CCI) использует механическое устройство для непосредственного воздействия на обнажённое короеистое устройство. Хотя ни одна модель не может в полной мере резюмировать разрозненные модели травм и неоднородный характер ТБИ у пациентов с людьми, CCI способен индуцировать широкий спектр клинически применимых ТБИ. Кроме того, ТПП легко стандартизируется, позволяя следователям сравнивать результаты как в экспериментах, так и в следственных группах. Следующий протокол представляет собой подробное описание применения тяжелой ТПП с коммерчески доступным ударным устройством в модели Murine TBI.

Введение

Центры по контролю и профилактике заболеваний оценкам, что около 2 миллионов американцев поддерживать черепно-мозговую травму (TBI) каждый год1,2. В самом деле, TBI способствует более 30% всех травм, связанных смертей в Соединенных Штатах с расходами на здравоохранение приближается к $ 80 млрд в год и почти $ 4 млн на человека в год выживших тяжелых TBI3,4,5. Влияние TBI подчеркивается значительными долгосрочными нейрокогнитивными и нейропсихиатрическими осложнениями, пережитыми его выжившими с коварным началом поведенческих, когнитивных и двигательных нарушений, называемых хронической травматической энцефалопатией (ХТЭ) 6 , 7 (г. , 8 , 9 До 9 , 10. Даже субклинические сотрясательные события – те воздействия, которые не приводят к клиническим симптомам – могут привести к длительной неврологической дисфункции11,12.

Модели животных для изучения TBI были использованы с конца 1800-хгодов 13. В 1980-х годах был разработан пневматический ударник для моделирования ТБИ. Этот метод теперь называется контролируемым коркового воздействия (CCI)14. Контроль и воспроизводимость ТПП привели исследователей к адаптации модели для использования у грызунов15. Наша лаборатория использует эту модель, чтобы побудить TBI через коммерчески доступный ударный и электронный устройство активации16,17. Эта модель способна производить широкий спектр клинически применимых состояний TBI в зависимости от используемых биомеханических параметров. Гистологическая оценка мозга ТБИ после тяжелой травмы, вызванной в нашей лаборатории, демонстрирует значительную ипсилатеральную корковую и гиппокампа, а также контралатеральный отек и искажение. Кроме того, CCI производит последовательное ухудшение двигательных и когнитивных функций, измеряемых поведенческими анализами18. Ограничения ccI включают необходимость краниотомии и расходы на приобретение ударного и актуирующего устройства.

Несколько дополнительных моделей TBI существуют и хорошо зарекомендовали себя в литературе, включая боковую модель ударных жидкости, модель падения веса, и модель травмы взрыва19,20,21. Хотя каждая из этих моделей имеют свои собственные преимущества, их основными недостатками являются смешанные травмы, высокая смертность и отсутствие стандартизации, соответственно22. Кроме того, ни одна из этих моделей не предлагает точности, точности и воспроизводимости ТПП. Регулируя биомеханические параметры, вводимые в актуирующее устройство, модель CCI позволяет следователю точно контролировать размер травмы, глубину травмы и кинетическую энергию, применяемую к мозгу. Это дает следователям возможность применять весь спектр TBI к конкретным областям мозга. Это также позволяет наибольшее воспроизводимость от эксперимента к эксперименту.

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

Протокол

Все процедуры были одобрены Комитетом по институциональному уходу и использованию животных Северо-Западного университета. Мыши C57BL/6 были приобретены в лаборатории Джексона и группы, размещенные на барьерном объекте в Центре сравнительной медицины Северо-Западного университета (Чикаго, IL). Все животные были размещены в 12/12 ч свет / темный цикл с бесплатным доступом к пище и воде.

1. Индуцировать анестезию

  1. Анестезируемую мышь кетамин (125 мг/кг) и ксилазин (10 мг/кг) вводят интраперитоне.

2. Признаки жизнедеятельности, контролирующие каждые 15 мин.

  1. Мониторинг температуры, частоты дыхания и цвета кожи. Мышь должна чувствовать себя теплой на ощупь. Кожа должна выглядеть розовой и хорошо проникнутой. Дыхательная частота должна варьироваться 50-70 вдохов в минуту.

3. Предоперационные процедуры

  1. Взвесьте всех мышей за день до индукции травмы.
  2. Стерилизовать один набор хирургических инструментов путем автоклавирования для каждого экспериментального предмета. Стерилизовать ударное устройство перед использованием.
  3. Подготовьте клетку спасения путем устанавливать чистую клетку над электрической пусковой панелью грела установленной к «низкой» установке и расположена в образе так, что мыши могут двинуть далеко от жары раз амбулаторное.
  4. Настройка операционной в стерилизованном ламинарном капоте.
    1. Расположите стереотаксическая операционная рама.
    2. Прикрепите ударное устройство к стереотаксической раме.
    3. Установите устройство активации с желаемыми биомеханическими параметрами для скорости и времени пребывания.
      ПРИМЕЧАНИЕ: В этом протоколе описана тяжелая черепно-мозговая травма, используя наконечник удара диаметром 3 мм с помощью краниэктомии диаметром 5 мм со скоростью, установленной на уровне 2,5 м/с, и временем пребывания 0,1 с. Широкий спектр биомеханических параметров может быть использован для индуцирования полного спектра TBI.
  5. Дон новое средства индивидуальной защиты и стерильные перчатки.
  6. Бритьмеха с оперативного участка с помощью электрических клиперов.
  7. Нанесите защитную окутину для глаз мыши, чтобы предотвратить повреждение роговицы и сушки.
  8. Поместите мышь в операционную.
  9. Подготовите кожу с йод на основе хирургического скраб чередовались с алкоголем в три раза.

4. Применение контролируемого коркового воздействия

  1. Разрезайте кожу головы 1 см в средней линии скальпелем, обнажающим череп.
  2. Расположите мышь в стереотаксической операционной раме, закрепив двусторонние височные кости между миниатюрными ушными прутьями и зафиксировав резцы в зажиме резца, создавая стабильную трехточечную удерживание на голове мыши.
  3. Убирать кожу головы от оперативного сайта с hemostat или блокировки щипцвы, чтобы обеспечить кожу головы не вступает в контакт с дрель бит во время краниэктомии.
  4. Определите сагиттальные и корональные швы на открытом черепе.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол центров краниэктомии 2 мм слева от сагиттального шва и 2 мм ростральной к коронарному шву.
  5. Выполните краниэктомии с помощью сверла с трефина сверла бит.
    1. Для выполнения краниэктомии сначала активируйте сверло на максимальной скорости, а затем нанесите трефинстрина сверла перпендикулярно черепу в месте краниэктомии.
    2. Применить нежный, даже давление на сверло, как только контакт сделан с черепом. Небольшое "дать" будет ощущаться, как только дрель проникает через череп. Не проникайте в дюру.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол использует 5 мм трефина сверло бит для выполнения краниэктомии.
  6. Используйте щипцы и небольшой калибровочных подкожной иглы, чтобы удалить костной лоскут, полностью подвергая основной dura матер.
  7. Поверните наконечник удара в оперативное поле и опустите его до тех пор, пока он не соприкасается с открытой матер омра. Как только контакт сделан датчик контакта прибора сделает звуковой тон для того чтобы предупредить хирурга что контакт был сделан. Это будет означать нулевую точку, с которой установлена глубина деформации.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол использует 3 мм удара кончик для создания тяжелой травмы. Советы, как малые, как 1 мм могут быть использованы для применения более локализованных травм.
  8. Удалите ударный наконечник и установите нужную глубину удара, понизив положение удара на стереотаксической раме.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В этом протоколе мы описываем тяжелую травму, установив глубину деформации до 2 мм.
  9. Примените травму, активируя ударный удар на актуативном устройстве.
  10. Поверните ударное устройство из поля и удалите животное из стереотаксической рамы.

5. Закрытие хирургического участка

  1. Контролируйте кровотечение из черепа и поврежденной корковой поверхности с прямым давлением стерильного хлопка наконечником аппликатора.
  2. Сухой череп с стерильным хлопком наконечником аппликатора.
  3. Закройте кожу головы над краниэктомии с помощью коммерчески доступных хирургических клей или монофиломлята шов.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В этом протоколе ветеринарный хирургический клей используется для закрытия кожи головы. Костной лоскут не заменяется и отбрасывается.

6. Послеоперационный уход и мониторинг

  1. Администрирование послеоперационной анальгезии (например, устойчивый высвобождение бупренорфина 0,1-0,5 мг/кг, вводимого подкожно, обеспечивая 72 ч устойчивой аналгезии).
  2. Поместите животное в боковое положение восстановления decubitus в чистую предварительно разогретую клетку.
  3. Наблюдайте за животными до пробуждения и передвижной, а затем верните каждую мышь в свою домашнюю клетку.
  4. Обеспечить свободный доступ к пище и воде. Нормальное потребление пищи и воды обычно возобновляется в течение одного-двух часов после травмы.
  5. Измеряйте массу тела каждые три дня на протяжении всего эксперимента.

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

Результаты

Ударный удар устанавливается непосредственно на стереотаксической раме, что позволяет сделать разрешение до 10 мкм для контроля точки удара, глубины и проникновения. Используемые электромагнитные силы могут придать скорости удара в диапазоне 1,5-6 м/с. Это обеспечивает беспрецедентную точность и воспроизводимость по всему спектру клинически значимых ТБИ. Исследователи могут проводить пилотные эксперименты, изменяя параметры травмы, такие как размер наконечника удара, скорость удара и глубина удара, чтобы определить парам...

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

Обсуждение

Есть несколько шагов, которые имеют решающее значение для применения надежной и последовательной травмы. Во-первых, мышь должна достичь глубокой плоскости хирургической анестезии, не обеспечивая движения во время выполнения краниэктомии. Хотя многочисленные анестезии могут быть использованы для индуцирования общей анестезии у грызунов, анестезии, которые вызывают дыхательную депрессию, такие как ингаляционная анестезия может привести к остановке дыхания в сочетании с тяжелой ТБИ. Этот протокол использует кетамин (125 мг/...

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

Раскрытие информации

У авторов нет финансовых конфликтов интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения Грант GM117341 и Американский колледж хирургов C. Джеймс Каррико научно-исследовательского стипендий S.J.S.

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

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
AnaSed Injection Xylazine Sterile SolutionLLOYD, Inc.
Бупренорфин SR Lab 0,5 мг/млZoopharm-Wildlife Pharmaceuticals СШАBSRLAB0,5-182012
Высокоскоростной роторный микромотор KiT0Foredom Electric CompanyK.1070
Imapact one для Stereotaxix CCILeica Biosystems Nussloch GmbH39463920
Кетатезия Кетамин гидрохлорид для инъекций USP HenrySchein, Inc56344
Стереотаксическая база для мышейLeica Biosystems Nussloch GmbH39462980
трепаны для микросверлаFine Science Tools, Inc18004-50
5939911020

Ссылки

  1. Faul, M. Traumatic Brain Injury in the United States: Emergency Department Visits, Hospitalizations and Deaths 2002-2006. , Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Injury Prevention and Control. Atlanta (GA). (2010).
  2. Roozenbeek, B., Maas, A. I., Menon, D. K. Changing patterns in the epidemiology of traumatic brain injury. Nature Reviews Neurology. 9 (4), 231-236 (2013).
  3. Corso, P., Finkelstein, E., Miller, T., Fiebelkorn, I., Zaloshnja, E. Incidence and lifetime costs of injuries in the United States. Injury Prevention. 12 (4), 212-218 (2006).
  4. Pearson, W. S., Sugerman, D. E., McGuire, L. C., Coronado, V. G. Emergency department visits for traumatic brain injury in older adults in the United States: 2006-08. Western Journal of Emergency Medicine. 13 (3), 289-293 (2012).
  5. Whitlock, J. A. Jr, Hamilton, B. B. Functional outcome after rehabilitation for severe traumatic brain injury. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 76 (12), 1103-1112 (1995).
  6. Schwarzbold, M., et al. Psychiatric disorders and traumatic brain injury. Neuropsychiatric Disease and Treatment. 4 (4), 797-816 (2008).
  7. Whelan-Goodinson, R., Ponsford, J., Johnston, L., Grant, F. Psychiatric disorders following traumatic brain injury: their nature and frequency. Journal of Head Trauma Rehabilitation. 24 (5), 324-332 (2009).
  8. Peskind, E. R., Brody, D., Cernak, I., McKee, A., Ruff, R. L. Military- and sports-related mild traumatic brain injury: clinical presentation, management, and long-term consequences. Journal of Clinical Psychiatry. 74 (2), 180-188 (2013).
  9. Martin, L. A., Neighbors, H. W., Griffith, D. M. The experience of symptoms of depression in men vs women: analysis of the National Comorbidity Survey Replication. JAMA Psychiatry. 70 (10), 1100-1106 (2013).
  10. Makinde, H. M., Just, T. B., Cuda, C. M., Perlman, H., Schwulst, S. J. The Role of Microglia in the Etiology and Evolution of Chronic Traumatic Encephalopathy. Shock. 48 (3), 276-283 (2017).
  11. Belanger, H. G., Vanderploeg, R. D., McAllister, T. Subconcussive Blows to the Head: A Formative Review of Short-term Clinical Outcomes. Journal of Head Trauma Rehabilitation. 31 (3), 159-166 (2016).
  12. Carman, A. J., et al. Expert consensus document: Mind the gaps-advancing research into short-term and long-term neuropsychological outcomes of youth sports-related concussions. Nature Reviews Neurology. 11 (4), 230-244 (2015).
  13. Kramer, S. P. A Contribution to the Theory of Cerebral Concussion. Annals of Surgery. 23 (2), 163-173 (1896).
  14. Lighthall, J. W. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model. Journal of Neurotrauma. 5 (1), 1-15 (1988).
  15. Dixon, C. E., Clifton, G. L., Lighthall, J. W., Yaghmai, A. A., Hayes, R. L. A controlled cortical impact model of traumatic brain injury in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 39 (3), 253-262 (1991).
  16. Schwulst, S. J., Trahanas, D. M., Saber, R., Perlman, H. Traumatic brain injury-induced alterations in peripheral immunity. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 75 (5), 780-788 (2013).
  17. Trahanas, D. M., Cuda, C. M., Perlman, H., Schwulst, S. J. Differential Activation of Infiltrating Monocyte-Derived Cells After Mild and Severe Traumatic Brain Injury. Shock. 43 (3), 255-260 (2015).
  18. Makinde, H. M., Cuda, C. M., Just, T. B., Perlman, H. R., Schwulst, S. J. Nonclassical Monocytes Mediate Secondary Injury, Neurocognitive Outcome, and Neutrophil Infiltration after Traumatic Brain Injury. Journal of Immunology. 199 (10), 3583-3591 (2017).
  19. Thompson, H. J., et al. Lateral fluid percussion brain injury: a 15-year review and evaluation. Journal of Neurotrauma. 22 (1), 42-75 (2005).
  20. Marmarou, A., et al. A new model of diffuse brain injury in rats. Part I: Pathophysiology and biomechanics. Journal of Neurosurgery. 80 (2), 291-300 (1994).
  21. Reneer, D. V., et al. A multi-mode shock tube for investigation of blast-induced traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 28 (1), 95-104 (2011).
  22. Ma, X., Aravind, A., Pfister, B. J., Chandra, N., Haorah, J. Animal Models of Traumatic Brain Injury and Assessment of Injury Severity. Molecular Neurobiology. , (2019).
  23. Makinde, H. M., et al. Monocyte depletion attenuates the development of posttraumatic hydrocephalus and preserves white matter integrity after traumatic brain injury. PLoS One. 13 (11), e0202722(2018).
  24. Osier, N. D., Dixon, C. E. The Controlled Cortical Impact Model: Applications, Considerations for Researchers, and Future Directions. Frontiers in Neurology. 7, 134(2016).
  25. Iaccarino, C., Carretta, A., Nicolosi, F., Morselli, C. Epidemiology of severe traumatic brain injury. Journal of Neurosurgical Sciences. 62 (5), 535-541 (2018).

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

Перепечатки и разрешения

Теги

Модель Murine контролируемого кортикического воздействия для индукции травматического повреждения головного мозга
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.