Индуцирование посттравматической эпилепсии в мышиной модели повторяющихся диффузных травматических травм головного мозга
February 10th, 2020
Этот систематический протокол описывает новую модель животных посттравматической эпилепсии после повторяющихся легкой черепно-мозговой травмы. Первая часть детали шаги для индукции черепно-мозговой травмы с использованием модифицированной модели падения веса. Вторая часть содержит инструкции по хирургическому подходу к одно- и многоканальным системам получения электроэнцефалографических данных.
Наш протокол является первым подробно мыши модель посттравматического эпилепсии индуцированных легкой черепно-мозговой травмы. Использование легкой диффузной модели черепно-мозговой травмы имитирует важный аспект патологии человеческой черепно-мозговой травмы, которая почти всегда имеет рассеянный компонент. Для разработки биомаркеров и методов лечения необходимы исследования с использованием моделей, которые надлежащим образом воспроизводят аспекты патологии человека.
Наша модель черепно-мозговой травмы также имеет потенциал, чтобы обеспечить понимание механизмов, которые вызывают ухудшение функции мозга после легкой черепно-мозговой травмы или сотрясения мозга. После подтверждения отсутствия реакции на болевой рефлекс, поместите мышь на пену площадку и положение головы мыши под трубку падения веса. Поместите плоский 1,3 сантиметра диаметром один миллиметр толщиной 880 миллиграммов вес диска из нержавеющей стали в центре головы животного между глазами и ушами.
Удалите штифт в трубке падения веса, чтобы освободить 100-граммовый вес стержня с высоты 50 сантиметров. Чтобы вызвать фиктивную травму у контрольных мышей, удалите штангу из трубки, чтобы предотвратить случайное высвобождение булавки во время падения веса. После индукции падения веса, поместите животное на спину на грелку, покрытую стерильным поли выстроились абсорбционное полотенце с мониторингом до полной лежачих.
Затем поместите мышь в чистую клетку, которая была подогрета на грелке с гелем восстановления и несколько увлажненной кусочки чау в течение 45 минут. Для подготовки хирургического поля для имплантации ЭЭГ электрода поместите датчик температуры на площадку и поместите повторно анестезированную мышь с повреждениями головного мозга на стерильную драпировку поверх грелки на стереотаксическом аппарате. После фиксации головы на месте с ушными прутьями, нанесите смазочковую мазь на глаза животного и используйте крем для удаления волос с головы.
Дезинфицировать обитаемую кожу тремя 20-секундными переменными тампонами из пувиденовой йода хирургическим антисептическим раствором и 70%-ным этанолом круговыми движениями. После удаления кожи головы нанесите небольшие гемостаты на открытые границы кожи, чтобы расширить открытую область. Затем используйте скальпель, чтобы аккуратно удалить периостей и мазок черепа с перекисью водорода.
Когда череп очищается от ткани и проявляет беловатый вид, высушите кость стерильной марлей или тампоном. Для имплантации электродов используйте высокоскоростную дрель с круглым стальным битом 0,5 миллиметра при 5 000-6000 оборотов в минуту, чтобы создать шесть отверстий заусенцев для винтовых электродов. Когда все отверстия были просверлены, поместите шесть винтовых электродов в отверстия заусенцев и смешайте половину совок зубного цементного порошка с несколькими каплями растворителя.
Используйте шпатель, чтобы перемешать, пока зубной цементной смеси липкий, но податливый и достаточно жесткой, чтобы быть должным образом конденсируется при размещении на черепе животного. Нанесите цемент на всю выставленную поверхность черепа и каждый винтовой электрод. Через одну-две минуты включите припой железа и поместите три ЭЭГ голову горе в стереотаксическом держатель руку.
Располагаем головной крепление над черепом так, чтобы шесть позиций свинца провода соответствовали положению провода свинца каждого винтового электрода. Опустите устройство так, чтобы его вентраловая часть покоиться поверх зубного цемента. Твист проволоки каждого свинца от каждого винта электродов с соответствующим проводом свинца головы горе, припой каждой витой пары проводов для надлежащей проводимости сигнала и использовать ножницы для обрезки любой избыток провода.
Согните каждую припойную пару проводов ведет вокруг головы крепления. Когда все пары были согнуты, покрыть все провода со свежим зубным цементом оставив только черную часть головы горе подвергаются. Отпустите гемостаты, держащие лоскуты кожи и нанесите хлоргексидин антисептик в область вокруг имплантата, чтобы избежать инфекции.
Затем перенесите животное из аппарата на баланс, чтобы измерить вес животного в качестве эталона для будущего мониторинга, прежде чем поместить животное в чистую клетку на теплую грелку с мониторингом, геля для восстановления и нескольких увлажневшихся кусочков чау. На этой цифре, спонтанный захват в мыши 97 дней после повторного падения веса черепно-мозговой травмы, записанные с помощью трех ЭЭГ голову установлен, как показано на этом видео-протокол показано. Здесь показан спонтанный неудорожный электрографический припадок, зарегистрированный у мыши через 65 дней после повторной черепно-мозговой травмы.
На этом рисунке, спонтанный захват в мыши 23 дней после повторного падения веса черепно-мозговой травмы был записан с помощью одного ЭЭГ голову горе. Спектральная сила типичного захвата указывает на самую высокую плотность, чтобы быть в диапазоне от 10 до 40 герц с пиком в 15 герц. Этот протокол демонстрирует сроки начала захвата у животных после повторяющихся травмы падения веса черепно-мозговой травмы, демонстрируя частоту захвата кластеризации у некоторых животных и подчеркивая важность приобретения непрерывных, а не прерывистых записей.
Правильное размещение стального диска, тщательная имплантация винтовых электродов и тщательный припой проводных проводов имеют решающее значение для успешного долгосрочного эксперимента. После мониторинга ЭЭГ, животные с черепно-мозговой травмой, которые развиваются судороги могут быть стратифицированы из тех, которые не для последующего анализа их клеточных, молекулярных и физиологических различий. Для стратификации животных с посттравматической эпилепсией от тех, которые несут черепно-мозговую травму, но не развиваются судороги имеет решающее значение для развития вмешательств и биомаркеров.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Обзор
Этот протокол описывает новую модель посттравматической эпилепсии у мышей, вызванную легкой черепно-мозговой травмой. Он подробно излагает индукцию черепно-мозговой травмы с использованием модифицированной модели падения груза и предоставляет инструкции для сбора электроэнцефалографических данных.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Черепно-мозговая травма
- Электрофизиология
Предпосылки
- Посттравматическая эпилепсия является значимой последствием черепно-мозговой травмы.
- Легкая черепно-мозговая травма часто имеет диффузную компоненту, аналогичную человеческой патологии.
- Модель исследования необходима для разработки биомаркеров и методов лечения.
- Эта модель направлена на выяснение механизмов нарушения функций мозга после травмы.
Цель исследования
- Создать надежную модель животных для изучения посттравматической эпилепсии.
- Имитировать условия черепно-мозговой травмы у людей.
- Способствовать исследованиям потенциальных методов лечения и биомаркеров.
Использованные методы
- Индукция легкой черепно-мозговой травмы с использованием метода падения груза.
- Размещение диска из нержавеющей стали на голове мыши для индукции травмы.
- Сбор электроэнцефалографических данных для мониторинга активности мозга.
- Оценка болевых рефлексов для обеспечения правильной индукции травмы.
Основные результаты
- Успешная индукция посттравматической эпилепсии в модели мыши.
- Разработка протокола для сбора данных в электроэнцефалографии.
- Представление о механизмах нарушения функций мозга после травмы.
- Потенциал для будущих исследований биомаркеров и стратегий лечения.
Выводы
- Эта модель предоставляет ценный инструмент для изучения посттравматической эпилепсии.
- Она точно имитирует условия черепно-мозговой травмы у людей.
- Дальнейшие исследования могут привести к прогрессу в лечении и пониманию состояния.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
This model addresses a critical gap in preclinical epilepsy research by enabling study of diffuse traumatic brain injury without focal lesions, mirroring the majority of human TBI cases. It supports target validation and mechanistic de-risking for anti-epileptogenic interventions by providing a reproducible system to study epileptogenesis after mild, repetitive injury. The latency period and spontaneous seizure phenotype allow for longitudinal biomarker screening and therapeutic window assessment in a disease-relevant system.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses in diffuse TBI-induced epileptogenesis without confounding focal lesions.
- Operational Value: Provides a disease-relevant system for functional target validation and pathway clarification in acquired epilepsy.
- Predictive Value: Supports predictive confidence by modeling human-like latency and spontaneous seizure onset after mild injury.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates quantifiable electrographic seizure endpoints (10–40 Hz spectral power, peak at 15 Hz) for compound screening.
- Reproducibility: Standardized weight drop parameters (100g from 50cm) and electrode placement enable consistent seizure induction across cohorts.
- Scalability: Continuous video-EEG monitoring supports longitudinal assessment of seizure burden and clustering for therapeutic response evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Mirrors human PTE latency and seizure semiology, supporting biomarker alignment and preclinical validation.
- Mechanistic De-risking: Allows stratification of epileptic vs. non-epileptic TBI animals for mechanistic analysis of impairment and intervention response.
- Risk-Adjusted Advancement: Enables evaluation of disease-modifying effects rather than acute seizure suppression, reducing late-stage biological risk.
Pipeline & Workflow Integration
The model fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, particularly for disease-modifying anti-epileptogenic strategies.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of epileptogenic pathways following diffuse, non-lesional TBI.
- Screening: Enables assay development using continuous EEG readouts to quantify seizure incidence, duration, and spectral features.
- Analytics: Provides quantitative dependent variables (seizure onset latency, clustering, power spectra) for comparing genetic, pharmacological, or environmental conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical validation via latency-period monitoring and spontaneous convulsive/non-convulsive seizure phenotypes.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for chronic epilepsy modeling across genetic backgrounds and injury paradigms.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in PTE etiology by isolating diffuse injury as a sufficient trigger for epileptogenesis.
- Operational Value: Standardizes surgical and induction procedures (disc placement, burr hole patterning, electrode soldering) for cross-site reproducibility.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by identifying compounds that modify epileptogenesis rather than merely suppress seizures.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates based on disease-modifying potential in a clinically reflective model.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotactic surgery, EEG electrode implantation, and soldering techniques for reliable signal acquisition.
- Dependent on precise instrumentation: weight drop tube, high-speed drill (0.5mm bit, 5,000–6,000 RPM), and multi-channel EEG acquisition systems.
- Necessitates cross-team standardization of postoperative care protocols (heating pads, recovery gel, monitoring) to minimize variability in seizure latency.
- Adaptation considerations include model scalability to rat systems or alternative injury modalities while preserving diffuse injury characteristics.
- Practical limitations include surgical morbidity risk and the need for months-long monitoring, demanding sustained animal care and data management infrastructure.
