Induction de lésion diffuse du cerveau axonal chez les rats basés sur l’accélération rotationnelle

Summary

Ce protocole valide un modèle de rongeur fiable, facile à exécuter et reproductible de lésions axonales diffuses cérébrales (DAI) qui induit des dommages à la matière blanche généralisée sans fractures du crâne ou contusions.

Abstract

Les lésions cérébrales traumatiques (TBI) sont une cause majeure de décès et d’invalidité. Les dommages axonaux diffus (DAI) sont le mécanisme prédominant de blessure dans un grand pourcentage de patients TBI nécessitant une hospitalisation. DAI implique des dommages axonaux répandus de secousses, de rotation ou de dommages de souffle, menant à des dommages rapides d’étirement axonal et aux changements axonaux secondaires qui sont associés à un impact durable sur la récupération fonctionnelle. Historiquement, les modèles expérimentaux de DAI sans blessure focale ont été difficiles à concevoir. Ici, nous validons un modèle de rongeur simple, reproductible et fiable de DAI qui cause des dommages répandus de matière blanche sans ruptures de crâne ou contusions.

Introduction

Les lésions cérébrales traumatiques (TBI) sont une cause majeure de décès et d’invalidité aux États-Unis. Les TBI contribuent à environ 30 % de tous les décès liés aux blessures^1,2. Les principales causes de l’IDT diffèrent d’un groupe d’âge à l’autre et comprennent les chutes, les collisions à grande vitesse pendant les sports, l’automutilation intentionnelle, les accidents de la route et les agressions^1,2,3.

Brain diffuse axonal injury (DAI) is a specific type of TBI induced by rotational acceleration, shaking or blast injury of the brain resulting from unrestricted head movement in the instant after injury^4,5,6,7,8. DAI implique des dommages axonaux répandus menant à une déficience neurologique de longue durée qui est associée à de mauvais résultats, les coûts de soins de santé lourds, et un taux de mortalité de 33-64%^{1,2,4,5,9,10,11}. Malgré des recherches récentes importantes sur la pathogénie de DAI, il n’y a pas eu de consensus sur les meilleures options de traitement^11,12,13,14.

Au cours des dernières décennies, de nombreux modèles expérimentaux ont tenté de reproduire avec précision différents aspects de DAI^11,12,15,16. Cependant, ces modèles ont des limites étant donné la présentation unique de DAI par rapport à d’autres blessures focales. Ces modèles antérieurs causent non seulement des dommages axonaux dans les régions de matière blanche mais entraînent également des lésions cérébrales focales. Cliniquement, DAI est accompagnée de micro-hémorragies, qui peuvent constituer une cause majeure de dommages à la matière blanche.

Il est démontré que seulement deux modèles animaux reproduisent les principales caractéristiques cliniques de l’IDD. Gennarelli et ses collègues ont produit le premier dispositif latéral de rotation de la tête en 1982, en utilisant l’accélération rotationnelle de la tête non-modifiée pour induire le coma avec DAI dans un modèle de primate non humain¹⁵. Ce modèle de primate a employé la rotation simple commandée pour l’accélération et la décélération pour déplacer la tête par 60 ‘dans 10-20 ms. Cette technique a été capable d’imiter la conscience altérée et les dommages axonaux répandus qui ressemblaient aux effets du TBI grave observé dans les cerveaux humains. Cependant, les modèles de primates sont très chers^4,11,16. Basé en partie sur le modèle précédent, un modèle porcin de l’accélération par rotation des lésions cérébrales a été conçu en 1994 (Ross et al.) avec des résultats similaires¹⁴.

Ces deux modèles animaux, bien qu’ils aient produit différentes présentations de pathologie typique, ont ajouté considérablement aux concepts de pathogénie DAI. La rotation rapide de la tête est généralement acceptée comme la meilleure méthode pour induire DAI, et les rongeurs fournissent un modèle moins coûteux pour les études rapides de rotation de la tête^11,16. Ici, nous validons un modèle simple, reproductible et fiable de rongeur de DAI qui cause des dommages répandus de matière blanche sans ruptures de crâne ou contusions. Ce modèle actuel permettra une meilleure compréhension de la pathophysiologie de dAI et le développement de traitements plus efficaces.

Protocol

Les expériences ont été réalisées à la suite des recommandations des Déclarations d’Helsinki et de Tokyo et des Lignes directrices pour l’utilisation des animaux expérimentaux de la Communauté européenne. Les expériences ont été approuvées par le Comité de soins aux animaux de l’Université Ben-Gourion du Néguev. 1. Préparation des rats à la procédure expérimentale REMARQUE : Sélectionnez des rats Sprague-Dawley mâles adultes pesant 300-350…

Representative Results

Le tableau 1 illustre le calendrier du protocole. Le taux de mortalité dans ce modèle de DAI était de 0%. Un test Mann-Whitney a indiqué que le déficit neurologique était significativement plus grand pour les 15 rats DAI par rapport aux 15 rats simulés à 48 heures après l’intervention (Mdn – 1 vs 0), U – 22,5, p ‘lt; 0.001, r – 0.78 (voir tableau 2). Les données sont mesurées en nombres et sont présentées comme médianes et 25 à 75 percentiles. <p class="jove_content"…

Discussion

Ce protocole décrit un modèle de rongeur de DAI. Dans DAI, l’accélération rotationnelle sur le cerveau provoque un effet de cisaillement qui déclenche des changements axonaux et biochimiques qui conduisent à la perte de la fonction axonale dans un processus progressif. Les changements axonaux secondaires sont produits par une blessure rapide d’étirement axonal et sont variables dans leur étendue et la sévérité^{4,5,10</su…}

Materials

0.01 M sodium citrate	SIGMA – ALDRICH
2.5% normal horse serum	SIGMA – ALDRICH	H0146	Liquid
4 % buffered formaldehyde solution
Anti-Amyloid Precursor Protein, C – terminal antibodyproduced in rabbit	SIGMA – ALDRICH	Lot 056M4867V
biotinylated secondary antibody	Vector	BA-1000-1.5	10 mM sodium phosphate, pH 7.8, 0.15 M NaCl, 0.08% sodium azide, 3 mg/ml bovine serum albumin
bone-cutting forceps
DAB Peroxidase (HRP) Substrate Kit (with Nickel), 3,3’-diaminobenzidine	vector laboratory
embedding cassettes
ethanol 99.9 %	ROMICAL		Flammable Liquid
guillotine
Hematoxylin	SIGMA – ALDRICH	H3136-25G
Hydrogen peroxide solution	Millipore	88597-100ML-F
Isofluran, USP 100%	Piramamal Critical Care, Inc
Olympus BX 40 microscope	Olympus
paraffine	paraplast plus leica biosystem		Tissue embedding medium
phosphate-buffered saline (PBS)	SIGMA – ALDRICH	P5368-10PAK	Contents of one pouch, when dissolved in one liter of distilled or deionized water, will yield 0.01 M phosphate buffered saline (NaCl 0.138 M; KCl – 0.0027 M); pH 7.4, at 25 °C.
Streptavidin HRP	ABCAM	ab64269	Streptavidin-HRP for use with biotinylated secondary antibodies during IHC / immunohistochemistry.
xylene