Controlled Cortical Impact-Modell für traumatische Hirnverletzung

Zusammenfassung

Traumatic brain injuries (TBIs) remain a serious health problem. Using the controlled cortical impact surgery model, research on the effects of TBI and possible treatment methods may be performed.

Zusammenfassung

Every year over a million Americans suffer a traumatic brain injury (TBI). Combined with the incidence of TBIs worldwide, the physical, emotional, social, and economical effects are staggering. Therefore, further research into the effects of TBI and effective treatments is necessary. The controlled cortical impact (CCI) model induces traumatic brain injuries ranging from mild to severe. This method uses a rigid impactor to deliver mechanical energy to an intact dura exposed following a craniectomy. Impact is made under precise parameters at a set velocity to achieve a pre-determined deformation depth. Although other TBI models, such as weight drop and fluid percussion, exist, CCI is more accurate, easier to control, and most importantly, produces traumatic brain injuries similar to those seen in humans. However, no TBI model is currently able to reproduce pathological changes identical to those seen in human patients. The CCI model allows investigation into the short-term and long-term effects of TBI, such as neuronal death, memory deficits, and cerebral edema, as well as potential therapeutic treatments for TBI.

Einleitung

Schädel-Hirn-Trauma (SHT) wird als eine Veränderung in der Gehirnfunktion, oder andere Anzeichen von Gehirnpathologie, durch eine äußere Kraft ¹ verursacht wird. TBIs bleiben ein ernsthaftes Gesundheitsproblem in der ganzen Welt, insbesondere in den Vereinigten Staaten. Nach Angaben der Centers for Disease Control and Prevention, werden mindestens 1,7 Millionen TBIs jährlich in den Vereinigten Staaten, was zu 30,5% aller Verletzungen im Zusammenhang mit Todesfällen. Im Jahr 2000 werden die direkten medizinischen Kosten und indirekten Kosten betrugen TBIs einen geschätzten $ 76500000000 in den Vereinigten Staaten allein. Obwohl technologische und therapeutische Fortschritte in der vergangenen Jahrzehnte haben die Qualität und Länge des Lebens für die Leiden von TBIs verbessert, keine wirksame pharmazeutische oder vorbeugende Behandlungen derzeit existieren. Aufgrund der Komplexität und weitreichenden Auswirkungen der TBIs, einschließlich Gewebeläsionen, Zelltod und Axon-Degeneration sind keine zwei identischen Verletzungen; dann keinen Strom TBI Modell für Tiere reproduziertalle Aspekte der TBI in den Menschen gesehen. Allerdings Tiermodellen nicht bieten die Möglichkeit, nahezu identische Verletzungen notwendig, verschiedene Effekte der TBI mit der Hoffnung auf weitere Verständnis der klinischen Manifestationen der TBIs untersuchen zu produzieren.

Die kontrollierte kortikale Auswirkungen (CCI)-Modell verwendet einen Einfluss auf physikalische System Auswirkungen auf die freigelegte Dura eines Tieres liefern. Es induziert TBIs reicht von leichten bis schweren ähnlich denen von Menschen erlebt. Diese Verletzung wurde im Frettchen ² gekennzeichnet und später zur Verwendung bei der Ratte ^3,4, Maus ^5-7 und Schafen ⁸ angepasst. Da die erste Charakterisierung der Verletzungsstelle wurde sowohl über der Mittellinie und ^2,9 lateralen Kortex ¹⁰ angeordnet. CCI bietet eine einfache und genaue Methode zur Untersuchung der Wirkungen und mögliche Behandlungen für TBIs.

Neben der CCI-Modell, der Flüssigkeit Percussion und Gewichtsabfall Modelle sind Commonly zur TBIs zu produzieren. Allerdings sind diese Modelle vorhanden Einschränkungen, einschließlich weniger Kontrolle über Schädigungsparameter, Herstellung histopathalogical Änderungen nicht in der menschlichen TBIs gesehen, und größere Häufigkeit von Unfalltod in Mäusen ^3,5,10. Die Druckwelle Modell wird auch verwendet, um TBIs zu produzieren. Obwohl die Druckwelle Modell nicht die histopathalogical Veränderungen erlebt reproduzieren nach einer mechanischen Aufprall, wird dieses Modell genau produzieren TBIs insbesondere von Militärpersonal ¹¹ erlebt. Die kontrollierte kortikale Wirkungsmodell ist einfach, durch die präzise Kontrolle über Verformungsparameter wie Zeit, Geschwindigkeit und Tiefenwirkung ⁵ zu steuern. Solche Genauigkeit macht fast identisch replizieren Verletzungen über eine ganze Gruppe von Tieren mehr durchführbar ist. Am wichtigsten ist, CCI reproduziert TBIs mit Funktionen im menschlichen TBIs ¹² zu sehen. Allerdings gibt es keine einzige Tiermodell, das bei der Wiedergabe das komplette Spektrum der pathologischen chan ganz erfolgreich istges nach SHT beobachtet. Weitere Forschung ist notwendig, um die akuten und chronischen Veränderungen, die nach SHT auftreten vollständig offenbaren.

Zwei Arten von Verletzungen auftreten, nach einer TBI: primäre und sekundäre Verletzungen. Die primäre Verletzung tritt im Moment des Aufpralls und nicht empfindlich auf therapeutische Behandlungen; jedoch die sekundäre Verletzungen, die nach der ursprünglichen Verletzung bestehen unterliegen Behandlungen ^13. Die kontrollierte kortikale Wirkungsmodell erzeugt die Primärverletzung, so dass die Forscher die Auswirkungen der TBI und potenzielle therapeutische Behandlungen für die potentiell langfristige Auswirkungen von Sekundärschäden zu untersuchen. Potenziale der Forschung mit dem CCI-Modell gehören neuronalen Tod, Hirnödem, Neurogenese, vaskuläre Effekte, histopathalogical Änderungen und Gedächtnisdefizite und mehr ^3,13-16.

Protokoll

Tierpflege
Männlich C57 BL / 6 Mäuse wurden in Gruppen untergebracht und in 12/12 Stunden Licht / Dunkel-Zyklus gehalten mit frei, um Nahrung und Wasser ad libitum zugreifen. Die in diesem Protokoll verwendeten Tiere waren 10-12 Wochen alt. Alle Verfahren wurden unter Protokolle, die von Animal Care und Verwenden Ausschuss genehmigt Indiana University durchgeführt.

1. Chirurgische Vorbereitung

1. Betäuben die Maus mit einer Ketamin / Xylazin-Mischung (87,7 mg / ml Ketamin und 12,3 mg / ml Xylazin) und Verwalten (1 ml / kg) über die IP-Injektion.
2. Rasieren Sie den Kopf der Maus zwischen den Ohren.
3. Anwenden eines Erdölbasis Gelee zu den Augen der Maus Austrocknen während der Operation zu verhindern.
4. Reinigen Sie den rasierten Bereich mit 10% Jod. Dann nutzen Sie 70% Ethanol zu reinigen Sie die Jod.
5. Befestigen Sie die Maus den Kopf in den stereotaktischen Rahmen mit den Ohr Bars und Bissplatte. Stellen Sie sicher, das Gehirn ist stabil.

2. Craniectomy

1. Machen Sie einen Längsschnitt in der Mitte des Kopfes mit einer Schere. Verwenden Sie eine Gefäßklemme an der Haut weg auf die linke Seite zu halten.
2. Verwenden Sie ein Wattestäbchen, um die Blut-und Gewebe auf dem Knochen, den Schädel freizulegen. Lassen ausgesetzt Schädel 1 min trocknen.
3. Verwenden einer Pinzette, um Druck auszuüben und sicherzustellen, dass der Schädel unbeweglich bleibt. Identifizieren anatomischen Landmarken Lambda (kaudal) und Bregma (Frontalansicht). Zeichnen Sie einen Kreis in der Mitte des Lambda und Bregma mit einem Durchmesser von 4 mm und 0,5 mm von der Mittellinie.
4. Mit einem Bohrer, um entlang der markierten Kreis geschnitten. Blasen Sie sanft Knochenstaub entfernt. Bohren Sie nicht vollständig durch den Knochen schädigen die Dura mater zu verhindern.
5. Verwenden einer Pinzette, um Knochen zu entfernen und setzen die Dura mater.

3. Impaktion

Die Auswirkungen System umfasst ein Steuerfeld, um Auswirkungen Parameter eingestellt, ein Stellglied, um den Aufprall durchzuführen, und einen stereotaktischen Rahmen, um den Akt zu sichernuator und Mauskopf für Auswirkungen.

1. Voreingestellte die Geschwindigkeit des Antriebs bis 3 m / sec vor der Operation.
2. Voreingestellte unterschiedlichen Verformungstiefe, verschiedene Schweregrade Verletzungen verursachen. Deformationstiefen von 0,0-0,2 mm, 0,5-1,0 mm und 1,2-2,0 mm würde, mild, moderat und schwerem SHT führen sind. Dieses Protokoll erläutert, wie man einen mäßig schwerer Hirnverletzung mit einer Verformungstiefe von 1 mm unter Verwendung einer Geschwindigkeit von 3 m / sec zu erreichen.
3. Befestigen Sie den Antrieb an den Halter in der stereotaktischen Rahmen und mit den Mikromanipulatoren Verschieben in die runde, flache Spitze des Aktors (Durchmesser 3 mm) in der Mitte der offenen Schädelbereich zu sichern. Dann passen Sie die Spitze in einem Winkel parallel zur Oberfläche des Aufprallstelle.
4. Stellen Sie den Nullpunkt, indem Sie den Antrieb in der Verlängerung Modell, bis die Spitze die Oberfläche der Einschlagstelle berührt. Dann stellen Sie den Z-Kanal auf dem stereotaktischen Bedienfeld auf Null.
5. Fahren Sie die Schlagspitzewährend gleichzeitig bewegt den Antrieb ab 1 mm.
6. Drücken Sie die Taste, um die Auswirkungen Verletzungsstelle zu schlagen und erreichen eine Verformungstiefe von 1 mm.

4. Verletzungsstelle Verschluss

1. Verwenden Sie Wattestäbchen, um das Blut nach dem Aufprall zu entfernen, aber die Verletzung Bereich nicht berühren.
2. Legen Sie die Maus auf einer warmen Unterlage, um die Körpertemperatur aufrecht zu erhalten.
3. Sobald Blutung aufgehört hat, zu nähen die Wunde geschlossen ist. Setzen Sie das Tier zurück in den Käfig sauber und lassen Sie es von der Operation über Nacht auf dem warmen Unterlage zu erholen.
4. Verwalten Buprenorphin 0,05-0,10 mg / kg jeden SQ 8-12 h für 2 Tage nach der Operation.

Ergebnisse

Die kontrollierte kortikale Wirkungsmodell produziert TBIs reichen im Schweregrad von leicht bis schwer. Post-Einfluss die Höhe der Schädel Schwellungen, Blutungen und Hirn Verzerrung an der Einschlagstelle wird die Schwere der Verletzungen von der Geschwindigkeits-und Verformungstiefe Parameter resultieren, zu offenbaren. Mild TBIs führen Schädel Schwellung an der Einschlagstelle und leichte Blutungen aufgrund der begrenzten Dauer Verletzung. Eine moderate TBI zeigt Hirnschwellung und erhöhte Blutungs wegen Verlet...

Diskussion

Die wichtigsten Schritte für die erfolgreiche Erzeugung konsequente TBIs mit einem elektronischen Magnet Auswirkungen System, um eine CCI verursachen, sind: 1) stabil Fixierung der Maus den Kopf in den stereotaktischen Rahmen; 2) Erzeugen der gleichen Größe des Knochenfensters zwischen Mäusen und Entfernen der Knochen, ohne die Dura unter ihm während craniectomy; 3) die korrekte Positionierung der Schlagspitze in der Mitte der Freifläche und die Gründung der Nullpunkt, bevor er auf.

E...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Povidone-iodine 7.5%	Purdue product L.P.		Surgical scrub
Cotton tipped applicators	Henry Schein	100-6015	Remove blood and debris
Scissor	Fine Science Tools	14084-08	Surgery
Forcept	Fine Science Tools	11293-00	Surgery
Hemostat	Fine Science Tools	13021-12	Surgery
Rechargeable Cordless Micro Drill	Stoelting	58610	Combine with Burrs for generating the bone window
Burrs for Micro Drill	Fine Science Tools	19007-05
Suture monofilament	Ethicon	G697	Suture
tert-Amyl alcohol	Sigma	152463-250ML	Making 2.5% Avertin
2,2,2-Tribromoethanol	Sigma	T48402-25G	Making 2.5% Avertin