Controlado Modelo de Impacto cortical de la lesión cerebral traumática

Resumen

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.

Resumen

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.

Introducción

La lesión cerebral traumática (TBI) se define como una alteración de la función cerebral, u otra evidencia de patología cerebral, causada por una fuerza externa ^1. LCT siguen siendo un grave problema de salud en todo el mundo, particularmente en los Estados Unidos. Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades, por lo menos 1.7 millones de lesiones cerebrales traumáticas se producen anualmente en los Estados Unidos lo que resulta en un 30,5% de todas las muertes relacionadas con lesiones. En 2000, los costos médicos directos y los costos indirectos de la LCT totalizaron un estimado de 76,5 mil millones dólares en los Estados Unidos solamente. Aunque los avances tecnológicos y terapéuticos en décadas anteriores se ha mejorado la calidad y la duración de vida de aquellos que sufren de lesiones cerebrales traumáticas, actualmente no existen farmacéutica eficaz o tratamientos preventivos. Debido a la complejidad y efectos de gran alcance de la LCT, incluyendo lesiones de los tejidos, la muerte celular y la degeneración axonal, no hay dos lesiones son idénticos; por lo tanto, no hay un modelo de TBI de corriente para animales reproduce con precisióntodos los aspectos de TBI como se ve en los seres humanos. Sin embargo, los modelos animales proporcionan la capacidad de producir lesiones casi idénticos necesarias para investigar diversos efectos de TBI con la esperanza de una mayor comprensión de las manifestaciones clínicas de la LCT.

El modelo controlado impacto cortical (CCI) utiliza un sistema de impacto para entregar impacto físico a la duramadre expuesta de un animal. Induce LCT que van de leves a graves similares a los experimentados por los seres humanos. Esta lesión se caracteriza por primera vez en el hurón ² y fue adaptado más adelante para su uso en la rata ^3,4, ratón ^5-7, y ovejas ^8. Desde la primera caracterización, el sitio de la lesión se ha colocado tanto sobre la línea media ^{de 2,9} y la corteza lateral ^10. CCI ofrece un método fácil y preciso de la investigación de los efectos y posibles tratamientos para lesiones cerebrales traumáticas.

Además del modelo de CCI, la percusión de fluido y caída de peso modelos son commonly utilizado para producir lesiones cerebrales traumáticas. Sin embargo, estos modelos ofrecen limitaciones, entre ellas un menor control sobre los parámetros de lesión, produciendo cambios histopathalogical no vistos en LCT humano y mayor incidencia de muerte accidental en ratones ^3,5,10. El modelo de onda expansiva también se utiliza para producir lesiones cerebrales traumáticas. Aunque el modelo de onda expansiva no reproduce los cambios histopathalogical visto después de un impacto mecánico, este modelo no producir con precisión lesiones cerebrales traumáticas experimentadas en particular por el personal militar ^11. El modelo de impacto cortical controlado es fácil de controlar debido al control preciso sobre los parámetros de deformación, tales como el tiempo, la velocidad y la profundidad de impacto ^5. Tal precisión hace que la replicación de lesiones casi idénticos a través de todo un grupo de animales más factibles. Lo más importante, CCI reproduce LCT con características que se observan en la LCT humana ^12. Sin embargo, no hay ningún modelo animal único que es del todo satisfactoria en la reproducción del espectro completo de patológica Chanbios observados después de TBI. Se necesita más investigación para revelar plenamente los cambios agudos y crónicos que se producen después de TBI.

Hay dos tipos de lesiones se producen después de una lesión cerebral traumática: lesiones primarias y secundarias. La lesión primaria se produce en el momento del impacto y no es sensible a tratamientos terapéuticos; Sin embargo, las lesiones secundarias que persisten después de la lesión inicial están sujetos a los tratamientos ^13. El modelo de impacto cortical controlado produce la lesión primaria, lo que permite a los investigadores estudiar los efectos de la lesión cerebral traumática y tratamientos terapéuticos potenciales para los efectos potencialmente de larga duración de las lesiones secundarias. Áreas de potencial de investigación utilizando el modelo CCI incluyen la muerte neuronal, edema cerebral, la neurogénesis, efectos vasculares, cambios histopathalogical y déficits de memoria y más ^3,13-16.

Protocolo

Cuidado de los Animales
Masculino C57 BL / 6 ratones fueron alojados en grupos y se mantuvieron en un 12/12 horas de luz / oscuridad ciclo con el libre acceso al alimento y agua ad libitum. Los animales utilizados en este protocolo fueron 10-12 semanas de edad. Todos los procedimientos se realizaron bajo los protocolos aprobados por el Comité de Cuidado de Animales y el empleo de la Universidad de Indiana.

1. Preparación quirúrgica

1. Se anestesia el ratón utilizando una mezcla de ketamina / xilazina (87,7 mg / ml de ketamina y 12,3 mg / ml de xilazina) y administrar (1 ml / kg) a través de inyección IP.
2. Afeitarse la cabeza del ratón entre las orejas.
3. Aplicar una gelatina a base de petróleo a los ojos del ratón para evitar que se sequen durante la cirugía.
4. Limpie la zona afeitada con un 10% de yodo. A continuación, utilice etanol al 70% para limpiar el yodo.
5. Fijar la cabeza del ratón en el marco estereotáctico utilizando las barras de oído y placa de mordida. Asegúrese de que el cerebro es estable.

2. Craniectomía

1. Hacer una incisión longitudinal en el centro de la cabeza con unas tijeras. Use una pinza hemostática para mantener la piel en el lateral izquierdo.
2. Utilice un aplicador con punta de algodón para quitar la sangre y el tejido del hueso para exponer el cráneo. Permitir cráneo expuesto se seque durante 1 min.
3. El uso de fórceps para ejercer presión y asegurarse de que el cráneo permanece inmóvil. Identificar puntos de referencia anatómicos Lambda (aspecto caudal) y Bregma (aspecto frontal). Dibuje un círculo en el centro de Lambda y Bregma con un diámetro de 4 mm y 0,5 mm de la línea media.
4. Use un taladro para cortar a lo largo del círculo marcado. Sople suavemente el polvo de huesos de distancia. No perfore completamente a través del hueso para evitar que se dañe la duramadre.
5. El uso de fórceps para quitar el hueso y exponer la duramadre.

3. Impactación

El sistema de impacto incluye una caja de control para establecer los parámetros de impacto, un dispositivo de accionamiento para realizar la impactación, y un marco estereotáctico para garantizar el actouator y la cabeza de ratón para el impacto.

1. Pre-establecer la velocidad del actuador a 3 m / seg antes de la cirugía.
2. Pre-set diferente profundidad de deformación para inducir diferentes niveles de gravedad de lesiones. Profundidades de deformación de 0,0 a 0,2 mm, 0,5 a 1,0 mm, y 1,2 a 2,0 mm resultaría en lesiones cerebrales traumáticas leves, moderados y graves, respectivamente. Este protocolo explica cómo lograr una lesión cerebral moderadamente grave con una profundidad de deformación de 1 mm mediante el uso de una velocidad de 3 m / seg.
3. Fije el actuador a la titular en el marco estereotáctico y utilizar los micromanipuladores moviéndolo para asegurar la punta redonda y plana del actuador (3 mm de diámetro) en el centro de la zona cráneo abierto. A continuación, ajuste la punta en un ángulo paralelo a la superficie del lugar del impacto.
4. Establecer el punto cero moviendo hacia abajo el actuador en el modelo que se extiende hasta la punta toque la superficie del lugar del impacto. A continuación, establezca el canal Z en el panel de control estereotáctica a cero.
5. Retirar la punta impactadormientras se mueve simultáneamente el actuador hacia abajo 1 mm.
6. Pulse el botón de impacto para golpear el sitio de la lesión y lograr una profundidad de deformación de 1 mm.

4. Lesión del sitio de cierre

1. Utilice bastoncillos de algodón para eliminar cualquier impacto sangre después, pero no toque la zona de la lesión.
2. Coloque el ratón sobre una almohadilla caliente para mantener la temperatura corporal.
3. Una vez que el sangrado se haya detenido, suturar la herida cerrada. Ponga el animal dentro de la jaula limpia y deje que se recupere de la cirugía durante la noche en la almohadilla caliente.
4. Administrar Buprenorfina 0,05-0,10 mg / kg vía subcutánea cada 8 a 12 horas durante 2 días después de la cirugía.

Resultados

El modelo de impacto cortical controlado produce lesiones cerebrales traumáticas que varían en gravedad de leve a grave. Post-impacto la cantidad de inflamación craneal, hemorragia, y la distorsión del cráneo en el sitio de impacto revelan la gravedad de las lesiones resultantes de los parámetros de velocidad y profundidad de la deformación. LCT leve como resultado hinchazón craneal en el lugar del impacto y sangrado leve como consecuencia del incumplimiento duración limitada. A TCE moderado presenta hinchazón...

Discusión

Los pasos más importantes para la generación de éxito LCT consistentes utilizando un sistema de impacto imán electrónico para causar una CCI son: 1) la fijación estable de la cabeza del ratón en el marco estereotáctico; 2) generar el mismo tamaño de ventana de hueso entre los ratones y eliminar el hueso sin dañar la duramadre debajo de ella durante la craniectomía; 3) colocar correctamente la punta del impacto en el centro de la zona abierta y establecer el punto cero antes de impactar.

Materiales

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