Contrôlée corticale modèle d'impact pour Traumatic Brain Injury

Résumé

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.

Résumé

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.

Introduction

Lésion cérébrale traumatique (TBI) est définie comme une altération de la fonction du cerveau, ou d'autres preuves de la pathologie du cerveau, causée par une force extérieure ^1. TCC restent un grave problème de santé à travers le monde, notamment aux États-Unis. Selon les Centers for Disease Control and Prevention, au moins 1,7 million de TCC se produisent chaque année aux Etats-Unis résultant de 30,5% de tous les décès liés à des blessures. En 2000, les coûts médicaux directs et les coûts indirects de la TCC ont totalisé un montant estimé à $ 76,5 milliards aux États-Unis seulement. Bien que les progrès technologiques et thérapeutiques depuis des décennies précédentes ont permis d'améliorer la qualité et la durée de vie des personnes souffrant de TCC, aucune pharmaceutique efficace ou des traitements préventifs existent actuellement. En raison de la complexité et des effets de grande portée de TCC, y compris les lésions tissulaires, la mort cellulaire, et la dégénérescence de l'axone, il n'ya pas deux blessures sont identiques; donc, pas de modèle de TBI courant pour animaux reproduit fidèlementtous les aspects de TBI comme on le voit chez les humains. Cependant, les modèles animaux ne fournissent la capacité de produire des blessures presque identiques nécessaires pour enquêter sur divers effets de TBI avec l'espoir de comprendre davantage les manifestations cliniques de la TCC.

Le modèle commandé incidence cortical (CCI) utilise un système d'impact pour fournir un impact physique à la dure-mère d'un animal exposé. Il induit TCC allant de légère à sévère similaires à ceux rencontrés par les humains. Cette blessure a été caractérisée sur le furet ² et a ensuite été adapté pour une utilisation chez le rat ^3,4, souris ^5-7, et les moutons ^8. Depuis la première caractérisation, le site de la lésion a été placé à la fois au-dessus de la ligne médiane de ^2,9 et le cortex latéral ^10. CCI fournit une méthode facile et précise d'enquêter sur les effets et les traitements potentiels pour les TCC.

En plus du modèle de CCI, la percussion de fluide et la perte de poids sont des modèles de commonly utilisé pour produire les TCC. Cependant, ces modèles présentent des limitations, y compris les moins de contrôle sur les paramètres de blessures, produire des changements histopathalogical pas vu dans les TCC humaine, et une plus grande incidence de décès accidentel chez les souris ^3,5,10. Le modèle de l'onde de choc est également utilisé pour produire des TCC. Bien que le modèle de l'onde de choc ne reproduit pas les changements observés histopathalogical suite d'un choc mécanique, ce modèle ne produit précisément TCC rencontrées notamment par des militaires ^11. Le modèle d'impact cortical contrôlé est facile à contrôler grâce au contrôle précis de paramètres de déformation tels que le temps, la vitesse et la profondeur de l'impact ^5. Une telle précision permet de reproduire les blessures à peu près identiques à travers tout un groupe d'animaux plus réalisables. Plus important encore, la CCI reproduit TCC avec des caractéristiques observées dans les TCC humaine ^12. Cependant, il n'existe pas de modèle animal unique qui est tout à fait réussi à reproduire le spectre complet de pathologique changes observés après TBI. D'autres recherches sont nécessaires pour révéler pleinement les changements aigus et chroniques qui se produisent après TBI.

Deux types de blessures surviennent après un TCC: blessures primaires et secondaires. La lésion primaire se produit au moment de l'impact et n'est pas sensible à des traitements thérapeutiques; Toutefois, les blessures secondaires qui persistent après la blessure initiale sont soumis à des traitements ^13. Le modèle d'impact corticale contrôlée produit la lésion primaire, permettant ainsi aux chercheurs d'étudier les effets de la TCC et traitements thérapeutiques potentiels pour les effets potentiellement durables de blessures secondaires. Les domaines de recherche potentiel en utilisant le modèle de la CCI comprennent la mort neuronale, l'oedème cérébral, la neurogenèse, effets vasculaires, les changements histopathalogical, et les déficits de mémoire et plus ^3,13-16.

Protocole

Protection des animaux
Homme C57 BL / 6 souris ont été logées en groupe et maintenus dans un cycle 12/12 h de lumière / obscurité avec une connexion pour accéder à la nourriture et de l'eau ad libitum. Les animaux utilisés dans ce protocole étaient âgés de 10-12 semaines. Toutes les procédures ont été réalisées selon des protocoles approuvés par le Comité de soins et l'utilisation des animaux de l'Université d'Indiana.

1. Préparation chirurgicale

1. Anesthésier la souris en utilisant un mélange de kétamine / xylazine (87,7 mg / ml de kétamine et de 12,3 mg / ml de xylazine) et à administrer (1 ml / kg) par injection IP.
2. Raser la tête de la souris entre les oreilles.
3. Appliquer une gelée à base de pétrole pour les yeux de la souris afin d'éviter le dessèchement pendant la chirurgie.
4. Nettoyer la zone rasée avec 10% de l'iode. Ensuite, utilisez 70% d'éthanol pour nettoyer l'iode.
5. Fixez la tête de la souris dans le cadre stéréotaxique utilisant les barres d'oreilles et la plaque de morsure. S'assurer que le cerveau est stable.

2. Craniectomie

1. Faire une incision longitudinale dans le milieu de la tête avec des ciseaux. Utilisez une pince hémostatique pour maintenir la peau sur le côté gauche.
2. Utilisez un coton-tige pour enlever le sang et les tissus de l'os pour exposer le crâne. Laisser crâne exposé à sécher pendant 1 min.
3. Utilisez une pince pour appliquer la pression et faire en sorte que le crâne reste immobile. Identifier les repères anatomiques Lambda (caudale aspect) et Bregma (aspect le frontal). Dessiner un cercle au centre du bregma et lambda avec un diamètre de 4 mm et de 0,5 mm de la ligne médiane.
4. Utilisez une perceuse pour couper le long du cercle marqué. Soufflez doucement la poussière d'os loin. Ne pas percer complètement à travers l'os pour éviter d'endommager la dure-mère.
5. Utilisez une pince pour retirer les os et exposer la dure-mère.

3. Impaction

Le système d'impact comprend un boîtier de commande pour définir les paramètres d'impact, un actionneur pour effectuer l'impaction, et un cadre stéréotaxique pour sécuriser l'acteuator et chef de la souris pour l'impact.

1. Pré-régler la vitesse de l'actionneur à 3 m / sec avant l'intervention chirurgicale.
2. Prédéfinie différente profondeur de déformation pour induire différents niveaux de gravité des blessures. des profondeurs de déformation de 0.0-0.2 mm, 0,5-1,0 mm et 1,2-2,0 mm entraînerait TCC légers, modérés et sévères, respectivement. Ce protocole a expliqué comment parvenir à une lésion cérébrale modérément sévère avec une profondeur de 1 mm de déformation en utilisant une vitesse de 3 m / sec.
3. Fixez l'actionneur au titulaire dans le cadre stéréotaxique et d'utiliser les micro-manipulateurs déplacer pour fixer le, bout plat rond de l'actionneur (de 3 mm de diamètre) dans le centre de la zone ouverte du crâne. Puis ajustez la pointe à un angle parallèle à la surface de lieu de l'impact.
4. Établir le point zéro par déplacement vers le bas de l'actionneur dans le modèle s'étendant jusqu'à la pointe touche la surface du site d'impact. Ensuite, réglez le canal de Z sur le panneau de contrôle stéréotaxique à zéro.
5. Rétracter la pointe de frappetout en bougeant l'actionneur vers le bas de 1 mm.
6. Appuyez sur le bouton de l'impact de grève le site de la lésion et d'atteindre une profondeur de 1 mm de déformation.

4. Blessures fermeture du site

1. Utilisez applicateurs de coton-tige pour enlever tout effet de sang après, mais ne touchez pas la zone de blessure.
2. Placez la souris sur un bloc chaud pour maintenir la température du corps.
3. Une fois le saignement a cessé, suturer la plaie fermée. Mettre l'animal dans la cage propre et lui permettre de se remettre de la chirurgie la nuit sur le pavé chaud.
4. Administrer buprénorphine 0,05-0,10 mg / kg SQ chaque 8-12 heures pendant 2 jours après la chirurgie.

Résultats

Le modèle d'impact corticale contrôlée produit TCC allant de sévérité légère à sévère. Après l'impact de la quantité de gonflement crânien, hémorragie, et la distorsion du crâne sur le site de l'impact, révéler la gravité des blessures résultant des paramètres de vitesse et de profondeur de déformation. TCC légers se traduisent par un gonflement crânien sur le site d'impact et un léger saignement en raison de la violation de la durée limitée. Un TCC modéré présente gonflemen...

Discussion

Les étapes les plus importantes pour générer des succès TCC cohérentes en utilisant un système d'impact magnétique électronique pour provoquer une CCI sont: 1) fixer de façon stable la tête de la souris dans le cadre stéréotaxique; 2) la génération de la même taille de la fenêtre de l'os entre les souris et l'enlèvement de l'os sans endommager la dure-dessous pendant craniectomy; 3) positionner correctement la pointe de percussion dans le centre de la zone ouverte et établir le point z?...

matériels

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