Controllata corticale modello Impact per trauma cranico

Riepilogo

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.

Abstract

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.

Introduzione

Lesione cerebrale traumatica (TBI) è definita come una alterazione nella funzione del cervello, o altro titolo di patologia cerebrale, causata da una forza esterna ^1. TBIs rimangono un grave problema di salute in tutto il mondo, in particolare negli Stati Uniti. Secondo i Centers for Disease Control and Prevention, almeno 1,7 milioni di TBI si verificano ogni anno negli Stati Uniti con conseguente 30,5% di tutti i decessi lesioni correlate. Nel 2000, i costi medici diretti e costi indiretti di TBI ammontano a una cifra stimata 76,5 miliardi dollari nei soli Stati Uniti. Nonostante i progressi tecnologici e terapeutici in decenni precedenti hanno migliorato la qualità e la durata della vita per chi soffre di TBI, non farmaceutica efficace o trattamenti preventivi esistono attualmente. A causa della complessità e effetti di vasta portata di TBI, comprese lesioni tessutali, morte cellulare e degenerazione dell'assone, non esistono due ferite sono identici; quindi, nessun modello TBI corrente per gli animali riproduce fedelmentetutti gli aspetti della TBI come si è visto negli esseri umani. Tuttavia, i modelli animali forniscono la capacità di produrre danni quasi identici necessari per indagare i vari effetti di TBI con la speranza di comprendere ulteriormente le manifestazioni cliniche della TBI.

L'impatto corticale (CCI) modello controllato utilizza un sistema di impatto per fornire impatto fisico a dura esposta di un animale. Induce TBI che vanno da lievi a gravi simili a quelle sperimentate dagli esseri umani. Questa lesione è stato caratterizzato nella furetto ² ed è stato successivamente adattato per l'uso nel ratto ^3,4, mouse ^5-7, pecore e ^8. Poiché la prima caratterizzazione, il sito della lesione è stato posto sia sulla linea mediana ^2,9 e la corteccia laterale ^10. CCI fornisce un metodo semplice e preciso di indagare gli effetti e trattamenti potenziali per TBI.

Oltre al modello CCI, la percussione fluido e peso goccia modelli sono commonly utilizzato per produrre TBI. Tuttavia, questi modelli limitazioni presenti, tra cui un minore controllo sui parametri di pregiudizio, producendo cambiamenti histopathalogical non si vedono in TBIs umano e una maggiore incidenza di morte accidentale nei topi ^3,5,10. Il modello di onda d'urto è utilizzato anche per la produzione di TBI. Anche se il modello di onda d'urto non riproduce le modifiche histopathalogical osservati a seguito di un impatto meccanico, questo modello non produce esattamente TBIs vissute in particolare da personale militare ^11. Il modello controllato impatto corticale è facile da controllare a causa del controllo preciso su parametri di deformazione come il tempo, la velocità e la profondità di impatto ^5. Tale precisione consente di replicare le lesioni quasi identici in un intero gruppo di animali più fattibile. Soprattutto, CCI riproduce TBIs con le caratteristiche viste in TBIs umano ^12. Tuttavia, non esiste un modello unico animale che è del tutto riuscito a riprodurre la gamma completa di patologico chanGES si osservano dopo il trauma cranico. Ulteriori ricerche sono necessarie per rivelare pienamente le modifiche acute e croniche che si verificano dopo TBI.

Due tipi di lesioni si verificano in seguito a un trauma cranico: le lesioni primarie e secondarie. La lesione primaria si verifica al momento dell'impatto e non è sensibile ai trattamenti terapeutici; tuttavia, le lesioni secondarie che persistono dopo la lesione iniziale vengono sottoposti a trattamenti ^13. Il modello controllato impatto corticale produce la lesione primaria, permettendo così ai ricercatori di indagare gli effetti del trauma cranico e potenziali trattamenti terapeutici per i potenziali effetti di lunga durata di lesioni secondarie. Aree di potenziale di ricerca utilizzando il modello di CCI sono morte neuronale, edema cerebrale, neurogenesi, effetti vascolari, i cambiamenti histopathalogical e deficit di memoria e più ^3,13-16.

Protocollo

Animal Care
Maschile C57 BL / 6 topi erano alloggiato in gruppo e conservati in 12/12 ore di luce / buio ciclo con libero di accedere a cibo e acqua ad libitum. Gli animali utilizzati in questo protocollo sono di 10-12 settimane di età. Tutte le procedure sono state eseguite secondo protocolli approvati dalla cura degli animali e uso commissione di Indiana University.

1. Preparazione chirurgica

1. Anestetizzare il mouse usando una miscela di ketamina / xilazina (87,7 mg / ml ketamina e 12,3 mg / ml Xylazina) e somministrare (1 ml / kg) tramite iniezione IP.
2. Radersi la testa del topo tra le orecchie.
3. Applicare una gelatina a base di petrolio agli occhi del mouse per prevenire l'essiccazione durante la chirurgia.
4. Pulire la zona rasata con il 10% di iodio. Quindi utilizzare il 70% di etanolo per pulire lo iodio.
5. Fissare la testa del mouse nel frame stereotassico utilizzando le barre di auricolari e piastra morso. Assicurarsi che il cervello è stabile.

2. Craniectomy

1. Effettuare una incisione longitudinale nel mezzo della testa con le forbici. Utilizzare una pinza emostatica per tenere la pelle fuori al lato sinistro.
2. Utilizzare un applicatore con punta di cotone per rimuovere il sangue e tessuto sull'osso per esporre il cranio. Lasciare cranio esposto ad asciugare per 1 min.
3. Usare pinze per applicare la pressione e far sì che il cranio rimane immobile. Identificare punti di repere anatomici Lambda (aspetto caudale) e Bregma (aspetto frontale). Disegnare un cerchio al centro di Lambda e Bregma con un diametro di 4 mm di distanza dalla linea mediana 0,5 mm.
4. Usare un trapano per tagliare lungo il cerchio marcato. Soffiare delicatamente la polvere di osso di distanza. Non forare completamente attraverso l'osso per evitare di danneggiare la dura madre.
5. Usare pinze per rimuovere l'osso ed esporre la dura madre.

3. Impaction

Il sistema impatto comprende una scatola di controllo per impostare i parametri di impatto, un attuatore per eseguire l'occlusione, e un telaio stereotassico per fissare l'attouator e la testa del mouse per l'impatto.

1. Pre-impostare la velocità dell'attuatore di 3 m / sec prima dell'intervento chirurgico.
2. Pre-set profondità della deformazione diverso da indurre diversi livelli di gravità del pregiudizio. Profondità di deformazione di 0,0-0,2 mm, 0,5-1,0 mm, e 1,2-2,0 mm si tradurrebbe in TBIs lieve, moderata e grave, rispettivamente. Questo protocollo spiegato come ottenere una lesione cerebrale moderatamente grave deformazione con una profondità di 1 mm, utilizzando una velocità di 3 m / sec.
3. Fissare l'attuatore al titolare nel telaio stereotassico e utilizzare i micromanipolatori spostandolo per fissare il turno, punta piatta dell'attuatore (diametro 3 mm) nel centro dell'area cranio aperto. Quindi regolare la punta con un angolo parallelo alla superficie del sito di impatto.
4. Stabilire il punto zero spostando verso il basso l'attuatore nel modello di proroga fino a toccare la superficie del sito di impatto. Quindi impostare il canale Z sul pannello di controllo stereotassica a zero.
5. Ritrarre la punta di simulazionementre simultaneamente spostando l'attuatore giù 1 mm.
6. Premi il pulsante impatto di colpire il sito di lesione e di raggiungere una profondità di deformazione di 1 mm.

4. Lesioni sito Chiusura

1. Utilizzare applicatori di cotone con punta per eliminare l'eventuale impatto di sangue in seguito, ma non toccare la zona ferita.
2. Posizionare il mouse su un tappetino caldo per mantenere la temperatura corporea.
3. Una volta emorragia si è fermata, suturare la ferita chiusa. Mettere l'animale nella gabbia pulita e permettono di recuperare da un intervento chirurgico durante la notte sul pad caldo.
4. Somministrare Buprenorfina 0,05-0,10 mg / kg SQ ogni 8-12 ore per 2 giorni dopo l'intervento.

Risultati

Il modello di impatto corticale controllata produce TBI variano in gravità da lieve a grave. Post-impatto la quantità di gonfiore cranico, emorragia, e la distorsione cranica nel sito di impatto riveleranno la gravità del pregiudizio derivante dai parametri di velocità e profondità di deformazione. TBI Lieve producono gonfiore cranica presso il sito di impatto e leggero sanguinamento dovuto alla violazione durata limitata. Un trauma cranico moderato presenta gonfiore cranica e aumentato sanguinamento dovuto alla du...

Discussione

Le fasi più critiche per la generazione di successo TBIs coerenti con un sistema elettronico di impatto magnete di causare una CCI sono: 1) stabilmente fissa la testa del mouse nel frame stereotassico; 2) generare la stessa dimensione della finestra ossea tra topi e rimuovendo l'osso senza danneggiare la dura sotto in caso craniectomy; 3) posizionare correttamente la punta impatto nel centro della zona aperta e fissazione del punto zero prima di colpire.

Una testa mouse deve essere fiss...

Materiali

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