Name: murine model of controlled cortical impact for the induction of traumatic brain injury
Uploaded: 2019-08-16T14:45:00
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Diese Arbeit wurde von den National Institutes of Health Grant GM117341 und dem American College of Surgeons C. James Carrico Research Fellowship an S.J.S. unterstützt.

Alle Verfahren wurden vom Northwestern University Institutional Animal Care and Use Committee genehmigt. C57BL/6 Mäuse wurden vom Jackson Laboratory gekauft und in einer Barriereanlage am Center for Comparative Medicine der Northwestern University (Chicago, IL) untergebracht. Alle Tiere wurden in 12/12 h Licht/Dunkel-Zyklus mit freiem Zugang zu Nahrung und Wasser untergebracht.
1. Anästhesie induzieren
<ol><li>Anästhesisieren Sie die Maus mit Ketamin (125 mg/kg) und Xylazin (10 mg/kg) int...

<ol>
	<li>Faul, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Traumatic Brain Injury in the United States: Emergency Department Visits, Hospitalizations and Deaths 2002-2006. , (2010).</li><li>Roozenbeek, B., Maas, A. I., Menon, D. 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M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monocyte+depletion+attenuates+the+development+of+posttraumatic+hydrocephalus+and+preserves+white+matter+integrity+after+traumatic+brain+injury.">Monocyte depletion attenuates the development of posttraumatic hydrocephalus and preserves white matter integrity after traumatic brain injury.</a> PLoS One. 13 (11), e0202722 (2018).</li><li>Osier, N. D., Dixon, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Controlled+Cortical+Impact+Model:+Applications,+Considerations+for+Researchers,+and+Future+Directions.">The Controlled Cortical Impact Model: Applications, Considerations for Researchers, and Future Directions.</a> Frontiers in Neurology. 7, 134 (2016).</li><li>Iaccarino, C., Carretta, A., Nicolosi, F., Morselli, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidemiology+of+severe+traumatic+brain+injury.">Epidemiology of severe traumatic brain injury.</a> Journal of Neurosurgical Sciences. 62 (5), 535-541 (2018).</li></ol>

Es gibt mehrere Schritte, die für die Anwendung einer zuverlässigen und konsistenten Verletzung entscheidend sind. Zuerst muss die Maus eine tiefe Ebene der chirurgischen Anästhesie erreichen, die keine Bewegung während der Durchführung der Kraniektomie gewährleistet. Während zahlreiche Anästhesie-Therapien verwendet werden können, um Vollnarkose bei Nagetieren zu induzieren, Anästhetika, die Atemdepression enden, wie inhalative Anästhetika, kann zu Atemstillstand führen, wenn sie mit einem schweren TBI kombi...

Die Centers for Disease Control and Injury Prevention schätzen, dass etwa 2 Millionen Amerikaner jedes Jahr eine traumatische Hirnverletzung (TBI) erleiden1,2. Tatsächlich trägt TBI zu über 30 % aller verletzungsbedingten Todesfälle in den Vereinigten Staaten bei, wobei die Gesundheitskosten sich auf fast 80 Milliarden DOLLAR jährlich und fast 4 Millionen Dollar pro Person und Jahr belaufen und ein schweres TBI3,4,5überleben. Die Auswirkungen von TBI werden durch die signifikanten langfristigen neurokognitiven und neuropsychiatrischen Komplikationen hervorgehoben, die seine Überlebenden mit dem heimtückischen Beginn von Verhaltens-, kognitiven und motorischen Beeinträchtigungen erlitten haben, die als chronische traumatische Enzephalopathie (CTE) bezeichnet werden. 6 , 7 , 8 , 9 , 10. Selbst subklinische Gehirnerschütterungen – die Auswirkungen, die nicht zu klinischen Symptomen führen – können zu einer langfristigen neurologischen Dysfunktion führen11,12.
Tiermodelle für die Studie von TBI werden seit den späten 1800erJahren 13verwendet. In den 1980er Jahren wurde ein pneumatischer Schlagkraft zum Zweck der Modellierung von TBI entwickelt. Diese Methode wird jetzt als kontrollierte kortikale Auswirkung (KI)14bezeichnet. Die Kontrolle und Reproduzierbarkeit der CCI veranlasste die Forscher, das Modell für den Einsatz bei Nagetieren anzupassen15. Unser Labor verwendet dieses Modell, um TBI über einen handelsüblichen Schlagkraftunden und elektronisches Betätigungsgerät16,17zu induzieren. Dieses Modell ist in der Lage, eine breite Palette von klinisch anwendbaren TBI-Zuständen in Abhängigkeit von den verwendeten biomechanischen Parametern zu produzieren. Die histologische Bewertung von TBI-Gehirnen nach einer schweren Verletzung, die in unserem Labor induziert wurde, zeigt einen signifikanten ipsilateralen kortikalen und hippocampalen Verlust sowie kontralaterale Ödeme und Verzerrungen. Darüber hinaus erzeugt CCI eine konsistente Beeinträchtigung der motorischen und kognitiven Funktion, gemessen an Verhaltenstests18. Zu den Einschränkungen der CCI gehören die Notwendigkeit der Kraniotomie und die Kosten für den Erwerb des Schlag- und Betätigungsgeräts.
Mehrere weitere Modelle von TBI existieren und sind in der Literatur gut etabliert, einschließlich der seitlichen Fluid Percussion Modell, Gewicht Drop Modell, und Blast Verletzung Modell19,20,21. Während jedes dieser Modelle seine eigenen Vorteile hat, sind ihre Hauptnachteile gemischte Verletzungen, hohe Sterblichkeit und fehlende Standardisierung, bzw.22. Darüber hinaus bietet keines dieser Modelle die Genauigkeit, Präzision und Reproduzierbarkeit von CCI. Durch die Anpassung der biomechanischen Parameter, die in das Betätigungsgerät eingegeben werden, ermöglicht das CCI-Modell dem Prüfer eine präzise Kontrolle über die Größe der Verletzung, die Tiefe der Verletzung und die kinetische Energie, die auf das Gehirn angewendet wird. Dies gibt den Forschern die Möglichkeit, das gesamte Spektrum von TBI auf bestimmte Bereiche des Gehirns anzuwenden. Es ermöglicht auch die größte Reproduzierbarkeit von Experiment zu Experiment.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>AnaSed Injection Xylazine Sterile Solution</td>
			<td>LLOYD, Inc.</td>
			<td>5939911020</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine SR Lab 0.5mg/mL</td>
			<td>Zoopharm-Wildlife Pharmaceuticals USA</td>
			<td>BSRLAB0.5-182012</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Speed Rotary Micromotor KiT0</td>
			<td>Foredom Electric Company</td>
			<td>K.1070</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imapact one for Stereotaxix CCI</td>
			<td>Leica Biosystems Nussloch GmbH</td>
			<td>39463920</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketathesia Ketamine HCl Injection USP</td>
			<td>Henry Schein, Inc</td>
			<td>56344</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse Specific Stereotaxic Base</td>
			<td>Leica Biosystems Nussloch GmbH</td>
			<td>39462980</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trephines for Micro Drill</td>
			<td>Fine Science Tools, Inc</td>
			<td>18004-50</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

murine model of controlled cortical impact for the induction of traumatic brain injury

Die Centers for Disease Control and Injury Prevention schätzen, dass in den Vereinigten Staaten jedes Jahr fast 2 Millionen Menschen eine traumatische Hirnverletzung (TBI) erleiden. Tatsächlich trägt TBI zu mehr als einem Drittel der verletzungsbedingten Sterblichkeit bei. Nichtsdestotrotz sind die zellulären und molekularen Mechanismen, die der Pathophysiologie von TBI zugrunde liegen, schlecht verstanden. Daher sind präklinische Modelle von TBI, die in der Lage sind, die für TBI relevanten Verletzungsmechanismen bei menschlichen Patienten zu replizieren, ein dringender Forschungsbedarf. Das Modell der kontrollierten kortikalen Schlagwirkung (CCI) von TBI nutzt ein mechanisches Gerät, um den exponierten Kortex direkt zu beeinflussen. Während kein Modell die unterschiedlichen Verletzungsmuster und die Heterogenität von TBI bei menschlichen Patienten vollständig rekapitulieren kann, ist CCI in der Lage, eine breite Palette klinisch anwendbarer TBI zu induzieren. Darüber hinaus ist die CCI leicht standardisiert, sodass die Forscher die Ergebnisse über Experimente hinweg und über Ermittlungsgruppen hinweg vergleichen können. Das folgende Protokoll ist eine detaillierte Beschreibung der Anwendung einer schweren CCI mit einem kommerziell erhältlichen Aufprallgerät in einem murinen Modell von TBI.

Der Stoßsoper wird direkt am stereotaxic-Rahmen montiert und ermöglicht eine Auflösung von bis zu 10 m für die Steuerung des Aufprallpunkts, der Tiefe und des Eindringens. Die eingesetzten elektromagnetischen Kräfte können Aufprallgeschwindigkeiten von 1,5 bis 6 m/s vermitteln. Dies ermöglicht eine unvergleichliche Präzision und Reproduzierbarkeit über die gesamte Bandbreite des klinisch relevanten TBI. Die Forscher können Pilotexperimente durchführen, die die Verletzungsparameter wie Aufprallspitzengröße, A...

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Murine Model of Controlled Cortical Impact for the Induction of Traumatic Brain Injury

Murine Modell der kontrollierten kortikalen Auswirkungen für die Induktion von traumatischen Hirnverletzungen

Hier beschreiben wir ein Protokoll zur Induktion von murinen traumatischen Hirnverletzungen über einen offenkopfgesteuerten kortikalen Aufprall.

The Centers for Disease Control and Injury Prevention estimate that almost 2 million people sustain a traumatic brain injury (TBI) every year in the ...

Kontrollierte kortikale Auswirkungen sind leicht zwischen Probanden und Experimenten zu standardisieren und ermöglichen die Anwendung des gesamten Spektrums traumatischer Hirnverletzungen auf genau definierte Regionen des Gehirns. Dieses Verfahren zu demonstrieren, ist Mekka Islam, ein Forschungstechniker in meinem Labor. Diese Technik bleibt die konsequenteste und reproduzierbare Form der Induzieren traumatische Hirnverletzungen bei Nagetieren.Bevor Sie mit dem Verfahren beginnen, befestigen Sie das Aufprallgerät am stereotaxic-Betriebsrahmen. Se die Betätigungsvorrichtung mit den gewünschten biomechanischen Parametern für die entsprechende experimentelle Geschwindigkeit und Wellzeit. Geben Sie neue persönliche Schutzausrüstung und sterile Handschuhe und bestätigen Sie einen Mangel an Reaktion auf Zehenkneifung in der anästhesierten experimentellen Maus.Verwenden Sie Clippers, um das Fell für die chirurgische Stelle zu rasieren und Salbe auf die Augen des Tieres aufzutragen. Legen Sie dann die Maus in den Operationssaal und bereiten Sie die rasierte Haut mit drei sequenziellen Jod-basierten und Alkohol chirurgische Peelings. Um eine kontrollierte kortikale traumatische Hirnverletzung zu induzieren, verwenden Sie zuerst ein Skalpell, um einen ein Zentimeter großen Schnitt entlang der Mittellinie der Kopfhaut zu machen, um den Schädel freizulegen.Ziehen Sie die Kopfhaut von der Operationsstelle zurück und identifizieren Sie die sagittalen und koronalen Nähte am exponierten Schädel. Um eine Kraniektomie durchzuführen, statten Sie einen Mikrobohrer mit einem fünf Millimeter Trephinbohrer aus, um den Bohrer mit maximaler Geschwindigkeit zu aktivieren, und das Bit senkrecht zum Schädel zwei Millimeter links von der sagittalen Naht und zwei Millimeter rostral zur koronalen Naht mit sanftem gleichmäßigen Druck auftragen. Ein leichtes Geben wird zu spüren sein, wenn der Bohrer in den Schädel eindringt.Verwenden Sie Zangen und eine kleine hypodermische Nadel, um die Knochenklappe zu entfernen, die darunter liegende Dura mater vollständig freizulegen und die Stoßdämpferspitze in das operative Feld zu drehen. Sichern Sie die bilateralen zeitlichen Knochen zwischen den Miniatur-Ohrstangen des stereotaxic-Rahmens und verriegeln Sie die Schneidezähne innerhalb der Schneidezähne, um einen stabilen Dreipunktgriff am Mauskopf zu schaffen. Senken Sie die Spitze, bis sie Kontakt mit der exponierten Dura mater aufnimmt.Der Kontaktsensor des Instruments gibt einen hörbaren Ton an, um den Kontakt zu warnen. Ziehen Sie die Aufprallspitze vom Nullpunkt ab, und senken Sie die Aufprallposition auf dem stereotaxic-Frame, um die gewünschte Aufpralltiefe festzulegen. Aktivieren Sie dann den Schlaggerät auf der Betätigungseinrichtung, bevor Sie das Gerät wieder aus dem Feld drehen, damit das Tier aus dem Rahmen entfernt werden kann.Unmittelbar nach der Verletzung, wenden Sie direkten Druck von einem sterilen Baumwolle gekippt Applikator auf den Schädel und verletzte kortikale Oberfläche, um alle Blutungen zu kontrollieren und verwenden Sie einen frischen Applikator, um den Schädel zu trocknen. Schließen Sie die Kopfhaut über der Kraniektomie nach Standardtechniken und verabreichen Sie postoperative Analgesie. Dann legen Sie das Tier in der seitlichen Dekubitus-Erholungsposition in einen sauberen vorgewärmten Käfig mit Überwachung bis zur vollen Rekumbency und messen Sie das Körpergewicht alle drei Tage während des Experiments.Die Abgabe der Schädigung, wie nachgewiesen, führt zu einer subduralen intraparenchymalen und subarachnoiden Blutung. Die histologische Bewertung traumatischer Hirngewebeabschnitte nach schweren Verletzungen zeigt einen signifikanten ipsilateralen kortikalen und hippocampalen Verlust sowie kontralaterale Ödeme und Verzerrungen. Die MR-Bildgebung schwer verletzter Gehirne zeigt auch einen fortschreitenden Gewebeverlust und Ersatz durch Zerebra-Spinalflüssigkeit.Kontrollierte kortikale Auswirkungen induziert eine zuverlässige und konsistente Verletzung, die in der Lage ist, eine breite Palette von klinisch anwendbaren Hirnverletzungen zu produzieren. Unsere kontrollierte kortikale Wirkungsmethode erzeugt ein murines Modell schwerer traumatischer Hirnverletzungen für Verhaltens- und Bildgebungsanalysen und produziert Gewebe für molekulare und zelluläre Analysen.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Lateral Fluid Percussion: Model of Traumatic Brain Injury in Mice

Lateral Fluid-Percussion: Modell Schädel-Hirn-Verletzungen in Mäuse

Traumatic brain injury (TBI) research has attained renewed momentum due to the increasing awareness of head injuries, which result in morbidity and ...

Forschung

Neurowissenschaften

Investigations on Alterations of Hippocampal Circuit Function Following Mild Traumatic Brain Injury

Untersuchungen über Veränderungen der hippokampalen Schaltung Funktion Nach Mild Traumatic Brain Injury

Traumatic Brain Injury (TBI) afflicts more than 1.7 million people in the United States each year and even mild TBI can lead to persistent neurological ...

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

Eine neuartige In-vitro- Modell von traumatischen Hirnverletzungen Blast

Traumatic brain injury is a leading cause of death and disability in military and civilian populations. Blast traumatic brain injury results from the ...

Effects of Blast-induced Neurotrauma on Pressurized Rodent Middle Cerebral Arteries

Auswirkungen der Explosion-induzierte Neurotrauma auf Druck Nagetier mittlerer Hirnarterien

Though there have been studies on the histopathological and behavioral effects of blast exposure, fewer have been dedicated to blast&#39;s cerebral ...

Investigating Alterations in Caecum Microbiota After Traumatic Brain Injury in Mice

Untersuchung von Veränderungen in Caecum Microbiota nach traumatischen Hirnverletzungen bei Mäusen

Increasing evidence shows that the microbiota-gut-brain axis plays an important role in the pathogenesis of brain diseases. Several studies also ...

Induction of Diffuse Axonal Brain Injury in Rats Based on Rotational Acceleration

Induktion von diffusen axonalen Hirnverletzungen bei Ratten basierend auf Rotationsbeschleunigung

Traumatic brain injury (TBI) is a major cause of death and disability. Diffuse axonal injury (DAI) is the predominant mechanism of injury in a large ...

Systems Analysis of the Neuroinflammatory and Hemodynamic Response to Traumatic Brain Injury

Systemanalyse der neuroinflammatorischen und hämodynamischen Reaktion auf traumatische Hirnverletzungen

Mild traumatic brain injuries (mTBIs) are a significant public health problem. Repeated exposure to mTBI can lead to cumulative, long-lasting functional ...

A Metric Test for Assessing Spatial Working Memory in Adult Rats Following Traumatic Brain Injury

Ein metrischer Test zur Beurteilung des räumlichen Arbeitsgedächtnisses bei erwachsenen Ratten nach traumatischer Hirnverletzung

Impairments to sensory, short-term, and long-term memory are common side effects after traumatic brain injury (TBI). Due to the ethical limitations of ...

Electromagnetic Controlled Closed-Head Model of Mild Traumatic Brain Injury in Mice

Elektromagnetisch gesteuertes Closed-Head-Modell für leichtes Schädel-Hirn-Trauma bei Mäusen

Highly reproducible animal models of traumatic brain injury (TBI), with well-defined pathologies, are needed for testing therapeutic interventions and ...

Assessing Changes in Synaptic Plasticity Using an Awake Closed-Head Injury Model of Mild Traumatic Brain Injury

Beurteilung von Veränderungen in der synaptischen Plastizität unter Verwendung eines wachen geschlossenen Kopfverletzungsmodells für ein leichtes Schädel-Hirn-Trauma

Mild traumatic brain injuries (mTBIs) are a prevalent health issue in North America. There is increasing pressure to utilize ecologically valid models of ...