Name: murine model of controlled cortical impact for the induction of traumatic brain injury
Uploaded: 2019-08-16T14:45:00
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Questo lavoro è stato supportato dal National Institutes of Health Grant GM117341 e dall'American College of Surgeons C. James Carrico Research Fellowship a S.J.S.

Tutte le procedure sono state approvate dal Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali della Northwestern University. I topi C57BL/6 sono stati acquistati presso il Jackson Laboratory e il gruppo ospitato in una struttura di barriera presso il Center for Comparative Medicine presso la Northwestern University (Chicago, IL). Tutti gli animali erano alloggiati in ciclo di luce/buio 12/12 h con libero accesso al cibo e all'acqua.
1. Indurre l'anestesia
<ol><li>Anestesizzare il topo...

<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. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changing+patterns+in+the+epidemiology+of+traumatic+brain+injury.">Changing patterns in the epidemiology of traumatic brain injury.</a> Nature Reviews Neurology. 9 (4), 231-236 (2013).</li><li>Corso, P., Finkelstein, E., Miller, T., Fiebelkorn, I., Zaloshnja, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Incidence+and+lifetime+costs+of+injuries+in+the+United+States.">Incidence and lifetime costs of injuries in the United States.</a> Injury Prevention. 12 (4), 212-218 (2006).</li><li>Pearson, W. S., Sugerman, D. E., McGuire, L. C., Coronado, V. 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B., Cuda, C. M., Perlman, H., Schwulst, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Role+of+Microglia+in+the+Etiology+and+Evolution+of+Chronic+Traumatic+Encephalopathy.">The Role of Microglia in the Etiology and Evolution of Chronic Traumatic Encephalopathy.</a> Shock. 48 (3), 276-283 (2017).</li><li>Belanger, H. G., Vanderploeg, R. D., McAllister, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subconcussive+Blows+to+the+Head:+A+Formative+Review+of+Short-term+Clinical+Outcomes.">Subconcussive Blows to the Head: A Formative Review of Short-term Clinical Outcomes.</a> Journal of Head Trauma Rehabilitation. 31 (3), 159-166 (2016).</li><li>Carman, A. 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V., 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=A+multi-mode+shock+tube+for+investigation+of+blast-induced+traumatic+brain+injury.">A multi-mode shock tube for investigation of blast-induced traumatic brain injury.</a> Journal of Neurotrauma. 28 (1), 95-104 (2011).</li><li>Ma, X., Aravind, A., Pfister, B. J., Chandra, N., Haorah, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+Models+of+Traumatic+Brain+Injury+and+Assessment+of+Injury+Severity.">Animal Models of Traumatic Brain Injury and Assessment of Injury Severity.</a> Molecular Neurobiology. , (2019).</li><li>Makinde, H. 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>

Ci sono diversi passaggi che sono fondamentali per l'applicazione di un infortunio affidabile e coerente. In primo luogo, il topo deve raggiungere un piano profondo di anestesia chirurgica garantendo nessun movimento durante l'esecuzione della craniectomia. Mentre numerosi regimi anestetici possono essere utilizzati per indurre l'anestesia generale nei roditori, gli anestetici che inducono depressione respiratoria come anestetici inalazionali possono provocare l'arresto respiratorio quando combinato con un Grave TBI. Que...

I Centers for Disease Control e Prevenzione degli infortuni stimano che circa 2 milioni di americani subiscano una lesione cerebrale traumatica (TBI) ogni anno1,2. Infatti, TBI contribuisce a oltre il 30% di tutti i decessi correlati alle lesioni negli Stati Uniti con costi sanitari prossimi a 80 miliardi di dollari all'anno e quasi 4 milioni di dollari a persona all'anno che sopravvivono a un grave TBI3,4,5. L'impatto della TBI è evidenziato dalle significative complicazioni neurocognitive e neuropsichiatriche a lungo termine subite dai suoi sopravvissuti con l'insidiosa insorgenza di disturbi comportamentali, cognitivi e motori chiamati Encefalopatia cronica traumatica (CTE) 6 È possibile: , 7 (in questo stato , 8 (IN vio , 9 (in vie , 10.Anche gli eventi concussivi subclinici, quegli impatti che non provocano sintomi clinici, possono portare a disfunzione neurologica a lungo termine11,12.
I modelli animali per lo studio della TBI sono statiimpiegati dalla fine del 1800 13 . Negli anni '80, è stato sviluppato un impattore pneumatico allo scopo di modellare TBI. Questo metodo è ora indicato come impatto corticale controllato (CCI)14. Il controllo e la riproducibilità del CCI hanno portato i ricercatori ad adattare il modello per l'uso nei roditori15. Il nostro laboratorio utilizza questo modello per indurre TBI tramite un impattonte disponibile in commercio e un dispositivo di azionamento elettronico16,17. Questo modello è in grado di produrre una vasta gamma di stati TBI clinicamente applicabili a seconda dei parametri biomeccanici utilizzati. La valutazione istologica dei cervelli TBI dopo una grave lesione indotta nel nostro laboratorio dimostra una significativa perdita corticale e ippocampale ipsilaterale, nonché edema e distorsione contralaterali. Inoltre, CCI produce un compromissione costante della funzione motoria e cognitiva misurata da analisi comportamentali18. Le limitazioni alla CCI includono la necessità di craniotomia e le spese per l'acquisizione dell'impactor e l'azionamento del dispositivo.
Esistono diversi modelli aggiuntivi di TBI e sono ben consolidati nella letteratura, tra cui il modello di percussioni fluide laterali, il modello di goccia di peso e il modello di lesione esplosiva19,20,21. Mentre ognuno di questi modelli ha i loro vantaggi distinti i loro principali inconvenienti sono lesioni miste, alta mortalità e mancanza di standardizzazione, rispettivamente22. Inoltre, nessuno di questi modelli offre l'accuratezza, la precisione e la riproducibilità del CCI. Regolando i parametri biomeccanici inseriti nel dispositivo azionante, il modello CCI consente allo sperimentatore un controllo preciso sulle dimensioni della lesione, sulla profondità della lesione e sull'energia cinetica applicata al cervello. Questo dà agli investigatori la capacità di applicare l'intero spettro di TBI ad aree specifiche del cervello. Permette anche la più grande riproducibilità dall'esperimento alla sperimentazione.

<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

I Centers for Disease Control e La Prevenzione degli Infortuni stimano che quasi 2 milioni di persone subiscano una lesione cerebrale traumatica (TBI) ogni anno negli Stati Uniti. Infatti, la TBI è un fattore che contribuisce a oltre un terzo di tutta la mortalità legata alle lesioni. Ciò nonostante, i meccanismi cellulari e molecolari alla base della fisiopatologia della TBI sono poco compresi. Pertanto, i modelli preclinici di TBI in grado di replicare i meccanismi di lesione pertinenti alla TBI nei pazienti umani sono un'esigenza critica di ricerca. Il modello a impatto corticale controllato (CCI) di TBI utilizza un dispositivo meccanico per avere un impatto diretto sulla corteccia esposta. Sebbene nessun modello possa riassumere pienamente i diversi modelli di lesione e la natura eterogenea della TBI nei pazienti umani, cCI è in grado di indurre un'ampia gamma di TBI clinicamente applicabili. Inoltre, il CCI è facilmente standardizzato, consentendo agli investigatori di confrontare i risultati tra esperimenti e gruppi investigativi. Il seguente protocollo è una descrizione dettagliata dell'applicazione di un CCI grave con un dispositivo di impatto disponibile in commercio in un modello murino di TBI.

L'impattore si monta direttamente sul telaio stereotassico consentendo fino a 10 m di risoluzione per il controllo del punto di impatto, profondità e penetrazione. Le forze elettromagnetiche impiegate possono impartire velocità di impatto che vanno da 1,5 a 6 m/s. Ciò consente una precisione e una riproducibilità senza precedenti su tutta la gamma di TBI clinicamente rilevanti. I ricercatori possono eseguire esperimenti pilota modificando i parametri della lesione, come la dimensione della punta dell'impatto, la velo...

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

Modello Murine di impatto corticale controllato per l'induzione di lesioni cerebrali traumatiche

Qui descriviamo un protocollo per l'induzione di lesioni cerebrali traumatiche murine attraverso un impatto corticale controllato a testa aperta.

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

L'impatto corticale controllato è facile da standardizzare tra soggetti ed esperimenti e consente l'applicazione dell'intero spettro di lesioni cerebrali traumatiche a regioni del cervello definite con precisione. A dimostrare questa procedura è Mecca Islam, un tecnico di ricerca nel mio laboratorio. Questa tecnica rimane la forma più coerente e riproducibile di indurre lesioni cerebrali traumatiche nei roditori.Prima di iniziare la procedura, collegare il dispositivo di impatto al telaio operativo stereotassico. Se il dispositivo di azionamento con i parametri biomeccanici desiderati per la velocità sperimentale appropriata e il tempo di pozzo. Indossare nuovi dispositivi di protezione individuale e guanti sterili e confermare la mancanza di risposta al dito del piedi nel mouse sperimentale anestetizzato.Usa i tosaerba per radere la pelliccia per il sito chirurgico e applicare un unguento agli occhi dell'animale. Quindi posizionare il mouse in sala operatoria e predire la pelle rasata con tre scrub chirurgici sequenziali a base di iodio e alcol. Per indurre una lesione cerebrale corticale controllata, utilizzare prima un bisturi per fare un'incisione di un centimetro lungo la linea mediana del cuoio capelluto per esporre il cranio.Ritrarre il cuoio capelluto dal sito operativo e identificare le suture sagittali e coronali sul cranio esposto. Per eseguire una craniectomia, equipaggiare un microdrill con una punta di perforazione trephine di cinque millimetri per attivare il trapano alla massima velocità e applicare il bit perpendicolare al cranio due millimetri a sinistra della sutura sagittale e due millimetri rostrali alla sutura coronale con una leggera pressione uniforme. Una leggera doti si sentirà quando il trapano penetra nel cranio.Utilizzare pini e un piccolo ago ipodermico calibro per rimuovere il lembo osseo, esponendo completamente il dura mater sottostante e ruotando la punta del dispositivo di impatto nel campo operativo. Fissare le ossa temporali bilaterali tra le barre dell'orecchio in miniatura del telaio stereotassico e bloccare gli incisivi all'interno del morsetto incisivo per creare una presa stabile a tre punti sulla testa del mouse. Abbassare la punta fino a quando non viene a contatto con la dura mater esposta.Il sensore di contatto dello strumento renderà un tono udibile per avvisare che il contatto è stato effettuato. Ritrarre la punta di impatto dal punto zero e abbassare la posizione dell'impatto sul telaio stereotassico per impostare la profondità di impatto desiderata. Quindi attivo il dispositivo di impatto sul dispositivo di azionamento prima di ruotare il dispositivo di nuovo fuori dal campo per consentire all'animale di essere rimosso dal telaio.Immediatamente dopo la lesione, applicare la pressione diretta di un applicatore sterile con punta di cotone sul cranio e sulla superficie corticale ferita per controllare eventuali emorragie e utilizzare un applicatore fresco per asciugare il cranio. Chiudere il cuoio capelluto sopra la craniectomia secondo le tecniche standard e somministrare analgesia postoperatoria. Quindi posizionare l'animale nella posizione di recupero del decubito laterale in una gabbia pulita pre-riscaldata con monitoraggio fino alla piena recumbency e misurare il peso corporeo ogni tre giorni durante il corso dell'esperimento.La somministrazione della lesione come dimostrato provoca un'emorragia intraparenchimica e subaracnoidea subdurale. La valutazione istologica delle sezioni del tessuto cerebrale per lesioni cerebrali traumatiche dopo gravi lesioni rivela una significativa perdita corticale e ippocampale ipsilaterale, nonché edema e distorsione contralaterale. L'imaging MR di cervelli gravemente feriti dimostra anche una progressiva perdita di tessuto e la sostituzione con liquido cerebra-spinale.L'impatto corticale controllato induce una lesione affidabile e coerente in grado di produrre una vasta gamma di lesioni cerebrali clinicamente applicabili. Il nostro metodo di impatto corticale controllato genera un modello murino di grave lesione cerebrale traumatica per l'analisi comportamentale e di imaging e produce tessuti per l'analisi molecolare e cellulare.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Lateral Fluid Percussion: Model of Traumatic Brain Injury in Mice

Fluido laterale Percussioni: Modello delle lesioni cerebrali traumatiche nei topi

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

Ricerca

Neuroscienze

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

Indagini su Alterazioni della funzione del circuito ippocampale seguito lieve trauma cranico

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

Un modello di romanzo In Vitro di ferita di cervello traumatica di scoppio

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

Effetti del Neurotrauma indotta da Blast il roditore pressurizzato Middle arterie cerebrali

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

Indagare sulle alterazioni nel caecum Microbiota dopo una lesione cerebrale traumatica nei topi

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

Induzione di lesioni cerebrali assonali diffuse nei ratti in base all'accelerazione rotazionale

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

Analisi dei sistemi della risposta neuroinfiammatoria ed emodinamica alla lesione cerebrale traumatica

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

Un test metrico per valutare la memoria di lavoro spaziale nei ratti adulti a seguito di lesioni cerebrali traumatiche

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

Modello elettromagnetico controllato a testa chiusa di lieve lesione cerebrale traumatica nei topi

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

Valutazione dei cambiamenti nella plasticità sinaptica utilizzando un modello di trauma cranico chiuso sveglio di lieve lesione cerebrale traumatica

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