Name: murine model of controlled cortical impact for the induction of traumatic brain injury
Uploaded: 2019-08-16T14:45:00
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Este trabalho foi apoiado pelos institutos nacionais de saúde Grant GM117341 e The American College of cirurgiões C. James Carrico Research Fellowship para S.J.S.

Todos os procedimentos foram aprovados pelo Comitê institucional de cuidados e uso de animais da Universidade Northwestern. C57BL/6 camundongos foram comprados no laboratório Jackson e grupo alojado em uma instalação de barreira no centro de medicina comparativa na Northwestern University (Chicago, IL). Todos os animais foram alojados em 12/12 h de luz/ciclo escuro com acesso gratuito à comida e água.
1. induzir anestesia
<ol><li>Anestesie o camundongo com cetamina (125 mg/kg) e xilazi...

<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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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>

Existem várias etapas que são críticas para a aplicação de uma lesão confiável e consistente. Primeiro, o mouse deve chegar a um plano profundo de anestesia cirúrgica, garantindo nenhum movimento durante o desempenho da craniectomia. Embora numerosos regimes anestésicos possam ser utilizados para induzir anestesia geral em roedores, os anestésicos que induzem a depressão respiratória, como anestésicos inalatórios, podem resultar em parada respiratória quando combinados com TCE grave. Este protocolo utiliza...

Os centros para o controle da doença e a prevenção de ferimento estimam que aproximadamente 2 milhões americanos sustentam um ferimento de cérebro traumático (TBI) cada ano1,2. Na verdade, a TBI contribui para mais de 30% de todas as mortes relacionadas a lesões nos Estados Unidos com custos de saúde chegando a $80000000000 anualmente e quase $4000000 por pessoa por ano, sobrevivendo a um TBI severo3,4,5. O impacto da TBI é destacado pelas complicações neurocognitivas e neuropsiquiátricas de longo prazo significativas sofridas por seus sobreviventes com o início insidioso de deficiências comportamentais, cognitivas e motoras denominadas encefalopatia traumática crônica (CTE) 6 anos de , 7 anos de , 8 . º , 9 anos de , 10. mesmo eventos de concussão subclínicos — os impactos que não resultam em sintomas clínicos — podem levar à disfunção neurológica de longo prazo11,12.
Modelos animais para o estudo da TBI têm sido empregados desde o final dos anos 1800 ' s13. Na década de 1980, foi desenvolvido um pêndulo pneumático com o objetivo de modelar a TBI. Este método é referido agora como o impacto cortical controlado (CCI)14. O controle e a reprodutibilidade do CCI levaram os pesquisadores a adaptar o modelo para uso em roedores15. O nosso laboratório utiliza este modelo para induzir o TBI através de um Impactador disponível comercialmente e dispositivo de acionamento eletrônico16,17. Este modelo é capaz de produzir uma escala larga de Estados clìnica aplicáveis de TBI dependendo dos parâmetros biomecânicos usados. A avaliação histologic de cérebros de TBI depois que uma lesão severa induzida em nosso laboratório demonstra a perda cortical e hippocampal ipsilateral significativa assim como o edema e a distorção contralaterais. Adicionalmente, o CCI produz um comprometimento consistente na função motora e cognitiva, medido por ensaios comportamentais18. As limitações ao CCI incluem a necessidade para a craniotomia e a despesa de adquirir o dispositivo do impactor e de accionar.
Vários modelos adicionais de TBI existem e estão bem estabelecidos na literatura, incluindo o modelo de percussão de fluido lateral, modelo de queda de peso e modelo de lesão de jateamento19,20,21. Embora cada um desses modelos tenha suas próprias vantagens distintas, suas principais desvantagens são a lesão mista, a alta mortalidade e a falta de padronização, respectivamente22. Além disso, nenhum desses modelos oferece precisão, precisão e reprodutibilidade do CCI. Ajustando os parâmetros biomecânicos de entrada para o dispositivo de acionamento, o modelo CCI permite que o investigador controle preciso sobre o tamanho da lesão, profundidade da lesão, e energia cinética aplicada ao cérebro. Isso dá aos investigadores a capacidade de aplicar todo o espectro de TBI para áreas específicas do cérebro. Ele também permite a maior reprodutibilidade do experimento para experimentar.

<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

Os centros de controle de doenças e prevenção de lesões estimam que quase 2 milhões pessoas sustentam uma lesão cerebral traumática (TBI) todos os anos nos Estados Unidos. Na verdade, a TBI é um fator contribuinte para mais de um terço de toda a mortalidade relacionada a lesões. No entanto, os mecanismos celulares e moleculares subjacentes à fisiopatologia da TBI são pouco compreendidos. Assim, os modelos pré-clínicos de TCE capazes de replicar os mecanismos de lesão pertinentes à TBI em pacientes humanos são uma necessidade de pesquisa crítica. O modelo controlado do impacto cortical (CCI) de TBI utiliza um dispositivo mecânico para impactar diretamente o córtice exposto. Embora nenhum modelo possa recapitular completamente os padrões de lesões diferentes e a natureza heterogênea da TBI em pacientes humanos, o CCI é capaz de induzir uma ampla gama de TBI clinicamente aplicável. Além disso, CCI é facilmente padronizado permitindo que os investigadores para comparar os resultados através de experimentos, bem como em grupos de investigação. O seguinte protocolo é uma descrição detalhada de aplicar um CCI severo com um dispositivo de impacto comercialmente disponível em um modelo murino de TBI.

O pêndulo monta diretamente no quadro estereotódico, permitindo até 10 μm de resolução para o controle do ponto de impacto, profundidade e penetração. As forças eletromagnéticas empregadas podem transmitir velocidades de impacto variando de 1,5 – 6 m/s. Isto permite a precisão incomparável e a reprodutibilidade sobre a escala inteira do TBI clìnica relevante. Os investigadores podem executar experimentos piloto mudando os parâmetros de lesão, como o tamanho da ponta do pêndulo, a velocidade de impacto e...

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

Modelo murino de impacto cortical controlado para a indução de traumatismo cranioencefálico

Aqui nós descrevemos um protocolo para a indução de ferimento de cérebro traumático murino através de um impacto cortical controlado da abrir-cabeça.

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

O impacto cortical controlado é fácil de padronizar entre indivíduos e experimentos e permite a aplicação de todo o espectro de lesão cerebral traumática em regiões precisamente definidas do cérebro. Demonstrando este procedimento está Meca Islam, um técnico de pesquisa no meu laboratório. Esta técnica continua sendo a forma mais consistente e reprodutível de induzir lesão cerebral traumática em roedores.Antes de iniciar o procedimento, conecte o dispositivo de impacto ao quadro de operação estereotaxic. Se o dispositivo de atuação com os parâmetros biomecânicos desejados para a velocidade experimental adequada e tempo de poço. Don novos equipamentos de proteção individual e luvas estéreis e confirmar a falta de resposta ao beliscão do dedo do dedo no rato experimental anestesiado.Use cortadores para raspar a pele para o local cirúrgico e aplicar pomada nos olhos do animal. Em seguida, coloque o rato no centro cirúrgico e prepare a pele raspada com três esfregões cirúrgicos sequenciais à base de iodo e álcool. Para induzir uma lesão cerebral cortical controlada, primeiro use um bisturi para fazer uma incisão de um centímetro ao longo da linha média do couro cabeludo para expor o crânio.Retire o couro cabeludo do local de operação e identifique as suturas sagiais e coronais no crânio exposto. Para realizar uma craniectomia, equipe um microdrill com uma broca de trefina de cinco milímetros para ativar a broca em velocidade máxima e aplicar o bit perpendicular ao crânio dois milímetros à esquerda da sutura sagital e dois milímetros rostral à sutura coronal com pressão suave e uniforme. Uma pequena doação será sentida quando a broca penetrar no crânio.Use fórceps e uma agulha hipodérmica de pequeno calibre para remover a aba óssea, expondo totalmente a dura mater subjacente e gire a ponta impactante para o campo operacional. Fixar os ossos temporais bilaterais entre as barras de ouvido em miniatura do quadro estereotaxic e travar os incisivos dentro do grampo incisivo para criar um suporte estável de três pontos na cabeça do mouse. Abaixe a ponta até fazer contato com a dura mater exposta.O sensor de contato do instrumento fará um tom audível para alertar que o contato foi feito. Retire a ponta impactante do ponto zero e baixe a posição do impactador no quadro estereotaxic para definir a profundidade de impacto desejada. Em seguida, ativo o impactador no dispositivo de atuação antes de girar o dispositivo de volta para fora do campo para permitir que o animal seja removido do quadro.Imediatamente após a lesão, aplique pressão direta de um aplicador de algodão estéril no crânio e superfície cortical ferida para controlar qualquer sangramento e use um aplicador fresco para secar o crânio. Feche o couro cabeludo sobre a craniectomia de acordo com as técnicas padrão e administre analgesia pós-operatória. Em seguida, coloque o animal na posição de recuperação do decúbito lateral em uma gaiola limpa pré-aquecida com monitoramento até a recumbência total e meça o peso corporal a cada três dias ao longo do experimento.A entrega da lesão como demonstrado resulta em uma hemorragia intraparenquimal subdural e subaracnóide. A avaliação histológica de seções traumáticas de tecido cerebral após lesão grave revela uma perda cortical e hipocampal ipsilateral significativa, bem como edema e distorção contralateral. A imagem de MR de cérebros gravemente feridos também demonstra perda progressiva de tecido e substituição por fluido cerebra-espinhal.O impacto cortical controlado induz uma lesão confiável e consistente que é capaz de produzir uma ampla gama de lesões cerebrais clinicamente aplicáveis. Nosso método de impacto cortical controlado gera um modelo murino de lesão cerebral traumática grave para análise comportamental e de imagem e produz tecidos para análise molecular e celular.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Lateral Fluid Percussion: Model of Traumatic Brain Injury in Mice

Percussão Fluid lateral: Modelo de Lesão em Ratos

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

Neurociência

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

Investigações sobre alterações da função Circuito Hippocampal Após lesão cerebral traumática leve

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

Um modelo de romance In Vitro de explosão traumatismo crânio-encefálico

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

Efeitos de Neurotrauma induzida por explosão em roedores pressurizado artérias cerebrais de médio

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

Investigando alterações na microbiota de caecum após traumatismo cranioencefálico em camundongos

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

Indução de lesão cerebral axonal difusa em ratos com base na aceleração rotacional

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

Análise de Sistemas da Resposta Neuroinflammatória e Hemodinâmica à Lesão Cerebral Traumática

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

Um teste métrico para avaliar a memória espacial de trabalho em ratos adultos após lesão cerebral traumática

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

Modelo de Lesão Cerebral Traumática Leve em Camundongos com Controle Eletromagnético

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

Avaliação das Alterações na Plasticidade Sináptica Utilizando um Modelo de Traumatismo Cranioencefálico Leve

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