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 trabajo fue apoyado por National Institutes of Health Grant GM117341 y The American College of Surgeons C. James Carrico Research Fellowship to S.J.S.

Todos los procedimientos fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad Northwestern. Los ratones C57BL/6 fueron comprados al Laboratorio Jackson y el grupo alojado en una instalación de barrera en el Centro de Medicina Comparada de la Universidad Northwestern (Chicago, IL). Todos los animales fueron alojados en 12/12 h ciclo claro/oscuro con acceso gratuito a alimentos y agua.
1. Inducir la anestesia
<ol><li>Anestetizar el ratón con ketamina (...

<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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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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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonclassical+Monocytes+Mediate+Secondary+Injury,+Neurocognitive+Outcome,+and+Neutrophil+Infiltration+after+Traumatic+Brain+Injury.">Nonclassical Monocytes Mediate Secondary Injury, Neurocognitive Outcome, and Neutrophil Infiltration after Traumatic Brain Injury.</a> Journal of Immunology. 199 (10), 3583-3591 (2017).</li><li>Thompson, H. 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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>

Hay varios pasos que son críticos para aplicar una lesión confiable y consistente. En primer lugar, el ratón debe alcanzar un plano profundo de anestesia quirúrgica asegurando que no haya movimiento durante la realización de la craneectomía. Mientras que se pueden utilizar numerosos regímenes anestésicos para inducir anestesia general en roedores, los anestésicos que inducen depresión respiratoria como los anestésicos inhalatorios pueden resultar en un paro respiratorio cuando se combinan con un TBI grave. Est...

Los Centros para el Control y la Prevención de Lesiones estiman que aproximadamente 2 millones de estadounidenses sufren una lesión cerebral traumática (TBI) cada año1,2. De hecho, TBI contribuye a más del 30% de todas las muertes relacionadas con lesiones en los Estados Unidos con costos de atención médica cercanos a $80 mil millones anuales y casi $4 millones por persona por año sobreviviendo a un TBIsevero 3,4,5. El impacto de la TBI se pone de relieve por las importantes complicaciones neurocognitivas y neuropsiquiátricas a largo plazo sufridas por sus sobrevivientes con el inicio insidioso de deficiencias conductuales, cognitivas y motoras que se denominan Encefalopatía Traumática Crónica (TEC) 6 , 7 , 8 , 9 , 10. Incluso los eventos conmocionsivas subclínicos —aquellos impactos que no resultan en síntomas clínicos— pueden conducir a una disfunción neurológica a largo plazo11,12.
Los modelos animales para el estudio de TBI se han empleado desde finales de 180013. En la década de 1980, se desarrolló un impactador neumático con el propósito de modelar TBI. Este método se conoce ahora como impacto cortical controlado (CCI)14. El control y la reproducibilidad de CCI llevaron a los investigadores a adaptar el modelo para su uso en roedores15. Nuestro laboratorio utiliza este modelo para inducir TBI a través de un impactador disponible comercialmente y un dispositivo de accionamiento electrónico16,17. Este modelo es capaz de producir una amplia gama de estados TBI clínicamente aplicables dependiendo de los parámetros biomecánicos utilizados. La evaluación histológica de los cerebros TBI después de una lesión grave inducida en nuestro laboratorio demuestra una pérdida significativa de cortical y hipocampal ipsilateral, así como edema contralateral y distorsión. Además, CCI produce un deterioro constante en la función motora y cognitiva medida por ensayos conductuales18. Las limitaciones a CCI incluyen la necesidad de craneotomía y el gasto de adquirir el impactador y el dispositivo de accionamiento.
Existen varios modelos adicionales de TBI y están bien establecidos en la literatura, incluyendo el modelo de percusión de fluido lateral, modelo de caída de peso, y lesión por explosión modelo19,20,21. Si bien cada uno de estos modelos tiene sus propias ventajas distintas, sus principales inconvenientes son lesiones mixtas, alta mortalidad y falta de estandarización, respectivamente22. Además, ninguno de estos modelos ofrece la precisión, precisión y reproducibilidad de CCI. Al ajustar la entrada de parámetros biomecánicos en el dispositivo de accionamiento, el modelo CCI permite al investigador un control preciso sobre el tamaño de la lesión, la profundidad de la lesión y la energía cinética aplicada al cerebro. Esto da a los investigadores la capacidad de aplicar todo el espectro de TBI a áreas específicas del cerebro. También permite la mayor reproducibilidad desde el experimento hasta el experimento.

<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

Los Centros para el Control y la Prevención de Lesiones estiman que casi 2 millones de personas sufren una lesión cerebral traumática (TBI) cada año en los Estados Unidos. De hecho, el TBI es un factor que contribuye a más de un tercio de toda la mortalidad relacionada con el daño. Sin embargo, los mecanismos celulares y moleculares subyacentes a la fisiopatología de la TBI se entienden mal. Por lo tanto, los modelos preclínicos de TBI capaces de replicar los mecanismos de lesión pertinentes a TBI en pacientes humanos son una necesidad crítica de investigación. El modelo de impacto cortical controlado (CCI) de TBI utiliza un dispositivo mecánico para impactar directamente la corteza expuesta. Si bien ningún modelo puede recapitular completamente los patrones de lesión dispares y la naturaleza heterogénea de TBI en pacientes humanos, CCI es capaz de inducir una amplia gama de TBI clínicamente aplicable. Además, CCI se estandariza fácilmente permitiendo a los investigadores comparar los resultados entre experimentos, así como entre grupos de investigación. El siguiente protocolo es una descripción detallada de la aplicación de un CCI grave con un dispositivo de impacto disponible comercialmente en un modelo murino de TBI.

El impactador se monta directamente en el marco estereotaxico, lo que permite una resolución de hasta 10 m para el control del punto de impacto, profundidad y penetración. Las fuerzas electromagnéticas empleadas pueden impartir velocidades de impacto que van de 1,5 a 6 m/s. Esto permite una precisión y reproducibilidad sin igual en toda la gama de TBI clínicamente relevantes. Los investigadores pueden realizar experimentos piloto cambiando los parámetros de la lesión, como el tamaño de la punta del impactador, la...

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

Modelo Murino de Impacto Cortical Controlado para la Inducción de Lesiones Cerebrales Traumáticas

Aquí describimos un protocolo para la inducción de una lesión cerebral traumática murina a través de un impacto cortical controlado a cabeza abierta.

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

El impacto cortical controlado es fácil de estandarizar entre sujetos y experimentos y permite la aplicación de todo el espectro de lesiones cerebrales traumáticas a regiones definidas con precisión del cerebro. Demostrando este procedimiento está La Meca Islam, un técnico de investigación en mi laboratorio. Esta técnica sigue siendo la forma más consistente y reproducible de inducir lesiones cerebrales traumáticas en roedores.Antes de comenzar el procedimiento, conecte el dispositivo impactante al cuadro de funcionamiento estereotaxico. Se el dispositivo de accionamiento con los parámetros biomecánicos deseados para la velocidad experimental adecuada y el tiempo de pozo. Ponte nuevo equipo de protección personal y guantes estériles y confirma la falta de respuesta al pellizco del dedo del dedo del ratón experimental anestesiado.Use pinzas para afeitar el pelaje para el sitio quirúrgico y aplicar ung ón en los ojos del animal. A continuación, coloque el ratón en el quirófano y prepare la piel afeitada con tres exfoliantes quirúrgicos secuenciales a base de yodo y alcohol. Para inducir una lesión cerebral traumática cortical controlada, primero usa un bisturí para hacer una incisión de un centímetro a lo largo de la línea media del cuero cabelludo para exponer el cráneo.Retirar el cuero cabelludo del sitio operativo e identificar las suturas sagitales y coronal en el cráneo expuesto. Para realizar una craniectomía, equipe un microdrill con una broca de trephine de cinco milímetros para activar el taladro a la máxima velocidad y aplique la broca perpendicular al cráneo dos milímetros a la izquierda de la sutura sagital y dos milímetros rosados a la sutura coronal con una presión uniforme suave. Una ligera da se sentirá cuando el taladro penetra en el cráneo.Utilice fórceps y una aguja hipodérmica de pequeño calibre para extraer la solapa ósea, exponiendo completamente la duramadre subyacente y gire la punta del impactador en el campo operativo. Asegure los huesos temporales bilaterales entre las barras de oído en miniatura del marco estereotaxico y bloquee los incisivos dentro de la abrazadera incisiva para crear una sujeción estable de tres puntos en la cabeza del ratón. Baje la punta hasta que entre en contacto con la dura mater expuesta.El sensor de contacto del instrumento hará un tono audible para alertar de que se ha realizado contacto. Retirar la punta impactante desde el punto cero y bajar la posición del impactador en el marco estereotaxico para establecer la profundidad de impacto deseada. A continuación, active el impactador en el dispositivo de accionamiento antes de volver a girar el dispositivo fuera del campo para permitir que el animal sea retirado del marco.Inmediatamente después de la lesión, aplique la presión directa de un aplicador con punta de algodón estéril en el cráneo y la superficie cortical lesionada para controlar cualquier sangrado y utilice un aplicador fresco para secar el cráneo. Cierre el cuero cabelludo sobre la craniectomía de acuerdo con las técnicas estándar y administre analgesia postoperatoria. A continuación, coloque al animal en la posición de recuperación de los decúbitos laterales en una jaula limpia precalientada con monitoreo hasta la recumbencia completa y mida el peso corporal cada tres días a lo largo del experimento.La entrega de la lesión como se demuestra resulta en una hemorragia intraparenquimal y subaracnoidea subdural. La evaluación histológica de las secciones del tejido cerebral por lesión cerebral traumática después de una lesión grave revela una pérdida cortical y hipocampal ipsilateral significativa, así como un edema y distorsión contralaterales. Las imágenes por RMN de cerebros gravemente lesionados también demuestran la pérdida progresiva de tejido y el reemplazo por el líquido cefalorraquídeo.El impacto cortical controlado induce una lesión confiable y consistente que es capaz de producir una amplia gama de lesiones cerebrales clínicamente aplicables. Nuestro método de impacto cortical controlado genera un modelo murino de lesión cerebral traumática grave para el análisis conductual y por imágenes y produce tejido para el análisis molecular y celular.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Lateral Fluid Percussion: Model of Traumatic Brain Injury in Mice

Percusión fluido lateral: Modelo de Lesión Cerebral Traumática en ratones

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

Investigación

Neurociencias

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

Las investigaciones sobre alteraciones de la función del circuito del hipocampo después de una lesión 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

Un modelo de novela In Vitro de lesión cerebral traumática por explosión

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

Efectos de Neurotrauma inducido ráfaga en roedor a presión media de las arterias cerebrales

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

Investigación de alteraciones en Caecum Microbiota después de una lesión cerebral traumática en ratones

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

Inducción de lesión cerebral axonal difusa en ratas basada en aceleración 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

Análisis de sistemas de la respuesta neuroinflamatoria y hemodinámica a la lesión 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

Una prueba métrica para evaluar la memoria de trabajo espacial en ratas adultas después de una lesión 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 electromagnético controlado de cabeza cerrada de lesión cerebral traumática leve en ratones

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

Evaluación de los cambios en la plasticidad sináptica utilizando un modelo de lesión cerebral traumática leve con vigilia

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