Name: inducing post-traumatic epilepsy in a mouse model of repetitive diffuse traumatic brain injury
Uploaded: 2020-02-10T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Inducing Post-Traumatic Epilepsy in a Mouse Model of Repetitive Diffuse Traumatic Brain Injury Video at JoVE.com

Dit werk werd ondersteund door R01 NS105807/NS/NINDS NIH HHS/Verenigde Staten en CURE op basis van een subsidie CURE ontvangen van het United States Army Medical Research and Materiel Command, Department of Defense (DoD), via het Psychological Health and Traumatic Brain Injury Research Program under Award No. W81XWH-15-2-0069. Ivan Zuidhoek wordt zeer gewaardeerd voor het proeflezen van het manuscript.

Alle dierprocedures beschreven in dit protocol werden uitgevoerd in overeenstemming met de Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) van Virginia Tech en in overeenstemming met de National Institutes of Health's 'Guide for the Care and Use of Laboratory Animals' .
1. Protocol inzake de behandeling van dieren
OPMERKING: Dit protocol is bedoeld om dieren die na aankomst bij een verkoper naar de faciliteit worden besteld te wenning en om te voorzien dat ze door...

<ol>
	<li>Christensen, J., 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=Long-term+risk+of+epilepsy+after+traumatic+brain+injury+in+children+and+young+adults:+a+population-based+cohort+study.">Long-term risk of epilepsy after traumatic brain injury in children and young adults: a population-based cohort study.</a> Lancet. 373 (9669), 1105-1110 (2009).</li><li>Lowenstein, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epilepsy+after+head+injury:+an+overview.">Epilepsy after head injury: an overview.</a> Epilepsia. 50, 4-9 (2009).</li><li>Ferguson, P. L., 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+population-based+study+of+risk+of+epilepsy+after+hospitalization+for+traumatic+brain+injury.">A population-based study of risk of epilepsy after hospitalization for traumatic brain injury.</a> Epilepsia. 51 (5), 891-898 (2010).</li><li>Abou-Abbass, H., 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=Epidemiology+and+clinical+characteristics+of+traumatic+brain+injury+in+Lebanon:+A+systematic+review.">Epidemiology and clinical characteristics of traumatic brain injury in Lebanon: A systematic review.</a> Medicine (Baltimore). 95 (47), 5342 (2016).</li><li>Management of Concussion/mTBI Working Group. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VA/DoD+Clinical+Practice+Guideline+for+Management+of+Concussion/Mild+Traumatic+Brain+Injury.">VA/DoD Clinical Practice Guideline for Management of Concussion/Mild Traumatic Brain Injury.</a> The Journal of Rehabilitation Research and Development. 46 (6), 1-68 (2009).</li><li>Piccenna, L., Shears, G., O'Brien, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Management+of+post-traumatic+epilepsy:+An+evidence+review+over+the+last+5+years+and+future+directions.">Management of post-traumatic epilepsy: An evidence review over the last 5 years and future directions.</a> Epilepsia Open. 2 (2), 123-144 (2017).</li><li>Loscher, W., Brandt, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prevention+or+modification+of+epileptogenesis+after+brain+insults:+experimental+approaches+and+translational+research.">Prevention or modification of epileptogenesis after brain insults: experimental approaches and translational research.</a> Pharmacological Reviews. 62 (4), 668-700 (2010).</li><li>Ostergard, T., Sweet, J., Kusyk, D., Herring, E., Miller, 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+post-traumatic+epilepsy.">Animal models of post-traumatic epilepsy.</a> Journal of Neuroscience Methods. 272, 50-55 (2016).</li><li>Shandra, O., 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=Repetitive+Diffuse+Mild+Traumatic+Brain+Injury+Causes+an+Atypical+Astrocyte+Response+and+Spontaneous+Recurrent+Seizures.">Repetitive Diffuse Mild Traumatic Brain Injury Causes an Atypical Astrocyte Response and Spontaneous Recurrent Seizures.</a> Journal of Neuroscience. 39 (10), 1944-1963 (2019).</li><li>Foda, M. A., Marmarou, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+model+of+diffuse+brain+injury+in+rats.+Part+II:+Morphological+characterization.">A new model of diffuse brain injury in rats. Part II: Morphological characterization.</a> Journal of Neurosurgery. 80 (2), 301-313 (1994).</li><li>Marmarou, A., 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+new+model+of+diffuse+brain+injury+in+rats.+Part+I:+Pathophysiology+and+biomechanics.">A new model of diffuse brain injury in rats. Part I: Pathophysiology and biomechanics.</a> Journal of Neurosurgery. 80 (2), 291-300 (1994).</li><li>Paxinos, G., Keith, B. J., Franklin, 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> The Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates. , (2007).</li><li>Shandra, O., Robel, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+and+Manipulating+Astrocyte+Function+In+Vivo+in+the+Context+of+CNS+Injury.">Imaging and Manipulating Astrocyte Function In Vivo in the Context of CNS Injury.</a> Methods in Molecular Biology. 1938, 233-246 (2019).</li><li>Pitkanen, A., Immonen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epilepsy+related+to+traumatic+brain+injury.">Epilepsy related to traumatic brain injury.</a> Neurotherapeutics. 11 (2), 286-296 (2014).</li><li>Kharatishvili, I., Nissinen, J. P., McIntosh, T. K., Pitkanen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+of+posttraumatic+epilepsy+induced+by+lateral+fluid-percussion+brain+injury+in+rats.">A model of posttraumatic epilepsy induced by lateral fluid-percussion brain injury in rats.</a> Neuroscience. 140 (2), 685-697 (2006).</li><li>Pitkanen, A., Bolkvadze, T., Immonen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anti-epileptogenesis+in+rodent+post-traumatic+epilepsy+models.">Anti-epileptogenesis in rodent post-traumatic epilepsy models.</a> Neuroscience Letters. 497 (3), 163-171 (2011).</li><li>Gades, N. M., Danneman, P. J., Wixson, S. K., Tolley, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+magnitude+and+duration+of+the+analgesic+effect+of+morphine,+butorphanol,+and+buprenorphine+in+rats+and+mice.">The magnitude and duration of the analgesic effect of morphine, butorphanol, and buprenorphine in rats and mice.</a> Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 39 (2), 8-13 (2000).</li></ol>

In tegenstelling tot CCI- en FPI-modellen die focale of combinatie van brandpunts- en diffuse verwondingen veroorzaken, maakt het model van repetitieve diffuse TBI, beschreven in dit protocol, de inductie van diffuus letsel mogelijk bij afwezigheid van brandpuntshersenletsel en vereist geen hoofdhuid- of schedelopeningen en de bijbehorende ontsteking. Een bijkomend voordeel van de afwezigheid van craniectomie in dit model is dat het niet alleen mogelijk maakt om de elektroden te implanteren voor chronische continue EEG-o...

Elk jaar treft TBI naar schatting 60 miljoen mensen wereldwijd. Getroffen personen lopen een hoger risico op het ontwikkelen van epilepsie, die zich jaren na het initiële letsel kan manifesteren. Hoewel ernstige Tbs'jes gepaard gaan met een hoger risico op epilepsie, verhoogt zelfs milde TBI de kans van een individu op het ontwikkelen van epilepsie1,2,3,4. Alle TBI's kunnen worden geclassificeerd als focale, diffuse, of een combinatie van beide. Diffuus hersenletsel, aanwezig in veel, zo niet alle TBC's, is een gevolg van hersenweefsels van verschillende dichtheden scheren tegen elkaar als gevolg van versnelling-vertraging en rotatiekrachten. Diffuus letsel komt per definitie alleen in isolatie voor in mild/concussief niet-penetrerend hersenletsel, waarbij geen hersenletsels zichtbaar zijn op computertomografiescans5.
Er zijn momenteel twee kritieke problemen in de behandeling van patiënten die posttraumatische epilepsie (PTE) hebben of lopen. De eerste is dat zodra PTE zich heeft gemanifesteerd, aanvallen resistent zijn tegen beschikbare anti-epileptica (AED's)6. Ten tweede zijn AED's even ondoeltreffend in het voorkomen van epileptogenese, en er zijn geen effectieve alternatieve therapeutische benaderingen. Om dit tekort aan te pakken en betere therapeutische doelen en behandelingskandidaten te vinden, zal het nodig zijn om nieuwe cellulaire en moleculaire mechanismen aan de wortel van PTE6te verkennen.
Een van de prominente kenmerken van posttraumatische epilepsie is de latente periode tussen de eerste traumatische gebeurtenis en het begin van spontane, niet-uitgelokte, terugkerende aanvallen. De gebeurtenissen die zich voordoen binnen dit tijdelijke venster zijn een natuurlijke focus voor onderzoekers, omdat dit tijdvenster de behandeling en preventie van PTE helemaal mogelijk zou kunnen maken. Diermodellen worden meestal gebruikt voor dit onderzoek omdat ze verschillende voordelen bieden, niet de minste daarvan is dat continue monitoring van menselijke patiënten zowel onpraktisch als kostbaar zou zijn over een dergelijke potentieel lange tijdspanne. Bovendien kunnen cellulaire en moleculaire mechanismen aan de wortel van epileptogenese alleen worden onderzocht in diermodellen.
Diermodellen met spontane posttraumatische aanvallen en epilepsie hebben de voorkeur boven modellen waarbij aanvallen na TBI worden geïnduceerd door minder fysiologisch relevante middelen, zoals door chemoconvulsants of elektrische stimulatie acuut, chronisch of door aanmaak. Spontane posttraumatische epileptische aanvalsmodellen testen hoe TBI het gezonde hersennetwerk wijzigt dat leidt tot epileptogenese. Studies met behulp van extra stimulatie na TBI beoordelen hoe blootstelling aan TBI de aanvalsdrempel vermindert en de gevoeligheid voor aanvallen beïnvloedt. De voordelen van diermodellen met chemische aanvallen of elektrische stimulatie zijn het testen van de specifieke mechanismen van refractoriness aan AED's en de werkzaamheid van bestaande en nieuwe AED's. De mate van relevantie en vertaling van deze gegevens naar de mens kan echter dubbelzinnig zijn7 als gevolg van het volgende: 1) inbeslagnemingsmechanismen kunnen verschillen van die welke alleen door TBI worden veroorzaakt; 2) niet al deze modellen leiden tot spontane aanvallen7; 3) laesies gecreëerd door het convulsieve middel zelf, met de canule die nodig is voor de levering ervan, of door het stimuleren van elektrode plaatsing in dieptestructuren (bijvoorbeeld de hippocampus of amygdala) kan al leiden tot verhoogde inbeslagneming gevoeligheid en zelfs hippocampal epileptiform veld potentials7. Bovendien produceren sommige convulsieve middelen (d.w.z. kaionzuur) directe hippocampallaesies en sclerose, wat niet typisch is na diffuse TBI.
Tot voor kort bestonden er slechts twee diermodellen van posttraumatische epilepsie: gecontroleerde corticale impact (CCI, focal) of vochtpercussieletsel (FPI, focal en diffuus)8. Beide modellen resulteren in grote brandpuntslaesies naast weefselverlies, bloeding en gliosis bij knaagdieren8. Deze modellen bootsen posttraumatische epilepsie na die door grote brandpuntslaesies wordt veroorzaakt. Een recente studie toonde aan dat herhaalde (3x) diffuus TBI voldoende is voor de ontwikkeling van spontane aanvallen en epilepsie bij muizen, zelfs bij afwezigheid van focale laesies9, het toevoegen van een derde knaagdier PTE-model met bevestigde spontane terugkerende aanvallen. Dit nieuwe model bootst cellulaire en moleculaire veranderingen veroorzaakt door diffuse TBI na, beter vertegenwoordigen van de menselijke bevolking met milde, gelijktijdige TBI's. In dit model, de latente periode van drie weken of meer voor het begin van de aanval en de opkomst van de late, spontane, terugkerende aanvallen maakt het mogelijk om het onderzoeken van de onderliggende oorzaken van posttraumatische epileptogenese, het testen van de werkzaamheid van preventieve benaderingen en nieuwe therapeutische kandidaten na de aanval begin, en heeft potentieel voor de ontwikkeling van biomarkers van post-traumatische epileptogenese, omdat ongeveer de helft van de dieren ontwikkelen posttraumatische epilepsie.
De keuze van het diermodel voor de studie van posttraumatische epilepsie hangt af van de wetenschappelijke vraag, het onderzochte type hersenletsel en welke instrumenten zullen worden gebruikt om de onderliggende cellulaire en moleculaire mechanismen te bepalen. Uiteindelijk moet elk model van posttraumatische epilepsie zowel het ontstaan van spontane aanvallen na TBI als een eerste latentieperiode in een subgroep van TBI-dieren aantonen, omdat niet alle patiënten die een TBI oplopen, epilepsie ontwikkelen. Hiervoor wordt elektro-encefalografie (EEG) met gelijktijdige video-acquisitie gebruikt in dit protocol. Inzicht in de technische aspecten achter data-acquisitie hardware en benaderingen is van cruciaal belang voor nauwkeurige gegevensinterpretatie. De kritieke hardwareaspecten omvatten het type opnamesysteem, type elektroden (schroef of draadlood) en materiaal dat zij van worden gemaakt, gesynchroniseerde videoaanwinst (als deel van het systeem EEG of derde partij), en eigenschappen van het computersysteem. Het is absoluut noodzakelijk om de juiste acquisitieparameters in elk type systeem vast te stellen, afhankelijk van het studiedoel, eeg-gebeurtenissen van belang, verdere analysemethode en duurzaamheid van gegevensopslag. Ten slotte moet de methode van elektrodeconfiguratie (montage) worden overwogen, omdat elk van deze maatregelen en nadelen heeft en de interpretatie van de gegevens zal beïnvloeden.
Dit protocol beschrijft hoe het gewijzigde Marmarou-gewichtsvalmodel10,11 moet worden gebruikt om diffuus letsel te veroorzaken, wat resulteert in spontane, niet-uitgelokte, terugkerende aanvallen bij muizen, beschrijft chirurgische benaderingen om een single- en multi-channel continue, en gesynchroniseerde video-EEG te verkrijgen met behulp van monopolaire, bipolaire of gemengde montage.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.10&#34; screw</td>
			<td>Pinnacle Technology Inc., KS, USA</td>
			<td>8209</td>
			<td>0.10 inch long stainless steel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.10&#34; screw</td>
			<td>Pinnacle Technology Inc., KS, USA</td>
			<td>8403</td>
			<td>0.10 inch long with pre-soldered wire lead</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.12&#34; screw</td>
			<td>Pinnacle Technology Inc., KS, USA</td>
			<td>8212</td>
			<td>0.12 inch long stainless steel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1EEG headmount</td>
			<td>Invitro1 (subsidiary of Plastics One), VA, USA</td>
			<td>MS333/8-A/SPC</td>
			<td>3 individually Teflon-insulated platinum iridium wire electrodes (twisted or untwisted, 0.005 inch diameter) extending below threaded plastic pedestal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2EEG/1EMG headmount</td>
			<td>Pinnacle Technology Inc., KS, USA</td>
			<td>8201</td>
			<td>2EEG/1EMG channels</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3% hydrogen peroxide</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Pharmacy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3EEG headmount</td>
			<td>Pinnacle Technology Inc., KS, USA</td>
			<td>8235-SM-C</td>
			<td>custom 6-Pin Connector for 3EEG channels</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine</td>
			<td>Par Pharmaceuticals, Cos. Inc., Spring Valley, NY, USA</td>
			<td>060969</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine</td>
			<td>Par Pharmaceuticals, Cos. Inc., Spring Valley, NY, USA</td>
			<td>060969</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C57BL/6 mice</td>
			<td>Harlan/Envigo Laboratories Inc</td>
			<td></td>
			<td>male, 12-16 weeks old</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C57BL/6 mice</td>
			<td>The Jackson Laboratory</td>
			<td></td>
			<td>male, 12-16 weeks old</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carprofen</td>
			<td>Zoetis Services LLC, Parsippany, NJ, USA</td>
			<td>026357</td>
			<td>NOTE: this drug is added during weight drop only if stereotactic electrode implantation will be performed on the same day</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chlorhexidine antiseptic</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Pharmacy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental cement and solvent kit</td>
			<td>Stoelting Co., USA</td>
			<td>51459</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drill</td>
			<td>Foredom</td>
			<td>HP4-917</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drill bit</td>
			<td>Meisinger USA, LLC, USA</td>
			<td>HM1-005-HP</td>
			<td>0.5 mm, Round, 1/4, Steel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dry sterilizer</td>
			<td>Cellpoint Scientific, USA</td>
			<td></td>
			<td>Germinator 500</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG System 1</td>
			<td>Biopac Systems, CA, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG System 2</td>
			<td>Pinnacle Technology Inc., KS, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol &#8805;70%</td>
			<td>VWR, USA</td>
			<td>71001-652</td>
			<td>KOPTEC USP, Biotechnology Grade (140 Proof)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye ointment</td>
			<td>Pro Labs Ltd, USA</td>
			<td></td>
			<td>Puralube Vet Ointment Sterile Ocular Lubricant available in general online stores and pharmacies</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluriso liquid for inhalation anesthesia</td>
			<td>MWI Veterinary Supply Co., USA</td>
			<td>502017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hair removal product</td>
			<td>Church &#38; Dwight Co., Inc., USA</td>
			<td></td>
			<td>Nair cream</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>MWI Veterinary Supply Co., USA</td>
			<td>502017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Povidone-iodine surgical solution</td>
			<td>Purdue Products, USA</td>
			<td>004677</td>
			<td>Betadine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rimadyl/Carprofen</td>
			<td>Zoetis Services LLC, Parsippany, NJ, USA</td>
			<td>026357</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Harware store</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soldering iron</td>
			<td>Weller, USA</td>
			<td>WP35</td>
			<td>ST7 tip, 0.8mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless steel disc</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile cotton swabs</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile gauze pads</td>
			<td>Fisher Scientific, USA</td>
			<td>22362178</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile poly-lined absorbent towels pads</td>
			<td>Cardinal Health, USA</td>
			<td>3520</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue adhesive</td>
			<td>3M Animal Care Products, USA</td>
			<td>1469SB</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

inducing post-traumatic epilepsy in a mouse model of repetitive diffuse traumatic brain injury

Traumatisch hersenletsel (TBI) is een belangrijke oorzaak van verworven epilepsie. TBI kan leiden tot een brandpunts- of diffuus hersenletsel. Focal eerletsel is een gevolg van directe mechanische krachten, soms penetreren door de schedel, het creëren van een directe laesie in het hersenweefsel. Deze zijn zichtbaar tijdens de beeldvorming van de hersenen als gebieden met kneuzing, snijwond en bloeding. Focale laesies veroorzaken neuronale dood en glialittekenvorming en zijn aanwezig in 20%−25% van alle mensen die een TBI oplopen. In de meeste Gevallen van TBI wordt letsel echter veroorzaakt door versnellingsvertragingskrachten en daaropvolgende weefselafhoorwerken, wat resulteert in niet-focale, diffuse schade. Een subpopulatie van TBI-patiënten blijft posttraumatische epilepsie (PTE) ontwikkelen na een latentieperiode van maanden of jaren. Momenteel is het onmogelijk om te voorspellen welke patiënten PTE zullen ontwikkelen, en aanvallen bij PTE-patiënten zijn een uitdaging om te controleren, wat verder onderzoek noodzakelijk maakt. Tot voor kort was het veld beperkt tot slechts twee dier/knaagdiermodellen met gevalideerde spontane posttraumatische aanvallen, beide met grote brandpuntslaesies met enorm weefselverlies in de cortex en soms subcorticale structuren. In tegenstelling tot deze benaderingen werd vastgesteld dat diffuse TBI-geïnduceerde met behulp van een gewijzigd gewichtsvalmodel voldoende is om de ontwikkeling van spontane krampachtige en niet-krampende aanvallen in gang te zetten, zelfs bij afwezigheid van brandpuntslaesies of weefselverlies. Vergelijkbaar met menselijke patiënten met verworven posttraumatische epilepsie, dit model presenteert met een latentie periode na letsel voor het begin van de aanval. In dit protocol zal de gemeenschap worden voorzien van een nieuw model van posttraumatische epilepsie, waarin wordt beschreven hoe diffuse niet-lesional TBI kan worden veroorzaakt, gevolgd door continue langdurige video-elektroencephalografische diermonitoring in de loop van enkele maanden. Dit protocol zal de behandeling van dieren, de gewichtsvalprocedure, de elektrodeplaatsing voor twee acquisitiesystemen en de frequente uitdagingen die tijdens elk van de stappen van chirurgie, postoperatieve monitoring en gegevensverwerving worden ondervonden, detailleren.

Het hier beschreven protocol beschrijft de methode voor inductie van een diffuus letsel in isolatie (bijvoorbeeld bij afwezigheid een brandpuntslaesie) met behulp van een muismodel van repetitieve diffuse TBI(figuur 1). Figuur 1A toont het gewichtsvalapparaat en de componenten daarvan ( figuur1A, a1−a5) die worden gebruikt voor inductie van TBI in dit model en cruciale stappen tijdens de procedure...

Watch this Scientific Journal Video about Inducing Post-Traumatic Epilepsy in a Mouse Model of Repetitive Diffuse Traumatic Brain Injury Video at JoVE.com

Inducing Post-Traumatic Epilepsy in a Mouse Model of Repetitive Diffuse Traumatic Brain Injury Video (Video) | JoVE

Dit systematische protocol beschrijft een nieuw diermodel van posttraumatische epilepsie na repetitief licht traumatisch hersenletsel. Het eerste deel details stappen voor traumatisch hersenletsel inductie met behulp van een gewijzigd gewicht daling model. Het tweede deel geeft instructies over de chirurgische aanpak voor single- en multi-channel elektro-encefalografische data-acquisitiesystemen.

Inducerende posttraumatische epilepsie in een muis model van repetitive diffuse traumatisch hersenletsel

Traumatic brain injury (TBI) is a leading cause of acquired epilepsy. TBI can result in a focal or diffuse brain injury. Focal injury is a result of ...

Ons protocol is de eerste om een muismodel van posttraumatische epilepsie te beschrijven, veroorzaakt door licht traumatisch hersenletsel. Het gebruik van een mild diffuus traumatisch hersenletselmodel bootst een belangrijk aspect na van de pathologie van menselijk traumatisch hersenletsel dat bijna altijd een diffuus component heeft. Om biomarkers en behandelingen te ontwikkelen, is onderzoek nodig met behulp van modellen die aspecten van menselijke pathologie op de juiste manier reproduceren.Ons traumatisch hersenletsel model heeft ook het potentieel om inzicht te geven in de mechanismen die stoornis van de hersenfunctie veroorzaken na mild traumatisch hersenletsel of hersenschudding. Na bevestiging van een gebrek aan reactie op pijnreflex, plaats de muis op een schuimkussen en plaats het hoofd van de muis onder de gewichtsdruppelbuis. Plaats een platte diameter van 1,3 centimeter een millimeter dik 880 milligram gewicht roestvrij stalen schijf in het midden van het hoofd van het dier tussen de ogen en de oren.Verwijder de pin in de gewichtsdruppelbuis om de 100 gram gewichtsstang los te maken van een hoogte van 50 centimeter. Om een schijnletsel in de controlemuizen te veroorzaken, verwijdert u de gewichtsstaaf uit de buis om te voorkomen dat de pin per ongeluk vrijkomt tijdens gewichtsval. Na gewichtsdaling inductie, plaats het dier op zijn rug op een verwarmingskussen bedekt met een steriele poly gevoerde absorberende handdoek met controle tot volledige recumbency.Plaats vervolgens de muis in een schone kooi die is opgewarmd op een verwarmingskussen met herstelgel en een paar bevochtigde chow-stukken gedurende 45 minuten. Om het chirurgische veld voor te bereiden op EEG-elektrodeimplantatie, plaatst u een temperatuursensor op het pad en plaatst u de opnieuw verdoofde hersengewonde muis op een steriele gordijn bovenop het verwarmingskussen op het stereotactische apparaat. Na het bevestigen van het hoofd op zijn plaats met oorspen, breng smeerzalf aan op de ogen van het dier en gebruik ontharingscrème om het haar van de hoofdhuid te verwijderen.Desinfecteer de blootgestelde huid met drie afwisselende wattenstaafjes van povidone jodium chirurgische antiseptische oplossing en 70% ethanol in een cirkelvormige beweging. Na het verwijderen van de hoofdhuid, breng kleine hemostats op de geopende huid grenzen om het blootgestelde gebied uit te breiden. Gebruik vervolgens de scalpel om het periosteum voorzichtig te verwijderen en de schedel te uitstrijkjes met waterstofperoxide.Wanneer de schedel wordt gewist van weefsel en vertoont een witachtige verschijning, droog het bot met een steriel gaas of wattenstaafje. Voor elektrodeimplantatie, gebruik maken van een high-speed boor met een ronde 0,5 millimeter stalen bit op 5,000 tot 6.000 rotaties per minuut om zes braam gaten voor de schroef elektroden te creëren. Wanneer alle gaten zijn geboord, plaats de zes schroef elektroden in de braam gaten en meng een halve schep van tandcement poeder met verschillende druppels oplosmiddel.Gebruik een spatel om te roeren tot de tandheelkundige cement mengsel is smakeloos, maar kneedbaar en stijf genoeg om goed te worden gecondenseerd wanneer geplaatst op de schedel van het dier. Breng het cement over het gehele blootgestelde oppervlak van de schedel en elke schroefelektrode. Zet na één tot twee minuten het soldeerbout aan en plaats de drie EEG-hoofdsteun in een stereotactische houderarm.Plaats het hoofd monteren over de schedel, zodat de zes draad lood posities overeenkomen met de positie van de draad lood van elke schroef elektrode. Laat het apparaat zakken zodat het ventrale deel op het tandcement rust. Draai de draad van elk lood van elk van de schroefelektroden met de bijbehorende draad lood van het hoofd monteren, soldeer elk gedraaid paar draad voor een goede signaalgeleiding en gebruik schaar om overtollige draad trim.Buig elk gesoldeerd paar draad leidt rond het hoofd monteren. Wanneer alle paren zijn gebogen, bedek alle draad met verse tandheelkundige cement waardoor alleen het zwarte gedeelte van het hoofd mount blootgesteld. Laat de hemostats die de huidkleppen vasthouden los en breng chloorhexidine antiseptisch aan op het gebied rond het implantaat om infectie te voorkomen.Breng het dier vervolgens over van het apparaat naar een balans om het gewicht van het dier te meten als referentie voor toekomstige monitoring voordat het dier in een schone kooi op een warm verwarmingskussen met controle, herstelgel en een paar bevochtigde chowstukken wordt geplaatst. In deze figuur, een spontane aanval bij een muis 97 dagen na herhaalde gewichtsval traumatisch hersenletsel opgenomen met behulp van een drie EEG-hoofd mount geconfigureerd zoals aangetoond in deze video protocol wordt getoond. Hier wordt een spontane niet-krampachtige elektrografische aanval weergegeven die 65 dagen na herhaalde gewichtsdruppeltraumatisch hersenletsel wordt geregistreerd.In deze figuur, een spontane aanval bij een muis 23 dagen na herhaalde gewichtsval traumatisch hersenletsel werd opgenomen met behulp van een EEG hoofd mount. De spectrale kracht van een typische aanval geeft de hoogste dichtheid op in het bereik van 10 tot 40 hertz met een piek van 15 hertz. Dit protocol toont de tijdigheid voor het begin van de aanval bij dieren na herhaalde gewichtsval traumatisch hersenletsel waaruit blijkt dat de incidentie van epileptische aanvallen clustering bij sommige dieren en de nadruk op het belang van het verwerven van continue in plaats van intermitterende opnames.Een goede plaatsing van de stalen schijf, zorgvuldige implantatie van de schroefelektroden en het zorgvuldig solderen van de draadkabels zijn allemaal cruciaal voor een succesvol langetermijnexperiment. Na EEG-monitoring kunnen dieren met hersenletsel die aanvallen ontwikkelen worden gestratificeerd van dieren die niet voor latere analyse van hun cellulaire, moleculaire en fysiologische verschillen. Het stratificeren van dieren met posttraumatische epilepsie van mensen die traumatisch hersenletsel oplopen, maar geen aanvallen ontwikkelen, is van cruciaal belang voor de ontwikkeling van interventies en biomarkers.

Research

JoVE Journal

Behavior

Inducing Post-Traumatic Epilepsy in a Mouse Model of Repetitive Diffuse Traumatic Brain Injury

Compensatory Limb Use and Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Following Sensorimotor Cortex Injury in a Mouse Model of Ischemic Stroke

Compensatory Limb Use and Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Following Sensorimotor Cortex Injury in a Mouse Model of Ischemic Stroke Video (Video) | JoVE

Compenserende Limb Gebruik en Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Na Sensorimotor Cortex Letselschade in een muismodel van ischemische beroerte

Mouse models have become increasingly popular in the field of behavioral neuroscience, and specifically in studies of experimental stroke. As models ...

The Modified Hole Board - Measuring Behavior, Cognition and Social Interaction in Mice and Rats

The Modified Hole Board - Measuring Behavior, Cognition and Social Interaction in Mice and Rats Video (Video) | JoVE

De Modified Hole Board - Het meten van gedrag en cognitieve en sociale interactie bij muizen en ratten

This protocol describes the modified hole board (mHB), which combines features from a traditional hole board and open field and is designed to measure ...

Exploring the Use of Isolated Expressions and Film Clips to Evaluate Emotion Recognition by People with Traumatic Brain Injury

Exploring the Use of Isolated Expressions and Film Clips to Evaluate Emotion Recognition by People with Traumatic Brain Injury Video (Video) | JoVE

Het verkennen van het gebruik van geïsoleerde Uitdrukkingen en Film Clips te evalueren Emotion Erkenning door mensen met een traumatisch hersenletsel

The current study presented 60 people with traumatic brain injury (TBI) and 60 controls with isolated facial emotion expressions, isolated vocal emotion ...

Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to the Unilateral Hemisphere of Rat Brain

Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to the Unilateral Hemisphere of Rat Brain Video (Video) | JoVE

Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation aan de eenzijdige halfrond van de hersenen van de rat

Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, ...

Wheel Running and Environmental Complexity as a Therapeutic Intervention in an Animal Model of FASD

Wheel Running and Environmental Complexity as a Therapeutic Intervention in an Animal Model of FASD Video (Video) | JoVE

Wiel Running and Environmental Complexiteit als een therapeutische interventie in een diermodel van FASD

Aerobic exercise (e.g., wheel running (WR) extensively used in animal research) positively impacts many measures of neuroplastic potential in the brain, ...

Assessing Spatial Memory Impairment in a Mouse Model of Traumatic Brain Injury Using a Radial Water Tread Maze

Assessing Spatial Memory Impairment in a Mouse Model of Traumatic Brain Injury Using a Radial Water Tread Maze Video (Video) | JoVE

Evaluatie van ruimtelijke geheugenvermindering in een muismodel van traumatische hersenletsel met behulp van een radiaal waterdierdool

Despite the recent increase in use of mouse models in scientific research, researchers continue to use cognitive tasks that were originally designed and ...

Detecting Behavioral Deficits in Rats After Traumatic Brain Injury

Detecting Behavioral Deficits in Rats After Traumatic Brain Injury Video (Video) | JoVE

Opsporen van gedrags tekorten in ratten na traumatisch hersenletsel

With the increasing incidence of traumatic brain injury (TBI) in both civilian and military populations, TBI is now considered a chronic disease; however, ...

Using Laser Doppler Imaging and Monitoring to Analyze Spinal Cord Microcirculation in Rat

Using Laser Doppler Imaging and Monitoring to Analyze Spinal Cord Microcirculation in Rat Video (Video) | JoVE

Met behulp van Laser Doppler Imaging en toezicht voor het analyseren van ruggenmerg microcirculatie in Rat

Laser Doppler flowmetry (LDF) is a noninvasive method for blood flow (BF) measurement, which makes it preferable for measuring microcirculatory ...

A New Method for Inducing a Depression-Like Behavior in Rats

A New Method for Inducing a Depression-Like Behavior in Rats Video (Video) | JoVE

Een nieuwe methode voor het induceren van een depressie-achtige werking in ratten

Contagious depression is a phenomenon that is yet to be fully recognized and this stems from insufficient material on the subject. At the moment, there is ...

Stress-Enhanced Fear Learning, a Robust Rodent Model of Post-Traumatic Stress Disorder

Stress-Enhanced Fear Learning, a Robust Rodent Model of Post-Traumatic Stress Disorder Video (Video) | JoVE

Angst stress-Enhanced Learning, een robuuste knaagdier Model van Posttraumatische Stress-Stoornis

Fear behaviors are important for survival, but disproportionately high levels of fear can increase the vulnerability for developing psychiatric disorders ...