Summary

Modelo de Lesão Cerebral Traumática Leve em Camundongos com Controle Eletromagnético

Published: September 28, 2022
doi:

Summary

O protocolo descreve traumatismo cranioencefálico leve em modelo de camundongo. Em particular, um protocolo passo-a-passo para induzir um traumatismo cranioencefálico fechado na linha média leve e a caracterização do modelo animal são totalmente explicados.

Abstract

Modelos animais altamente reprodutíveis de traumatismo cranioencefálico (TCE), com patologias bem definidas, são necessários para testar intervenções terapêuticas e entender os mecanismos de como um TCE altera a função cerebral. A disponibilidade de múltiplos modelos animais de TCE é necessária para modelar os diferentes aspectos e gravidades do TCE observados em pessoas. Este manuscrito descreve o uso de um traumatismo cranioencefálico fechado (TCE) na linha média para desenvolver um modelo de TCE leve em camundongos. O modelo é considerado leve porque não produz lesões cerebrais estruturais baseadas em neuroimagem ou perda neuronal macroscópica. No entanto, um único impacto cria patologia suficiente para que o comprometimento cognitivo seja mensurável pelo menos 1 mês após a lesão. Um protocolo passo-a-passo para induzir um CHI em camundongos usando um impactor eletromagnético guiado estereotaxicamente é definido no artigo. Os benefícios do modelo de TCEC leve incluem a reprodutibilidade das alterações induzidas por lesão com baixa mortalidade. O modelo foi caracterizado temporalmente até 1 ano após a lesão para alterações neuromagnéticas, neuroquímicas, neuropatológicas e comportamentais. O modelo é complementar aos modelos de crânio aberto de impacto cortical controlado usando o mesmo dispositivo pêndulo. Assim, os laboratórios podem modelar tanto o TCE difuso leve quanto o TCE focal moderado a grave com o mesmo impactor.

Introduction

O traumatismo cranioencefálico (TCE) é causado por uma força externa no cérebro, frequentemente associada a quedas, lesões esportivas, violência física ou acidentes de trânsito. Em 2014, os Centros de Controle e Prevenção de Doenças determinaram que 2,53 milhões de americanos procuraram o departamento de emergência para procurar ajuda médica para acidentes relacionados ao TCE1. Como o TCE leve (TCEm) representa a maioria dos casos de TCE, nas últimas décadas, vários modelos de TCEm têm sido adotados, os quais incluem queda de peso, traumatismo cranioencefálico fechado por pistão e impacto cortical controlado, lesão rotacional, lesão leve por percussão líquidae modelos de lesão por explosão2,3. A heterogeneidade dos modelos de TCEm é útil para abordar as diferentes características associadas ao TCEm observadas em pessoas e para ajudar a avaliar os mecanismos celulares e moleculares associados à lesão cerebral.

Dos modelos comumente utilizados de TCE fechado, um dos primeiros e mais utilizados é o método de queda de peso, em que um objeto é derrubado de uma altura específica sobre a cabeça do animal (anestesiado ou acordado)2,4. No método de queda de peso, a gravidade da lesão depende de vários parâmetros, incluindo craniotomias realizadas ou não, cabeça fixa ou livre, distância e peso do objeto em queda 2,4. Uma desvantagem desse modelo é a alta variabilidade na gravidade da lesão e a alta taxa de mortalidade associada à depressãorespiratória5,6. Uma alternativa comum é entregar o impacto usando um dispositivo pneumático ou eletromagnético, o que pode ser feito diretamente na dura-máter exposta (impacto cortical controlado: CCI) ou no crânio fechado (traumatismo craniano fechado: CHI). Um dos pontos fortes da lesão conduzida por pistão é sua alta reprodutibilidade e baixa mortalidade. Entretanto, a ICC requer craniotomia7,8, e a própria craniotomia induz inflamação9. Em vez disso, no modelo de TCEC, não há necessidade de craniotomia. Como já dito, cada modelo tem limitações. Uma das limitações do modelo de TCEC descrito neste trabalho é que a cirurgia é realizada com armação estereotáxica e a cabeça do animal é imobilizada. Embora a imobilização total da cabeça assegure a reprodutibilidade, ela não contabiliza o movimento após o impacto que poderia contribuir para a lesão associada a um TCEm.

Este protocolo descreve um método básico para realizar um impacto de CHI com um dispositivo de impacto eletromagnético10 disponível comercialmente em um mouse. Este protocolo detalha os parâmetros exatos envolvidos para se obter uma lesão altamente reprodutível. Em particular, o investigador tem controle preciso sobre os parâmetros (profundidade da lesão, tempo de permanência e velocidade do impacto) para definir com precisão a gravidade da lesão. Como descrito, esse modelo de TCEC produz uma lesão que resulta em fenótipos bilaterais, tanto difusos quanto microscópicos (isto é, ativação crônica da glia, dano axonal e vascular), e comportamentais11,12,13,14,15. Além disso, o modelo descrito é considerado leve, pois não induz lesões cerebrais estruturais baseadas em RM ou lesões macroscópicas anatomopatológicas mesmo 1 ano após alesão16,17.

Protocol

Os experimentos realizados foram aprovados pelo Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) da Universidade de Kentucky, e tanto as diretrizes do ARRIVE quanto do Guide for the Care and Use of Laboratory Animals foram seguidas durante o estudo. 1. Arranjo cirúrgico NOTA: Os ratos são alojados em grupos de 4-5/gaiola, a umidade na sala de alojamento é mantida em 43%-47%, e a temperatura é mantida em 22-23 °C. Os camundongos recebem acesso …

Representative Results

Este dispositivo estereotáxico eletromagnético é versátil. É usado tanto para um impacto cortical controlado de crânio aberto (CCI) ou uma cirurgia de traumatismo craniano fechado (CHI). Além disso, a gravidade da lesão pode ser modulada alterando-se os parâmetros da lesão, como velocidade de impacto, tempo de permanência, profundidade do impacto, ponta do pêndulo e alvo da lesão. Aqui é descrita uma cirurgia de TCEC usando um pêndulo de ponta de aço de 5,0 mm. Essa lesão é considerada leve, pois não h…

Discussion

Várias etapas estão envolvidas na recriação de um modelo consistente de lesão usando o modelo descrito. Primeiro, é fundamental prender corretamente o animal no quadro estereotáxico. A cabeça do animal não deve ser capaz de se mover lateralmente, e o crânio deve ser completamente plano com bregma e lambda lendo as mesmas coordenadas. A colocação correta das barras auriculares é o aspecto mais difícil desta cirurgia, e isso só pode ser aprendido com a prática. Se o crânio não estiver nivelado, a cabeça …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi apoiado em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde sob os números de prêmio R01NS120882, RF1NS119165 e R01NS103785 e pelo número de prêmio do Departamento de Defesa AZ190017. O conteúdo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa as opiniões oficiais dos Institutos Nacionais de Saúde ou do Departamento de Defesa.

Materials

9 mm Autoclip Applier Braintree scientific ACS- APL Surgery
9 mm Autoclip Remover Braintree scientific ACS- RMV Surgery
9 mm Autoclip, Case of 1,000 clips Braintree scientific ACS- CS Surgery (Staples)
Aperio ImageScope software  Leica BioSystems NA  IHC
BladeFLASK Blade Remover Fisher Scientific 22-444-275 Surgery
Cotton tip applicator VWR 89031-270 Surgery
Digitial mouse stereotaxic frame Stoelting 51730D Surgery
Dumont #7 Forceps Roboz RS-5047 Surgery
Ear bars Stoelting 51649 Surgery
EthoVision XT 11.0  Noldus Information Technology NA RAWM 
Fiber-Lite Dolan-Jeffer Industries UN16103-DG Surgery
Fisherbrand Bulb for Small Pipets Fisher Scientific 03-448-21 Head support apparatus
Gemini Avoidance System San Diego Instruments NA Active avoidance
Heating Pad Sunbeam  732500000U Surgery prep
HRP conjugated goat anti-rabbit IgG  Jackson Immuno Research laboratories 111-065-144  IHC
Induction chamber Kent Scientific VetFlo-0530XS Surgery prep
Isoflurane, USP Covetrus NDC: 11695-6777-2 Surgery
Mouse gas anesthesia head holder Stoelting 51609M Surgery
Neuropactor Stereotaxic Impactor Neuroscience Tools n/a Surgery: Formally distributed by Lecia as impact one
NexGen Mouse 500 Allentown  n/a Post-surgery, holding cage
Parafilm Bemis PM992 Head support apparatus
Peanut – Professional Hair Clipper Whal 8655-200  Surgery prep
Povidone-Iodine Solution USP, 10% (w/v), 1% (w/v) available Iodine, for laboratory Ricca 3955-16 Surgery
Puralube Vet Oinment,petrolatum ophthalmic ointment, Sterile ocular lubricant Dechra 17033-211-38 Surgery
Rabbit anti-GFAP  Dako Z0334 IHC
Rabbit anti-IBA1  Wako 019-19741 IHC
8-arm Radial Arm Water Maze MazeEngineers n/a RAWM 
Scale OHAUS CS series BAL-101 Surgery prep
Scalpel Handle #7 Solid 6.25"  Roboz RS-9847 Surgery
Sterile Alcohol Prep Pads (isopropyl alcohol 70% v/v) Fisher Brand 22-363-750 Surgery prep
SumnoSuite low-flow anesthesia system Kent Scientific SS-01 Surgery
10 mL syringe Luer-Lok Tip BD Bard-Parker 302995 Head support apparatus
Timers Fisher Scientific 6KED8 Surgery
Topical anesthetic cream L.M.X 4 NDC 0496-0882-15 Surgery prep
Triple antibiotic ointment Major NDC 0904-0734-31 Post-surgery
Tubing MasterFlex 96410-16 Head support apparatus
Vaporizer Single Channel Anesthesia System Kent Scientific VetFlo-1210S Surgery prep

References

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Cite This Article
Macheda, T., Roberts, K., Bachstetter, A. D. Electromagnetic Controlled Closed-Head Model of Mild Traumatic Brain Injury in Mice. J. Vis. Exp. (187), e64556, doi:10.3791/64556 (2022).

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