Summary

Modèle murin modifié de lésion cérébrale traumatique légère répétitive incorporant une fenêtre de crâne amincie et une percussion fluide

Published: April 19, 2024
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Summary

Ce protocole présente un modèle murin modifié de lésions cérébrales traumatiques légères répétitives (TCLr) induites par une méthode de traumatisme crânien fermé (CHI). L’approche comprend une fenêtre crânienne amincie et une percussion fluide pour réduire l’inflammation généralement causée par l’exposition aux méninges, ainsi qu’une reproductibilité et une précision améliorées dans la modélisation des TCL chez les rongeurs.

Abstract

Le traumatisme craniocérébral léger est un trouble neurologique cliniquement très hétérogène. Il est urgent de disposer de modèles animaux de lésions cérébrales traumatiques (TCC) hautement reproductibles avec des pathologies bien définies pour étudier les mécanismes de la neuropathologie après un TCC léger et tester des traitements. Reproduire l’ensemble des séquelles des traumatismes crâniens dans des modèles animaux s’est avéré être un défi. Par conséquent, la disponibilité de plusieurs modèles animaux de TCC est nécessaire pour tenir compte des divers aspects et sévérités observés chez les patients TCC. Le CHI est l’une des méthodes les plus courantes pour fabriquer des modèles de rongeurs de rmTBI. Cependant, cette méthode est sensible à de nombreux facteurs, notamment la méthode d’impact utilisée, l’épaisseur et la forme de l’os du crâne, l’apnée animale et le type d’appui-tête et d’immobilisation utilisé. L’objectif de ce protocole est de démontrer une combinaison des méthodes de la fenêtre crânienne amincie et des lésions par percussion fluide (FPI) pour produire un modèle murin précis de TCLr associé à l’CHI. L’objectif principal de ce protocole est de minimiser les facteurs qui pourraient avoir un impact sur la précision et la cohérence de la modélisation CHI et FPI, y compris l’épaisseur de l’os du crâne, la forme et le soutien de la tête. En utilisant une méthode de fenêtre crânienne amincie, l’inflammation potentielle due à la craniotomie et à l’IPF est minimisée, ce qui permet d’obtenir un modèle de souris amélioré qui reproduit les caractéristiques cliniques observées chez les patients atteints d’un TCC léger. Les résultats de l’analyse comportementale et histologique à l’aide de la coloration à l’hématoxyline et à l’éosine (HE) suggèrent que le TCLr peut entraîner une lésion cumulative qui produit des changements à la fois dans le comportement et la morphologie grossière du cerveau. Dans l’ensemble, le TCLm modifié associé au CHI constitue un outil utile pour les chercheurs afin d’explorer les mécanismes sous-jacents qui contribuent aux changements physiopathologiques focaux et diffus du TCLm.

Introduction

Les traumatismes crâniens légers, y compris les commotions cérébrales et les sous-commotions cérébrales, représentent la majorité de tous les cas de traumatismes crâniens (>80 % de tous les traumatismes crâniens)1. Les traumatismes crâniens légers résultent généralement de chutes, d’accidents de la route, d’actes de violence, de sports de contact (p. ex., football, boxe, hockey) et de combatsmilitaires2,3. Un traumatisme crânien léger peut entraîner des événements neurobiologiques qui affectent les fonctions neurocomportementales tout au long de la vie du patient et augmentent le risque de maladies neurodégénératives 4,5,6. Les modèles animaux constituent un moyen efficace et contrôlé d’étudier les traumatismes crâniens légers, dans l’espoir d’améliorer davantage le diagnostic et le traitement des traumatismes crâniens légers. Divers modèles de TCC légers ont été développés, tels que l’impact cortical contrôlé (CCI), la chute de poids (WD), la blessure par percussion fluide (FPI) et les modèles TBI 7,8. Aucun modèle expérimental unique ne peut imiter toute la complexité de la pathologie induite par les traumatismes crâniens 9,10. L’hétérogénéité de ces modèles est avantageuse pour aborder les diverses caractéristiques associées aux patients atteints de TCC léger et étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires correspondants. Cependant, chaque modèle animal de TCC a ses limites3, ce qui limite nos connaissances actuelles sur les TCC légers chez l’animal et leur pertinence clinique.

Les modèles WD et CCI sont utilisés pour reproduire des conditions cliniques telles que la perte de tissu cérébral, l’hématome sous-dural aigu, les lésions axonales, les commotions cérébrales, le dysfonctionnement de la barrière hémato-encéphalique et même le coma après un traumatisme crânien 3,11,12. Le modèle WD consiste à induire des lésions cérébrales en frappant soit la dure-mère, soit le crâne avec des poids tombant librement. L’impact d’un objet lesté sur un crâne intact peut reproduire des lésions mixtes focales/diffuses ; Cependant, cette méthode est associée à une précision et une répétabilité médiocres du site de la blessure, à des lésions par rebond et à un taux de mortalité plus élevé dû aux fractures du crâne 3,11,12. Le modèle CCI consiste à appliquer un métal entraîné par l’air pour impacter directement la dure-mère exposée. Par rapport au modèle WD, le modèle CCI est plus précis et reproductible, mais il ne produit pas de lésions diffuses en raison du petit diamètre de la pointed’impact 11. Au cours de la modélisation FPI, le tissu cérébral est brièvement déplacé et déformé par la percussion. Le FPI peut induire des lésions focales / diffuses mixtes et reproduire une hémorragie intracrânienne, un gonflement du cerveau et des lésions progressives de la matière grise après un TCC. Cependant, le FPI a un taux de mortalité élevé en raison de lésions du tronc cérébral et d’apnée prolongée 3,12. La craniotomie impliquée dans les modèles WD, CCI et FPI conventionnels peut entraîner une contusion corticale, des lésions hémorragiques, des dommages à la barrière hémato-encéphalique, une infiltration de cellules immunitaires, une activation des cellules gliales, un temps de modélisation prolongé et des issues fatales possibles 3,12.

Le TCC léger se caractérise par un score GCS (Glasgow coma scale, GCS) compris entre 13 et 152. Les traumatismes crâniens légers peuvent être focaux ou diffus et sont associés à des lésions aiguës, telles que la dégradation de l’homéostasie cellulaire, l’excitotoxicité, l’épuisement du glucose, le dysfonctionnement mitochondrial, les troubles du flux sanguin et les lésions axonales, ainsi qu’à des lésions subaiguës, notamment des lésions axonales, une neuroinflammation et une gliose 2,3. Malgré des progrès significatifs dans la délimitation de la physiopathologie complexe des TCC, les mécanismes sous-jacents des TCC/TCL légers restent insaisissables et nécessitent des investigations plusapprofondies 9. Étant donné que le CHI est le type le plus courant de TCC12, ce protocole présente une nouvelle approche pour créer un modèle murin contrôlé plus précisément de TCL à l’aide d’un dispositif FPI modifié pour effectuer un impact dans une fenêtre de crâne amincie13. En évitant les lésions induites par la craniotomie, l’épaisseur variable du crâne et les imprécisions induites par la forme, ainsi que les blessures de rebond, cette approche vise à surmonter les principaux inconvénients associés aux modèles WD, CCI et FPI. L’application de l’impact FPI sur la fenêtre du crâne aminci est pratique pour évaluer les lésions des vaisseaux cérébraux après un TCL et aide à minimiser les taux de mortalité élevés dans certains modèles, ce qui se traduit par une ressemblance plus étroite avec les caractéristiques cliniques des patients TCC.

Protocol

Toutes les procédures impliquées dans ce protocole ont été effectuées sous l’approbation du Comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux (Zhejiang Normal University, numéro de permis, dw2019005) et conformément à l’ARRIVE et au Guide des NIH pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire. Les spécifications techniques se trouvent dans la table des matériaux. 1. Procédure de manipulation des animaux Héberge…

Representative Results

Le protocole décrit dans cette étude décrit une méthode pour induire un TCLr à travers une fenêtre crânienne amincie, qui offre une solution aux lésions cérébrales causées par la préparation de la craniotomie lors de la modélisation conventionnelle du TCC par percussion. En utilisant cette procédure de percussion fluide modifiée avec le dispositif modifié, une précision et une reproductibilité améliorées de l’impact FPI ont été obtenues13. L’impacteur modifié a la polyva…

Discussion

Les traumatismes crâniens se réfèrent à deux types principaux, fermés et pénétrants, ce dernier se caractérisant par une perturbation du crâne et de la dure-mère. Les données cliniques suggèrent que les ICH sont plus fréquents que les lésions pénétrantes 1,2. Après un seul traumatisme crânien léger, la plupart des patients présentent des symptômes du SPC qui disparaissent généralement dans un court laps de temps, et il existe une controvers…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par la Key Social Development Foundation de la municipalité de Jinhua (n° 2020-3-071), le programme de formation à l’innovation et à l’entrepreneuriat des étudiants du Zhejiang College (n° S202310345087, S202310345088) et le projet de plan d’activité d’innovation scientifique et technologique des étudiants du Zhejiang Provincial College (2023R404044). Les auteurs remercient Mlle Emma Ouyang (étudiante en première année à l’Université Johns Hopkins, Bachelor of Science, Baltimore, États-Unis) pour la révision de l’article.

Materials

75% ethanol  Shandong XieKang Medical Technology Co., Ltd.  220502
Buprenorphine hydrochloride Tianjin Pharmaceutical Research Institute Pharmaceutical Co., Ltd H12020272 Solution, Analgesic
Carprofen Shanghai Guchen Biotechnology Co., Ltd 53716-49-7 Powder, Analgesic
Chlorhexidine digluconate Shanghai Macklin Biochemical Co.,Ltd. 18472-51-0 19%-21% aqueous solution, Antimicrobial
Dental cement and solvent kit Shanghai New Century Dental Materials Co., Ltd. 20220405, 3# Powder reconsituted in matching solvent
Dissecting microscope Shenzhen RWD Life Science Inc. 77019
Erythromycin ointment  Wuhan Mayinglong Pharmaceutical Group Co.,Ltd. 220412 Antibiotic
Fiber Optic Cold Light Source Shenzhen RWD Life Science Inc. F-150C
Flat-tipped micro-drill bit  Shenzhen RWD Life Science Inc. HM31008 2 mm, steel
FPI device software Jiaxing Bocom Biotech Inc. Biocom Animal Brain Impactor V1.0
ICR mice Jinhua Laboratory Animal Center   Stock#2023091 25 Male mice, 25-30g, 8 weeks old
Isoflurane Shandong Ante Animal Husbandry Technology Co., Ltd.  2023090501
Isothermal heating pad  Wenzhou Repshop Pet Products Co., Ltd. 
Luer Loc hup Custom made using a 19G needle hub
Micro hand-held skull drill Shenzhen RWD Life Science Inc. 78001 Max: 38,000rpm
Modified FPI device Jiaxing Bocom Biotech Inc.
Morris water maze Shenzhen RWD Life Science Inc. 63031 Evaluate mouse spatial learning and memory abilities
Open field Shenzhen RWD Life Science Inc. 63008 Evaluate mouse locomoation and anxiety
Ophthalmic lubricant  Suzhou Tianlong Pharmaceutical Co., Ltd.  SC230724B
Sodium diclofenac ointment  Wuhan Mayinglong Pharmaceutical Group Co.,Ltd. 221207 nonsteroidal anti-inflammatory drug
Small animal anesthesia system-Enhanced  Shenzhen RWD Life Science Inc. R530IP
Smart video-tracking system Panlab Harvard Apparatus Inc., MA, USA V3.0 Animal tracking and analysis
Stereotactic frame  Shenzhen RWD Life Science Inc. 68043
Vetbond Tissue Adhesive 3M, St Paul, MN, USA 202402AX Suture the animal wound
Y maze Shenzhen RWD Life Science Inc. 63005 Evaluate mouse spatial working memory

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Liu, Y., Mao, H., Chen, S., Wang, J., Ouyang, W. Modified Mouse Model of Repetitive Mild Traumatic Brain Injury Incorporating Thinned-Skull Window and Fluid Percussion. J. Vis. Exp. (206), e66440, doi:10.3791/66440 (2024).

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