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

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 epilepsie^1,2,3,4. 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-gewichtsvalmodel^10,11 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.