Indurre l'epilessia post-traumatica in un modello murino di lesioni cerebrali traumatiche diffuse ripetitive

Ogni anno TBI colpisce circa 60 milioni di persone in tutto il mondo. Gli individui interessati sono a più alto rischio di sviluppare l’epilessia, che può manifestarsi anni dopo la lesione iniziale. Anche se i TBI gravi sono associati a un rischio più elevato di epilessia, anche la TBI lieve aumenta la probabilità di un individuo di sviluppare l’epilessia^1,2,3^,4. Tutti i TBI possono essere classificati come focali, diffusi o una combinazione di entrambi. Lesione cerebrale diffusa, presente in molti se non in tutti i TBC, è il risultato di tessuti cerebrali di densità diverse tosatura contro l’altro a causa di accelerazione-decelerazione e forze rotazionali. Per definizione, la lesione diffusa si verifica solo in isolamento in lesioni cerebrali miti/concussive non penetranti, in cui nessuna lesione cerebrale è visibile sulle scansioni tomografiche computertiche⁵.

Ci sono attualmente due problemi critici nella gestione dei pazienti che hanno, o sono a rischio di, lo sviluppo di epilessia post-traumatica (PTE). Il primo è che una volta che la PTE si è manifestata, le crisi sono resistenti ai farmaci antiepilettici disponibili (AED)⁶. In secondo luogo, gli ED sono ugualmente inefficaci nella prevenzione dell’epilettia e non esistono approcci terapeutici alternativi efficaci. Per affrontare questo deficit e trovare migliori obiettivi terapeutici e candidati per il trattamento, sarà necessario esplorare nuovi meccanismi cellulari e molecolari alla radice di PTE⁶.

Una delle caratteristiche principali dell’epilessia post-traumatica è il periodo latente tra l’evento traumatico iniziale e l’insorgenza di crisi spontanee, non provocate e ricorrenti. Gli eventi che si verificano all’interno di questa finestra temporale sono un focus naturale per i ricercatori, perché questa finestra temporale potrebbe consentire il trattamento e la prevenzione del PTE del tutto. I modelli animali sono più comunemente utilizzati per questa ricerca perché offrono diversi vantaggi distinti, non ultimo dei quali è che il monitoraggio continuo dei pazienti umani sarebbe sia impraticabile e costoso su tali intervalli di tempo potenzialmente lunghi. Inoltre, i meccanismi cellulari e molecolari alla radice dell’epileptogenesi possono essere esplorati solo in modelli animali.

I modelli animali con convulsioni post-traumatiche spontanee ed epilessia sono preferiti rispetto ai modelli in cui le convulsioni sono indotte dopo la TBI con mezzi meno fisiologici, come ad esempio mediante chemioconvulsivi o stimolazione elettrica acutamente, cronicamente o per accensione. Modelli spontanei di crisi post-traumatica testano come il TBI modifidi la rete cerebrale sana che porta all’epilettia. Gli studi che utilizzano una stimolazione aggiuntiva dopo il TBI valutano come l’esposizione al TBI riduce la soglia di convulsione e influisce sulla suscettibilità alle crisi epilettiche. I vantaggi dei modelli animali con crisi epilettiche indotte chimicamente o con stimolazione elettrica sono nel testare i meccanismi specifici della rifrattanza agli DAE e l’efficacia dei DAE esistenti e nuovi. Tuttavia, il grado di pertinenza e la traduzione di questi dati nell’uomo può essere ambiguo⁷ a causa dei seguenti: 1) i meccanismi di convulsione possono essere diversi da quelli indotti dalla sola TBI; 2) non tutti questi modelli portano a crisi spontanee⁷; 3) le lesioni create dall’agente convulso stesso, con la cannula necessaria per la sua consegna, o stimolando il posizionamento degli elettrodi in strutture di profondità (ad esempio, l’ippocampo o l’amigdala) possono già causare una maggiore suscettibilità organizzativa e persino potenziali di campo epilettico ippocampali⁷. Inoltre, alcuni agenti convulsivi (cioè l’acido kainico) producono lesioni ippocampali dirette e sclerosi, che non è tipica dopo la TBI diffusa.

Fino a poco tempo fa, esistevano solo due modelli animali di epilessia post-traumatica: impatto corticale controllato (CCI, focale) o lesione di percussioni fluide (FPI, focale e diffusa)⁸. Entrambi i modelli provocano grandi lesioni focali a fianco di perdita di tessuto, emorragia, e gliosi in roditori⁸. Questi modelli imitano l’epilessia post-traumatica indotta da grandi lesioni focali. Uno studio recente ha dimostrato che la TBI diffusa ripetuta (3x) è sufficiente per lo sviluppo di convulsioni spontanee ed epilessia nei topi anche in assenza di lesioni focali⁹, aggiungendo un terzo modello PTE di roditori con convulsioni ricorrenti spontanee confermate. Questo nuovo modello imita i cambiamenti cellulari e molecolari indotti dalla TBI diffusa, rappresentando meglio la popolazione umana con TTB lievi e concussive. In questo modello, il periodo latente di tre settimane o più prima dell’insorgenza del sequestro e l’emergere di crisi epilettiche tardive, spontanee e ricorrenti, consentono di studiare le cause profonde dell’epilettia post-traumatica, testando l’efficacia di approcci preventivi e nuovi candidati terapeutici dopo l’insorgenza del sequestro e ha il potenziale per lo sviluppo di biomarcatori di epiptogenesi epilessia post-traumatica perché circa la metà degli animali sviluppa post-epilepposizione.

La scelta del modello animale per lo studio dell’epilessia post-traumatica dipende dalla questione scientifica, dal tipo di lesione cerebrale studiata e dagli strumenti che verranno utilizzati per determinare i meccanismi cellulari e molecolari sottostanti. In definitiva, qualsiasi modello di epilessia post-traumatica deve dimostrare sia l’emergere di crisi epilettiche spontanee dopo la TBI sia un periodo di latenza iniziale in un sottoinsieme di animali TBI, perché non tutti i pazienti che incorrono in un TBI continuano a sviluppare l’epilessia. Per fare questo, l’elettroencefalografia (EEG) con acquisizione video simultanea viene utilizzata in questo protocollo. Comprendere gli aspetti tecnici alla base dell’hardware e degli approcci di acquisizione dei dati è fondamentale per un’interpretazione accurata dei dati. Gli aspetti critici dell’hardware includono il tipo di sistema di registrazione, il tipo di elettrodi (cavio o filo) e il materiale di cui sono fatti, l’acquisizione video sincronizzata (come parte del sistema EEG o di terze parti) e le proprietà del sistema informatico. È imperativo impostare i parametri di acquisizione appropriati in qualsiasi tipo di sistema a seconda dell’obiettivo dello studio, degli eventi EEG di interesse, del metodo di ulteriore analisi e della sostenibilità dell’archiviazione dei dati. Infine, il metodo di configurazione degli elettrodi (montaggio) deve essere considerato, in quanto ognuno presenta vantaggi e svantaggi e influenzerà l’interpretazione dei dati.

Questo protocollo descrive in dettaglio come utilizzare il modello di caduta del peso Di Marmarou modificato^10,11 per indurre lesioni diffuse con conseguente crisi spontanee, non provocate, ricorrenti nei topi, descrive gli approcci chirurgici per acquisire un eEG video a singolo e multicanale e sincronizzato utilizzando montaggio monopolare, bipolare o misto.