Inducerande posttraumatisk epilepsi i en musmodell av repetitiva diffusa traumatisk hjärnskada

Varje år påverkar TBI uppskattningsvis 60 miljoner människor världen över. Drabbade individer löper större risk att utveckla epilepsi, vilket kan manifestera år efter den första skadan. Även allvarliga TBC är förknippade med en högre risk för epilepsi, även mild TBI ökar en individs chans att utveckla epilepsi^1,2,3,4. Alla TBI kan klassificeras som focal, diffusa eller en kombination av båda. Diffus hjärnskada, som finns i många om inte alla TBI, är ett resultat av hjärnvävnader av olika densiteter som klipper mot varandra på grund av accelerationsretardation och rotationskrafter. Per definition uppstår diffus skada endast i isolering i mild / hjärnskakning icke-penetrerande hjärnskada, där inga hjärnskador är synliga på datortomografi skanningar⁵.

Det finns för närvarande två kritiska problem i förvaltningen av patienter som har, eller löper risk att utveckla posttraumatisk epilepsi (PTE). Den första är att när PTE har manifesterat, beslag är resistenta mot tillgängliga antiepileptiska läkemedel (AED)⁶. För det andra är AED lika ineffektiva när det gäller att förebygga epileptogenes, och det finns inga effektiva alternativa terapeutiska metoder. För att ta itu med detta underskott och hitta bättre terapeutiska mål och kandidater för behandling, kommer det att bli nödvändigt att utforska nya cellulära och molekylära mekanismer vid roten av PTE⁶.

En av de framträdande dragen i posttraumatisk epilepsi är den latenta perioden mellan den första traumatiska händelsen och uppkomsten av spontana, oprovocerade, återkommande anfall. De händelser som inträffar inom detta tidsmässiga fönster är ett naturligt fokus för forskare, eftersom detta tidsfönster kan möjliggöra behandling och förebyggande av PTE helt och hållet. Djurmodeller används oftast för denna forskning eftersom de erbjuder flera olika fördelar, inte minst är att kontinuerlig övervakning av mänskliga patienter skulle vara både opraktisk och kostsam under så potentiellt lång tid. Dessutom kan cellulära och molekylära mekanismer vid roten av epileptogenes endast utforskas i djurmodeller.

Djurmodeller med spontana posttraumatiska anfall och epilepsi föredras framför modeller där anfall induceras efter TBI med mindre fysiologiskt relevanta medel, såsom genom chemoconvulans eller elektrisk stimulering akut, kroniskt eller genom tändsticka. Spontana posttraumatiska beslag modeller testa hur TBI ändrar friska hjärnan nätverk som leder till epileptogenes. Studier med ytterligare stimulering efter TBI bedöma hur exponering för TBI minskar krampanfall tröskel och påverkar mottaglighet för anfall. Fördelarna med djurmodeller med anfall som orsakas kemiskt eller med elektrisk stimulering är att testa de specifika mekanismerna för brytning till AEDs och effekten av befintliga och nya AEDs. Men graden av relevans och översättning av dessa uppgifter för människor kan vara tvetydig⁷ på grund av följande: 1) beslagmekanismer kan skilja sig från dem som orsakas av TBI ensam; 2) inte alla dessa modeller leder till spontana anfall^7; 3) skador som skapats av konvulsant ansmedlet själv, med kanylen som krävs för dess leverans, eller genom att stimulera elektrodplacering i djupstrukturer (t.ex. hippocampus eller amygdala) kan redan orsaka ökad krampanfall och även hippocampus epileptiform fältpotentialer⁷. Dessutom producerar vissa konvulsiva medel (dvs. kainsyra) direkta hippocampus lesioner och skleros, vilket inte är typiskt efter diffust TBI.

Fram till nyligen fanns endast två djurmodeller av posttraumatisk epilepsi: kontrollerad när som påverkas (CCI, focal) eller vätskeslagverkskada (FPI, fokal och diffus)⁸. Båda modellerna resulterar i stora fokalskador vid sidan av vävnadsförlust, blödning och gliosis hos gnagare⁸. Dessa modeller efterliknar posttraumatisk epilepsi framkallas av stora focal organskador. En färsk studie visade att upprepade (3x) diffusa TBI är tillräcklig för utveckling av spontana anfall och epilepsi hos möss även i avsaknad av fokal skador⁹, lägga till en tredje gnagare PTE modell med bekräftade spontana återkommande anfall. Denna nya modell härmar cellulära och molekylära förändringar som orsakas av diffusa TBI, bättre representerar den mänskliga befolkningen med milda, hjärnskakning TBI. I denna modell, den latenta perioden på tre veckor eller mer före beslag debut och uppkomsten av sena, spontana, återkommande beslag gör det möjligt att undersöka de grundläggande orsakerna till posttraumatisk epileptogenes, testa effekten av förebyggande metoder och nya terapeutiska kandidater efter beslag debut, och har potential för utveckling av biomarkörer av posttraumatisk epileptogenes eftersom ungefär hälften av djuren utvecklar posttraumatisk epilepsi.

Valet av djurmodell för studier av posttraumatisk epilepsi beror på den vetenskapliga frågan, vilken typ av hjärnskada som undersökts och vilka verktyg som kommer att användas för att bestämma de underliggande cellulära och molekylära mekanismerna. I slutändan måste alla modeller av posttraumatisk epilepsi visa både uppkomsten av spontana anfall efter TBI och en inledande latensperiod i en delmängd av TBI djur, eftersom inte alla patienter som ådrar sig en TBI fortsätta att utveckla epilepsi. För att göra detta används elektroencefalografi (EEG) med samtidig videoanskaffning i detta protokoll. Att förstå de tekniska aspekterna bakom dataanskaffningsmaskinvara och metoder är avgörande för korrekt datatolkning. De kritiska maskinvaruaspekterna omfattar typen av inspelningssystem, typ av elektroder (skruv- eller trådkabel) och material som de är tillverkade av synkroniserade videoförvärv (som en del av EEG-systemet eller tredje parten) och egenskaperna hos datorsystemet. Det är absolut nödvändigt att fastställa lämpliga anskaffningsparametrar i alla typer av system beroende på studiemål, EEG-händelser av intresse, ytterligare analysmetod och hållbarhet för datalagring. Slutligen måste metoden för elektrodkonfiguration (montage) beaktas, eftersom var och en har fördelar och nackdelar och kommer att påverka datatolkningen.

Detta protokoll beskriver hur man använder den modifierade Marmarou viktdroppmodell^10,11 för att inducera diffus skada som resulterar i spontana, oprovocerade, återkommande anfall hos möss, beskriver kirurgiska metoder för att förvärva en enda- och flerkanalskontinuerlig, och synkroniserad video EEG med monopol, bipolär, eller blandade montage.