Elektromagnetisch gesteuertes Closed-Head-Modell für leichtes Schädel-Hirn-Trauma bei Mäusen

Ein Schädel-Hirn-Trauma (SHT) wird durch eine äußere Kraft auf das Gehirn verursacht, die oft mit Stürzen, Sportverletzungen, körperlicher Gewalt oder Verkehrsunfällen verbunden ist. Im Jahr 2014 stellten die Centers for Disease Control and Prevention fest, dass 2,53 Millionen Amerikaner die Notaufnahme aufsuchten, um medizinische Hilfe bei Unfällen im Zusammenhang mit SHT zu suchen¹. Da ein leichtes SHT (mSHT) die Mehrheit der SHT-Fälle ausmacht, wurden in den letzten Jahrzehnten mehrere Modelle von mSHT übernommen, darunter Gewichtsverlust, kolbengetriebene geschlossene Kopfverletzung und kontrollierter kortikaler Aufprall, Rotationsverletzung, leichte Flüssigkeitsperkussionsverletzung und Explosionsverletzungsmodelle ^2,3. Die Heterogenität der mSHT-Modelle ist nützlich, um die verschiedenen Merkmale von mSHT beim Menschen zu untersuchen und die zellulären und molekularen Mechanismen zu bewerten, die mit Hirnverletzungen verbunden sind.

Eines der am häufigsten verwendeten Modelle für geschlossene Kopfverletzungen ist eines der ersten und am weitesten verbreiteten Modelle die Gewichtsabsenkungsmethode, bei der ein Gegenstand aus einer bestimmten Höhe auf den Kopf des Tieres (betäubt oder wach) fallen gelassen ^wird2,4. Bei der Gewichtsabfallmethode hängt die Schwere der Verletzung von mehreren Parametern ab, darunter die durchgeführte oder nicht durchgeführte Kraniotomie, der Kopf fest oder frei sowie die Entfernung und das Gewicht des fallenden Gegenstands ^2,4. Ein Nachteil dieses Modells ist die hohe Variabilität in der Schwere der Verletzung und die hohe Sterblichkeitsrate, die mit einer Atemdepression einhergeht ^5,6. Eine gängige Alternative ist die Abgabe des Aufpralls mit einem pneumatischen oder elektromagnetischen Gerät, das direkt auf die freiliegende Dura (kontrollierter kortikaler Aufprall: CCI) oder den geschlossenen Schädel (geschlossene Kopfverletzung: CHI) erfolgen kann. Eine der Stärken der kolbengetriebenen Verletzung ist ihre hohe Reproduzierbarkeit und geringe Sterblichkeit. Eine CCI erfordert jedoch eine Kraniotomie^7,8, und eine Kraniotomie selbst induziert eine Entzündung⁹. Stattdessen ist beim CHI-Modell keine Kraniotomie erforderlich. Wie bereits erwähnt, hat jedes Modell seine Grenzen. Eine der Einschränkungen des in dieser Arbeit beschriebenen CHI-Modells besteht darin, dass die Operation mit einem stereotaktischen Rahmen durchgeführt wird und der Kopf des Tieres ruhiggestellt wird. Während die vollständige Ruhigstellung des Kopfes die Reproduzierbarkeit gewährleistet, berücksichtigt sie nicht die Bewegung nach dem Aufprall, die zu der mit einem mSHT verbundenen Verletzung beitragen könnte.

Dieses Protokoll beschreibt ein grundlegendes Verfahren zum Ausführen eines CHI-Aufpralls mit einer handelsüblichen elektromagnetischen Impaktorvorrichtung¹⁰ in einer Maus. Dieses Protokoll beschreibt die genauen Parameter, die erforderlich sind, um eine hochgradig reproduzierbare Verletzung zu erreichen. Insbesondere hat der Untersucher eine genaue Kontrolle über die Parameter (Verletzungstiefe, Verweildauer und Aufprallgeschwindigkeit), um die Verletzungsschwere genau zu definieren. Wie beschrieben, erzeugt dieses CHI-Modell eine Verletzung, die zu einer bilateralen Pathologie führt, sowohl diffus als auch mikroskopisch (d.h. chronische Aktivierung von Gliazellen, axonalen und vaskulären Schäden) und Verhaltensphänotypen 11,12,13,14,15. Darüber hinaus wird das beschriebene Modell als mild angesehen, da es auch 1 Jahr nach der Verletzung keine strukturellen Hirnläsionen auf der Grundlage von MRT oder grobe Läsionen auf der Pathologie induziert^16,17.