גרימת אפילפסיה פוסט טראומטית במודל עכבר של פגיעה במוח החוזר ומפוזר טראומטי
Summary
פרוטוקול שיטתי זה מתאר מודל חדש לבעלי חיים של אפילפסיה פוסט-טראומטית לאחר פגיעה קלה במוח הטראומטי. החלק הראשון לפרטים צעדים לפגיעה מוחית טראומטית אינדוקציה באמצעות מודל שונה ירידה במשקל. החלק השני מספק הנחיות לגבי הגישה הכירורגית עבור מערכות מידע חד-ערוצית לרכישת נתונים אלקטרונצלוגרפיה.
Abstract
פגיעה מוחית טראומטית (TBI) היא גורם מוביל של אפילפסיה נרכש. TBI יכול לגרום נזק המוח מוקד או לפזר. פגיעה מוקד היא תוצאה של כוחות מכניים ישירים, החודרים לעיתים דרך הגולגולת, ויוצרים פגיעה ישירה ברקמת המוח. אלה גלויים במהלך הדמיה מוחית כאזורים עם חבלה, קרע, דימום. נגעים מוקד לגרום מוות עצבי והיווצרות צלקת גליה נמצאים 20%-25% של כל האנשים שישאו tbi. עם זאת, ברוב המקרים TBI, הפציעה נגרמת על ידי כוחות האצה ההאטה הרקמות העוקבות, והתוצאה היא ללא מוקד, לפזר נזק. אוכלוסיית משנה של מטופלים TBI ממשיכה לפתח אפילפסיה פוסט-טראומטית (PTE) לאחר תקופת השהיה של חודשים או שנים. כיום, אי אפשר לנבא אילו מטופלים יפתחו PTE, והתקפים בחולים PTE מאתגרים לשלוט, המחייב מחקר נוסף. עד לאחרונה, השדה היה מוגבל רק לשני מודלים בעלי חיים/מכרסמים עם אימות ספונטני פוסט טראומטית התקפים, הן הצגת עם נגעים מוקד גדול עם אובדן רקמות מסיבי בקליפת המוח ולפעמים מבנים משנית. בניגוד לגישות אלה, נקבע כי מפוזר TBI המושרה באמצעות מודל שונה ירידה במשקל מספיק כדי ליזום פיתוח של ויהיו התקפי המושרה ובלתי מנוצעי, גם בהעדר נגעים מוקד או אובדן רקמות. בדומה לחולי אנוש עם אפילפסיה פוסט טראומטית שנרכש, מודל זה מציג עם תקופת השהיה לאחר פציעה לפני התקף התפרצות. בפרוטוקול זה, הקהילה תסופק עם מודל חדש של אפילפסיה פוסט טראומטית, המפרט כיצד לגרום לפזר TBI שאינם להטיות ואחריו ניטור לטווח ארוך של בעלי חיים באמצעות וידאו-electro, במהלך מספר חודשים. פרוטוקול זה יפרט את הטיפול בבעלי חיים, את הליך ירידה במשקל, מיקום האלקטרודה עבור שתי מערכות רכישה, ואת האתגרים התכופים שאירעו במהלך כל אחד מהצעדים של ניתוח, ניטור הדואר, ורכישת נתונים.
Introduction
כל שנה TBI משפיעה על האומדן 60,000,000 אנשים ברחבי העולם. אנשים מושפעים נמצאים בסיכון גבוה יותר לפתח אפילפסיה, אשר יכול להתבטא שנים לאחר הפציעה הראשונית. אם כי tbis חמורים קשורים עם סיכון גבוה יותר של אפילפסיה, אפילו tbis מתון מגביר את הסיכוי של האדם לפתח אפילפסיה1,2,3,4. כל TBIs ניתן לסווג כמוקד, לפזר, או שילוב של שניהם. לפזר פגיעה מוחית, נוכח רבים אם לא כל TBIs, היא תוצאה של רקמות המוח של צפיפויות שונות הטיית אחד נגד השני בשל האצה-האטה וכוחות הסיבוב. על פי ההגדרה, פגיעה מפוזר מתרחשת רק בבידוד בפגיעה מוחית מתונה/זעזוע מוח, שבה אין נגעים במוח גלויים על סריקות טומוגרפיה ממוחשבת5.
קיימות כעת שתי בעיות קריטיות בניהול חולים שיש להם, או נמצאים בסיכון, פיתוח אפילפסיה פוסט טראומטית (PTE). הראשון הוא שפעם PTE התבטא, התקפים עמידים בפני תרופות נגד אפילפסיה זמין (AEDs)6. שנית, העורכים אינם יעילים באותה מידה במניעת epileptogenesis, ואין גישות טיפוליות יעילות חלופיות. על מנת לטפל בגרעון זה ולמצוא מטרות טיפוליות טובות יותר ומועמדים לטיפול, יהיה צורך לחקור מנגנונים סלולריים ומולקולריים חדשים בשורש של PTE6.
אחת התכונות הבולטות של אפילפסיה פוסט טראומטית היא התקופה הסמויה בין האירוע הטראומטי הראשוני והתחלתה של ספונטנית, תגרות, התקפים חוזרים. האירועים המתרחשים בתוך החלון הזמני הזה הם מוקד טבעי עבור החוקרים, כי חלון הזמן הזה עשוי לאפשר טיפול ומניעה של PTE לחלוטין. מודלים בעלי חיים הם הנפוצים ביותר עבור מחקר זה, כי הם מציעים מספר יתרונות ברורים, לא הפחות שהוא כי ניטור רציפה של חולים אנושיים יהיה גם מעשי ויקר בגלל מעבר מתמשך של זמן. בנוסף, ניתן לחקור מנגנונים סלולאריים ומולקולריים בשורש epileptogenesis רק בדגמי בעלי חיים.
מודלים בעלי חיים עם התקפים פוסט טראומטיים ספונטנית ואפילפסיה הם העדיפו על פני דגמים בהם התקפים הם המושרה לאחר TBI על ידי פחות מבחינה פיזיולוגית האמצעים, כגון על ידי כימופרכוסים או גירוי חשמלי בחריפות, כרוני, או על ידי הבזק. מודלים ספונטנית פוסט טראומטית התפיסה מבחן כיצד TBI משנה את רשת המוח בריא המוביל epileptogenesis. מחקרים באמצעות גירוי נוסף לאחר TBI להעריך כיצד חשיפה TBI מפחיתה את הסף התפיסה משפיע על הרגישות להתקפים. היתרונות של מודלים בעלי חיים עם התקפים המושרה כימית או עם גירוי חשמלי הם בדיקת המנגנונים הספציפיים של refractoriness העורכים ואת היעילות של הקיימים והרומן של העורכים. ובכל זאת, מידת הרלוונטיות והתרגום של נתונים אלה לבני אדם עשויה להיות מעורפלת7 בגלל המנגנונים הבאים: 1) מנגנוני התפיסה עשויים להיות שונים מאלה המושרה על ידי tbi בלבד; 2) לא כל הדגמים האלה להוביל ויהיו ספונטניים7; 3) נגעים שנוצרו על ידי הסוכן פרכוסים עצמה, עם צינורית נדרש עבור מסירתו, או על ידי עירור מיקום האלקטרודה במבני עומק (למשל, ההיפוקמפוס או האמיגדלה) יכול כבר לגרום להתקף רגישות מוגברת ואפילו היפוקמאל אפילפטית בשדה פוטנציאל7. יתר על כן, כמה הסוכנים פרכוסים (כלומר, חומצה kainic) לייצר נגעים היפוקמאל ישירה טרשת, אשר אינה אופיינית לאחר מפוזר TBI.
עד לאחרונה, רק שתי מודלים של בעלי חיים של אפילפסיה פוסט טראומטית היו קיימים: השפעה מבוקרת בקליפת העור (CCI, מוקד) או פגיעה בכלי הקשה של נוזל (FPI, מוקד ולפזר)8. שני הדגמים לגרום לנגעים מוקד גדול לצד אובדן רקמות, דימום, ו gliosis ב מכרסמים8. מודלים אלו מחקים אפילפסיה פוסט-טראומטית. הנגרמת על ידי נגעים מוקד גדול מחקר שנערך לאחרונה הראה כי חוזר (3x) לפזר TBI מספיקה לפיתוח של ותקפים ואפילפסיה ספונטנית בעכברים גם בהעדר נגעים מוקד9, הוספת מודל PTE שלישי מכרסם עם מאושר ונשנים ספונטנית התקפים. מודל חדש זה מחקה שינויים סלולריים ומולקולריים הנגרמת על ידי מפוזר TBI, טוב יותר לייצג את אוכלוסיית האדם עם קל, זעזוע מוח מתון. במודל זה, התקופה הסמויה של שלושה שבועות או יותר לפני התקף התפרצות הופעתה של מאוחר, ספונטנית, חוזרים ונשנים מאפשר לחקור את הסיבות השורש של פוסט טראומטי epileptogenesis, בדיקות את היעילות של גישות מניעתי ומועמדים טיפוליים חדשים לאחר התקף התפתחות, ויש לו פוטנציאל להתפתחות של בסמנים הepileptogenesis פוסט טראומטית כי
הבחירה במודל החי לחקר אפילפסיה פוסט-טראומטית תלויה בשאלה המדעית, סוג הפגיעה במוח ובאילו כלים ישמשו לקביעת המנגנון הסלולארי והמולקולרי הבסיסי. בסופו של דבר, כל מודל של אפילפסיה פוסט טראומטית חייב להפגין הן הופעתה של התקפים ספונטניים לאחר TBI ותקופת השהיה הראשונית בקבוצת משנה של בעלי חיים TBI, כי לא כל החולים שישאו TBI להמשיך לפתח אפילפסיה. לעשות זאת, אלקטרונצגרפיה (EEG) עם רכישת וידאו סימולטני משמש בפרוטוקול זה. הבנת ההיבטים הטכניים מאחורי חומרת רכישת נתונים וגישות היא קריטית לפענוח נתונים מדויק. היבטים החומרה הקריטיים כוללים את סוג מערכת ההקלטה, סוג של אלקטרודות (בורג או חוט עופרת) וחומרים שהם עשויים, רכישת וידאו מסונכרן (כחלק ממערכת EEG או צד שלישי), ומאפיינים של מערכת המחשב. חובה לקבוע את פרמטרי הרכישה המתאימים בכל סוג של מערכת בהתאם למטרת המחקר, אירועי EEG של עניין, שיטת ניתוח נוספת, וקיימות של אחסון נתונים. לבסוף, יש לשקול את השיטה של תצורת האלקטרודה (מונטאז ‘), מאחר שלכל אחד יש יתרונות וחסרונות והוא ישפיע על פרשנות הנתונים.
פרוטוקול זה מפרט כיצד להשתמש במשקל Marmarou שונה להוריד משקל10,11 כדי לגרום לפזר את הפציעה כתוצאה ספונטנית, תגרות, והתקפים חוזרים בעכברים, מתארת גישות כירורגית לרכוש יחיד, multi-channel רציפה, וידאו מסונכרן EEG באמצעות מונואואר, דו קוטבית, או משולבת מעורב.
Protocol
Representative Results
Discussion
בניגוד CCI ו-FPI מודלים הגורם מיקוד או שילוב של פציעה מיקוד ומפוזר, המודל של TBI מפוזר חוזרים שתוארו בפרוטוקול זה מאפשר אינדוקציה של פציעה מפוזר בהעדר פגיעה במוח מוקד ואינו דורש פתחי הקרקפת או הגולגולת ואת הדלקת הקשורה. יתרון נוסף של היעדר כריתת הגולגולת במודל זה הוא שהוא מאפשר לא רק להשתיל את ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכת על ידי R01 NS105807/NS/NINDS NIH HHS/ארצות הברית ולרפא מבוסס על מענק שהתקבל מחקר הצבא של ארצות הברית הרפואה בחומרהפיקוד, המחלקה להגנה (משרד ההגנה), באמצעות בריאות פסיכולוגית טראומה במוח טראומטית תוכנית מחקר תחת הפרס לא. W81XWH-15-2-0069. איוון זויידהוק מוערך מאוד על הגהה של כתב היד.
Materials
| 0.10" screw | Pinnacle Technology Inc., KS, USA | 8209 | 0.10 inch long stainless steel |
| 0.10" screw | Pinnacle Technology Inc., KS, USA | 8403 | 0.10 inch long with pre-soldered wire lead |
| 0.12" screw | Pinnacle Technology Inc., KS, USA | 8212 | 0.12 inch long stainless steel |
| 1EEG headmount | Invitro1 (subsidiary of Plastics One), VA, USA | MS333/8-A/SPC | 3 individually Teflon-insulated platinum iridium wire electrodes (twisted or untwisted, 0.005 inch diameter) extending below threaded plastic pedestal |
| 2EEG/1EMG headmount | Pinnacle Technology Inc., KS, USA | 8201 | 2EEG/1EMG channels |
| 3% hydrogen peroxide | Pharmacy | ||
| 3EEG headmount | Pinnacle Technology Inc., KS, USA | 8235-SM-C | custom 6-Pin Connector for 3EEG channels |
| Buprenorphine | Par Pharmaceuticals, Cos. Inc., Spring Valley, NY, USA | 060969 | |
| Buprenorphine | Par Pharmaceuticals, Cos. Inc., Spring Valley, NY, USA | 060969 | |
| C57BL/6 mice | Harlan/Envigo Laboratories Inc | male, 12-16 weeks old | |
| C57BL/6 mice | The Jackson Laboratory | male, 12-16 weeks old | |
| Carprofen | Zoetis Services LLC, Parsippany, NJ, USA | 026357 | NOTE: this drug is added during weight drop only if stereotactic electrode implantation will be performed on the same day |
| Chlorhexidine antiseptic | Pharmacy | ||
| Dental cement and solvent kit | Stoelting Co., USA | 51459 | |
| Drill | Foredom | HP4-917 | |
| Drill bit | Meisinger USA, LLC, USA | HM1-005-HP | 0.5 mm, Round, 1/4, Steel |
| Dry sterilizer | Cellpoint Scientific, USA | Germinator 500 | |
| EEG System 1 | Biopac Systems, CA, USA | ||
| EEG System 2 | Pinnacle Technology Inc., KS, USA | ||
| Ethanol ≥70% | VWR, USA | 71001-652 | KOPTEC USP, Biotechnology Grade (140 Proof) |
| Eye ointment | Pro Labs Ltd, USA | Puralube Vet Ointment Sterile Ocular Lubricant available in general online stores and pharmacies | |
| Fluriso liquid for inhalation anesthesia | MWI Veterinary Supply Co., USA | 502017 | |
| Hair removal product | Church & Dwight Co., Inc., USA | Nair cream | |
| Isoflurane | MWI Veterinary Supply Co., USA | 502017 | |
| Povidone-iodine surgical solution | Purdue Products, USA | 004677 | Betadine |
| Rimadyl/Carprofen | Zoetis Services LLC, Parsippany, NJ, USA | 026357 | |
| Solder | Harware store | ||
| Soldering iron | Weller, USA | WP35 | ST7 tip, 0.8mm |
| Stainless steel disc | Custom made | ||
| Sterile cotton swabs | |||
| Sterile gauze pads | Fisher Scientific, USA | 22362178 | |
| Sterile poly-lined absorbent towels pads | Cardinal Health, USA | 3520 | |
| Tissue adhesive | 3M Animal Care Products, USA | 1469SB |
References
- Christensen, J., et al. Long-term risk of epilepsy after traumatic brain injury in children and young adults: a population-based cohort study. Lancet. 373 (9669), 1105-1110 (2009).
- Lowenstein, D. H. Epilepsy after head injury: an overview. Epilepsia. 50, 4-9 (2009).
- Ferguson, P. L., et al. A population-based study of risk of epilepsy after hospitalization for traumatic brain injury. Epilepsia. 51 (5), 891-898 (2010).
- Abou-Abbass, H., et al. Epidemiology and clinical characteristics of traumatic brain injury in Lebanon: A systematic review. Medicine (Baltimore). 95 (47), 5342 (2016).
- Management of Concussion/mTBI Working Group. VA/DoD Clinical Practice Guideline for Management of Concussion/Mild Traumatic Brain Injury. The Journal of Rehabilitation Research and Development. 46 (6), 1-68 (2009).
- Piccenna, L., Shears, G., O’Brien, T. J. Management of post-traumatic epilepsy: An evidence review over the last 5 years and future directions. Epilepsia Open. 2 (2), 123-144 (2017).
- Loscher, W., Brandt, C. Prevention or modification of epileptogenesis after brain insults: experimental approaches and translational research. Pharmacological Reviews. 62 (4), 668-700 (2010).
- Ostergard, T., Sweet, J., Kusyk, D., Herring, E., Miller, J. Animal models of post-traumatic epilepsy. Journal of Neuroscience Methods. 272, 50-55 (2016).
- Shandra, O., et al. Repetitive Diffuse Mild Traumatic Brain Injury Causes an Atypical Astrocyte Response and Spontaneous Recurrent Seizures. Journal of Neuroscience. 39 (10), 1944-1963 (2019).
- Foda, M. A., Marmarou, A. A new model of diffuse brain injury in rats. Part II: Morphological characterization. Journal of Neurosurgery. 80 (2), 301-313 (1994).
- Marmarou, A., et al. A new model of diffuse brain injury in rats. Part I: Pathophysiology and biomechanics. Journal of Neurosurgery. 80 (2), 291-300 (1994).
- Paxinos, G., Keith, B. J., Franklin, M. . The Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates. , (2007).
- Shandra, O., Robel, S. Imaging and Manipulating Astrocyte Function In Vivo in the Context of CNS Injury. Methods in Molecular Biology. 1938, 233-246 (2019).
- Pitkanen, A., Immonen, R. Epilepsy related to traumatic brain injury. Neurotherapeutics. 11 (2), 286-296 (2014).
- Kharatishvili, I., Nissinen, J. P., McIntosh, T. K., Pitkanen, A. A model of posttraumatic epilepsy induced by lateral fluid-percussion brain injury in rats. Neuroscience. 140 (2), 685-697 (2006).
- Pitkanen, A., Bolkvadze, T., Immonen, R. Anti-epileptogenesis in rodent post-traumatic epilepsy models. Neuroscience Letters. 497 (3), 163-171 (2011).
- Gades, N. M., Danneman, P. J., Wixson, S. K., Tolley, E. A. The magnitude and duration of the analgesic effect of morphine, butorphanol, and buprenorphine in rats and mice. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 39 (2), 8-13 (2000).
