Un modèle évolutif pour étudier les effets des blessures contondantes chez le poisson-zèbre adulte
Summary
Nous avons modifié le modèle de perte de poids de Marmarou pour le poisson-zèbre adulte afin d’examiner un large éventail de pathologies à la suite d’une lésion cérébrale traumatique (TCC) contondante et des mécanismes sous-jacents à la régénération neuronale ultérieure. Ce modèle de TCC à force contondante est évolutif, induit un TCC léger, modéré ou sévère et récapitule l’hétérogénéité des lésions observée dans le TCC humain.
Abstract
Les lésions cérébrales traumatiques contondantes (TCC) sont la forme la plus courante de traumatisme crânien, qui couvre une gamme de gravités et entraîne des effets secondaires complexes et hétérogènes. Bien qu’il n’y ait pas de mécanisme pour remplacer ou régénérer les neurones perdus à la suite d’un TCC chez l’homme, le poisson-zèbre possède la capacité de régénérer les neurones dans tout son corps, y compris le cerveau. Pour examiner l’étendue des pathologies présentées chez le poisson-zèbre à la suite d’un TCC contondant et pour étudier les mécanismes sous-jacents à la réponse régénérative neuronale ultérieure, nous avons modifié la perte de poids du rongeur Marmarou couramment utilisée pour l’utilisation chez le poisson-zèbre adulte. Notre modèle de TCC simple à force contondante est évolutif, induisant un TCC léger, modéré ou sévère, et récapitule de nombreux phénotypes observés après un TCC humain, tels que les crises de contact et post-traumatiques, l’œdème, les hématomes sous-duraux et intracérébraux et les troubles cognitifs, chacun affiché de manière dépendante de la gravité de la blessure. Les séquelles du TCC, qui commencent à apparaître dans les minutes qui suivent la blessure, disparaissent et reviennent à des niveaux de contrôle presque intacts dans les 7 jours suivant la blessure. Le processus de régénération commence dès 48 heures après la blessure (HPI), avec le pic de prolifération cellulaire observé par 60 hpi. Ainsi, notre modèle de TCC à force contondante du poisson-zèbre produit des pathologies de TCC primaires et secondaires caractéristiques similaires au TCC humain, ce qui permet d’étudier l’apparition et la progression de la maladie, ainsi que les mécanismes de régénération neuronale uniques au poisson-zèbre.
Introduction
Les lésions cérébrales traumatiques (TCC) sont une crise sanitaire mondiale et l’une des principales causes de décès et d’invalidité. Aux États-Unis, environ 2,9 millions de personnes subissent un TCC chaque année, et entre 2006 et 2014, la mortalité due à un TCC ou à des séquelles de TCC a augmenté de plus de 50 %1. Cependant, les traumatismes crâniens varient dans leur étiologie, leur pathologie et leur présentation clinique en grande partie en raison du mécanisme de blessure (MOI), qui influence également les stratégies de traitement et le pronostic prévu2. Bien que les traumatismes crâniens puissent résulter de divers MOI, ils sont principalement le résultat d’un traumatisme pénétrant ou contondant. Les traumatismes pénétrants représentent un faible pourcentage des traumatismes crâniens et génèrent une lésion grave et focale qui est localisée dans les régions immédiates et environnantes du cerveau empalé3. En revanche, les traumatismes crâniens à force contondante sont plus fréquents dans la population générale, couvrent une gamme de gravités (légères, modérées et graves) et produisent une lésion diffuse, hétérogène et globale affectant plusieurs régions du cerveau1,4,5.
Le poisson-zèbre (Danio rerio) a été utilisé pour examiner un large éventail d’insultes neurologiques couvrant le système nerveux central (SNC)6,7,8,9. Le poisson-zèbre possède également, contrairement aux mammifères, une réponse régénérative innée et robuste pour réparer les dommages causés au SNC10. Les modèles actuels de traumatisme du poisson-zèbre utilisent diverses méthodes de blessure, y compris la pénétration, l’excision, l’insulte chimique ou les ondes de pression11,12,13,14,15,16. Cependant, chacune de ces méthodes utilise un MOI qui est rarement vécu par la population humaine, n’est pas évolutif dans une gamme de gravités de blessures et ne traite pas de l’hétérogénéité ou de la séquelle dépendante de la gravité du TCC signalée après un TCC à force contondante. Ces facteurs limitent l’utilisation du modèle du poisson-zèbre pour comprendre les mécanismes sous-jacents des pathologies associées à la forme la plus courante de TCC dans la population humaine (blessures contondantes légères).
Nous avions pour objectif de développer un modèle de poisson-zèbre TBI à force contondante rapide et évolutif qui offre des moyens d’étudier la pathologie des blessures, la progression des séquelles du TCC et la réponse régénérative innée. Nous avons modifié la perte de poids du rongeur Marmarou17 couramment utilisée et l’avons appliquée au poisson-zèbre adulte. Ce modèle donne une gamme reproductible de gravités allant de légère, modérée à sévère. Ce modèle récapitule également de multiples facettes de la pathologie du TCC humain, en fonction de la gravité, y compris les convulsions, l’œdème, les hématomes sous-duraux et intracérébraux, la mort des cellules neuronales et les déficits cognitifs, tels que les troubles de l’apprentissage et de la mémoire. Quelques jours après la blessure, les pathologies et les déficits se dissipent, revenant à des niveaux ressemblant à des témoins non endommagés. De plus, ce modèle de poisson-zèbre montre une réponse robuste de prolifération et de régénération neuronale à travers le neuroaxe en ce qui concerne la gravité des blessures.
Ici, nous fournissons des détails sur la mise en place et l’induction des traumatismes contondants, la notation des crises post-traumatiques, l’évaluation des lésions vasculaires, des instructions sur la préparation des sections cérébrales, des approches pour quantifier l’œdème et un aperçu de la réponse proliférative après une blessure.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les recherches sur le neurotraumatisme et les séquelles associées ont longtemps été centrées sur des modèles traditionnels de rongeurs non régénératifs20. Ce n’est que récemment que des études ont appliqué diverses formes de lésions du SNC à des modèles régénératifs9,11,13,14,21. Bien que perspicaces, ces modèles so…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier les membres du laboratoire Hyde pour leurs discussions réfléchies, les techniciens du Freimann Life Sciences Center pour les soins et l’élevage du poisson-zèbre, et le noyau de microscopie optique / NDIIF de l’Université de Notre Dame pour l’utilisation des instruments et de leurs services. Ce travail a été soutenu par le Center for Zebrafish Research de l’Université de Notre Dame, le Center for Stem Cells and Regenerative Medicine de l’Université de Notre Dame, et des subventions du National Eye Institute of NIH R01-EY018417 (DRH), du National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (JTH), du LTC Neil Hyland Fellowship of Notre Dame (JTH), Sentinels of Freedom Fellowship (JTH) et Pat Tillman Scholarship (JTH).
Materials
| 2-phenoxyethanol | Sigma Alderich | 77699 | |
| #00 buckshot | Remington | RMS23770 | 3.3g weight for sTBI |
| #3 buckshot | Remington | RMS23776 | 1.5g weight for miTBI/moTBI |
| #5 Dumont forceps | WPI | 14098 | |
| 5-ethynyl-2’-deoxyuridine | Life Technologies | A10044 | EdU |
| 5ml glass vial | VWR | 66011-063 | |
| Click-iT EdU Cell Proliferation Kit | Life Technologies | C10340 | |
| CytoOne 12-well plate | USA Scientific | CC7682-7512 | |
| Instant Ocean | Instant Ocean | SS15-10 | |
| Super frost postiviely charged slides | VWR | 48311-703 | |
| Super PAP Pen Liquid Blocker | Ted Pella | 22309 | |
| Tissue freezing medium | VWR | 15148-031 |
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