用于诱导创伤性脑损伤的可控皮层冲击小鼠模型
2019年8月16日
本文介绍了一种通过开放式颅脑控制性皮质冲击诱导小鼠创伤性脑损伤的实验方案。
控制性皮层冲击易于在不同受试者和实验之间进行标准化，并可针对脑部精确定义的区域施加从轻度到重度的全部范围创伤性脑损伤。本实验操作由本实验室研究技术员 Mecca Islam 演示。该技术仍是诱导啮齿类动物创伤性脑损伤最一致且可重复的方法。
开始操作前，将撞击装置连接至立体定位手术架上。根据所需的生物力学参数，设置驱动装置以获得适当的实验速度和停留时间。穿戴新的个人防护装备和无菌手套，并确认麻醉后的小鼠对脚趾夹捏无反应。
使用电推剪剃除手术部位的毛发，并在动物眼睛上涂抹眼膏。然后将小鼠放入手术室，用碘伏和酒精依次进行三次手术擦洗，对剃毛区域的皮肤进行消毒。为诱导产生可控的皮层创伤性脑损伤，首先使用手术刀沿头皮正中线做一个1厘米的切口，以暴露颅骨。
将头皮从手术区域向后剥离，暴露颅骨并辨认矢状缝和冠状缝。进行开颅手术时，使用直径五毫米的环钻钻头安装在微型钻上，以最高速度启动钻头，将钻头垂直置于矢状缝左侧2毫米、冠状缝前方2毫米处，施加轻柔均匀的压力。当钻头穿透颅骨时，会感觉到轻微的阻力释放。
使用镊子和细规格的皮下注射针去除颅骨瓣，充分暴露下方的硬脑膜，并将撞击器头端旋转至手术区域。将小鼠双侧颞骨固定在立体定位仪的微型耳杆之间，并将门齿锁入门齿夹中，以在小鼠头部形成稳定的三点固定。 lowering the tip until it makes contact with the exposed dura mater。
仪器的接触传感器会发出可听见的提示音，以提醒已接触到目标位置。将撞击头从零点撤回，并降低体视定位仪框架上的撞击器位置，以设定所需的撞击深度。然后在将操作装置旋出操作区域之前，启动驱动装置上的撞击器，以便将动物从框架中取出。
损伤后立即使用无菌棉签对颅骨和受损的皮层表面施加直接压力，以控制任何出血，并使用新的棉签将颅骨擦干。按照标准技术将头皮闭合于颅骨切除部位，并给予术后镇痛。然后将动物置于清洁且预先加温的笼子中，保持侧卧位恢复体位，持续监测直至完全恢复卧姿，并在整个实验过程中每三天测量一次体重。
如所示方式造成损伤后，可导致硬膜下、脑实质内及蛛网膜下腔出血。严重损伤后对创伤性脑损伤脑组织切片进行组织学评估，显示同侧皮层和海马组织显著丢失，以及对侧脑组织水肿和变形。严重损伤脑组织的磁共振成像也显示脑组织进行性丧失，并被脑脊液所替代。
控制性皮层冲击可诱导出可靠且一致的损伤，能够产生多种具有临床适用性的脑损伤。我们的控制性皮层冲击方法建立了用于行为学和影像学分析的重度创伤性脑损伤小鼠模型，并可提供适用于分子和细胞水平分析的组织样本。
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概述
本文介绍了一种利用控制性皮质冲击模型在小鼠中诱导创伤性脑损伤（TBI）的实验方案。该研究重点在于该方法的可靠性和一致性，使研究人员能够探索TBI后多种生理反应及恢复过程。关键研究结果包括组织丢失、出血以及用于评估脑损伤的潜在影像学表现。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 创伤性脑损伤
- 实验模型
背景
- 控制性皮质冲击技术可在不同实验间实现创伤性脑损伤（TBI）的标准化。
- 该模型允许研究人员在特定脑区研究损伤机制。
- 该方法被公认为在啮齿类动物中诱导创伤性脑损伤（TBI）的可重复手段。
- 组织学和影像学评估可提供关于脑组织反应的深入信息。
研究目的
- 建立一种在小鼠中诱导创伤性脑损伤（TBI）的可靠方法。
- 促进损伤后的行为学和影像学分析。
- 实现对TBI后脑组织的分子和细胞水平检测。
使用的方法
- 本研究采用控制性皮质冲击法。
- 使用小鼠模型模拟创伤性脑损伤（TBI），从麻醉和手术准备开始。
- 特定的修剪参数可确保精确地将冲击力传递至硬脑膜。
- 术后护理和监测方案被详细说明，以评估恢复情况。
主要结果
- 损伤诱导导致显著的脑组织改变，例如皮层和海马组织的丧失。
- 磁共振成像显示严重脑损伤后出现进行性组织丢失。
- 可控性皮层冲击可稳定地产生不同程度的脑损伤，具有临床相关意义。
- 该技术可为行为学评估和分子分析提供数据支持。
结论
- 本研究展示了一种在小鼠中研究创伤性脑损伤的有效模型，有助于理解损伤机制。
- 可控性皮质冲击方法有助于研究恢复过程及潜在的治疗干预措施。
- 所获得的见解可能为未来关于脑损伤和神经可塑性的研究提供参考。
常见问题
行业重要性概述
控制性皮层冲击（CCI）模型为在小鼠系统中诱导创伤性脑损伤提供了一种标准化且可重复的方法，能够对损伤机制和治疗反应进行一致的临床前评估。该方法通过在行为学、组织病理学和影像学终点产生可量化且具有临床相关性的病理变化，支持神经治疗药物研发中的靶点验证和机制去风险化。其可靠性提高了针对创伤性脑损伤病理生理过程的早期研究项目的预测信心。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：通过标准化诱导皮层和海马组织丢失、水肿及出血，可对治疗假设进行验证。
- 操作价值：产生一致的同侧脑损伤模式，支持对靶点参与和通路调控的可靠评估。
- 预测价值：通过建立具有可量化结局指标的重度创伤性脑损伤模型，促进神经保护和神经修复策略的临床前筛选。
筛选与检测方法开发
- 科学价值：生成可量化的组织丢失和水肿指标，作为化合物筛选的药效动力学读出。
- 操作价值：标准化的冲击参数可在不同实验室间实现可重复的损伤诱导，支持检测方法的转移和跨站点结果的可比性。
- 检测适用性：诸如磁共振成像定义的组织替代和组织学评分等输出结果，可支持高内涵、定量化的筛选平台。
转化与临床前研究
- 转化相关性：诱导出在人类创伤性脑损伤（TBI）中观察到的硬膜下、脑实质内和蛛网膜下腔出血模式，提高疾病模型的保真度。
- 机制性风险降低：支持对原发性撞击后继发的分子与细胞通路进行评估，为靶点选择和生物标志物策略提供依据。
- 临床前连续性：提供可用于纵向分子分析和行为学评估的组织，实现功能结局与病理变化之间的关联分析。
流程与工作流整合
CCI 模型适用于从靶点验证到先导化合物发现，再到临床前药效学测试的整个发现流程，尤其适用于中枢神经系统靶向治疗药物的研究，因为在这些研究中，损伤的一致性对于剂量-反应关系和作用机制研究至关重要。
- 发现生物学：在标准化皮质冲击后，支持对神经炎症、兴奋性毒性及细胞凋亡通路进行假设驱动的验证。
- 筛选：提供可重复的定量输出结果（例如，组织体积损失、出血面积），适用于化合物效应大小的评估。
- 分析：生成多模态数据——行为学、组织学和影像学数据，支持整合分析和跨功能决策。
- 转化研究：模拟关键的临床创伤性脑损伤（TBI）病理特征，支持在临床前研究中实现生物标志物的匹配和病理生理学相关性。
- 企业级复用：建立可跨多个针对TBI机制或神经保护研究项目重复使用的平台化能力。
运营与企业影响
- 科学价值：降低创伤性脑损伤模型中的生物学变异性，提高靶点验证和机制阐明的可信度。
- 操作价值：标准化的手术和撞击操作提升了不同操作者和实验场所间结果的可重复性。
- 战略价值：通过在疾病相关系统中提供可靠的疗效信号，支持更早地做出推进或终止决策。
- 项目组合影响：通过一致且可转化的损伤模型，支持对神经治疗项目进行基于风险调整的投资决策。
实施注意事项
- 需要具备啮齿类动物神经外科、立体定位框架操作和无菌技术的专业知识，以确保开颅的精确性和硬脑膜的完整性。
- 依赖于可调控速度、深度和停留时间的标准化控制皮层冲击器，以实现损伤的标准化。
- 需要标准化的术后护理和监测方案，以尽量减少恢复相关混杂因素带来的变异性。
- 在不同模型间进行调整时，需验证冲击参数，以在不同品系或年龄的动物中维持一致的损伤严重程度。
- 实际局限性包括手术操作对术者技术的依赖，如骨瓣切除和冲击器探头定位的一致性。
生物制药常见问题
Chapters in this video
0:04
Title
0:42
Pre-Surgical Preparation
1:24
Controlled Cortical Traumatic Brain Injury (TBI) Induction
3:02
Surgical Site Closure and Post-Operative Care
3:39
Results: Representative Gross, Histologic, and MRI Evaluation of Mouse Brain Tissue After Severe TBI
4:16
Conclusion
