System do leczenia ogniskowych, zamkniętych uszkodzeń ośrodkowego układu nerwowego
29 listopada 2024
Protokół ten opisuje niestandardowy system powietrza nadciśnieniowego przeznaczony do wywoływania uszkodzeń ośrodkowego układu nerwowego (OUN) układu zamkniętego (OUN) u myszy, w tym urazów oczu, mózgu i rdzenia kręgowego. Celem tego protokołu jest zapewnienie naukowcom ram do łatwego dostosowywania i rozszerzania systemu do ich unikalnych badań nad urazami OUN.
Nasze laboratorium bada mechanizmy kontrolujące wtórne zwyrodnienie po ITON, pośredniej urazowej neuropatii nerwu wzrokowego, w celu opracowania racjonalnych terapii dla pacjentów. Obecnie urządzenia do wywoływania uszkodzeń OUN w terenie obejmują kontrolowane urządzenia do uderzeń korowych, modele spadku masy ciała i rurki uderzeniowe napędzane powietrzem kompresyjnym. Odkryliśmy, że czas trwania interwału ekspozycji międzywybuchowej znacząco przyczynia się do stopnia zwyrodnienia aksonów, a uszkodzenie nerwu wzrokowego, podobnie jak uszkodzenie mózgu, znacznie podnosi ilość reaktywnych form tlenu, a to przyczynia się do wtórnej degeneracji aksonów.
Protokół ten odpowiada na zapotrzebowanie na urządzenie, które zapewnia precyzyjną kontrolę nad lokalizacją i ciężkością urazu, zachowując jednocześnie znaczenie kliniczne w przypadku urazów systemu zamkniętego. Oferuje również sposób na badanie krótkich odstępów między urazami w niektórych środowiskach zawodowych. Jest również opłacalny, łatwy w konfiguracji i obsłudze.
Tak więc, podczas gdy inne urządzenia również oferują dostosowywanie, to urządzenie do uszkodzenia systemu z zamkniętym systemem wyróżnia się łatwością konfiguracji i użytkowania. Protokół ten zapewnia szczegółowe ramy upraszczające ten proces, umożliwiając innym badaczom szybkie dostosowanie i skonfigurowanie urządzenia do własnych konkretnych celów i potrzeb eksperymentalnych. Na początek potwierdź znieczulenie myszy, oceniając brak reakcji na uszczypnięcie palca u nogi.
Przymocuj mysz w wewnętrznym uchwycie zwierzęcia tak, aby jej głowa i górne tylne ramiona były odsłonięte przez prostokątny otwór, podczas gdy grzbiet i dolne kończyny tylne pozostają osłonięte. Nałóż taśmę chirurgiczną na górne tylne ramiona, aby zabezpieczyć mysz. Włóż wewnętrzny uchwyt na zwierzę do zewnętrznego uchwytu.
Po otwarciu wtórnej linii anestezjologicznej wewnątrz uchwytu na zwierzę, uszczelnij koniec uchwytu, aby zapobiec wyciekaniu środka znieczulającego z rurki i poruszaniu się myszy podczas eksperymentu. Dopasuj czteromilimetrowy okrągły otwór zewnętrznego uchwytu na zwierzę bezpośrednio nad lewym okiem myszy. Ustaw uchwyt na zwierzę na stole XY za pomocą pokręteł sterujących tak, aby jego otwór pokrywał się z lufą pistoletu do paintballa, a zewnętrzna powierzchnia znajdowała się pięć milimetrów od końca lufy.
Po kalibracji zainicjuj sekwencję powietrza pod ciśnieniem, aby dostarczyć dwie impulsy 15 PSI w odstępie 0.5 sekundy. W przypadku myszy z grupy Sham odwróć uchwyt na zwierzę od beczki, zablokuj powietrze tekturową osłoną i wystaw je na hałas powietrza pod wysokim ciśnieniem. Zdrowe, gęsto upakowane aksony zaobserwowano w grupie Sham.
W przeciwieństwie do tego, grupa ITON wykazywała oznaki zwyrodnienia aksonów, w tym nieprawidłowości w kształcie aksonów i rozpad osłonki mielinowej. Całkowita liczba aksonów znacznie zmniejszyła się w grupie ITON w porównaniu z grupą Sham. Istotny wzrost profili zwyrodnieniowych stwierdzono w grupie ITON w porównaniu z grupą Sham.
Zwiększoną proliferację mikrogleju zaobserwowano w siatkówce myszy ITON, przy czym mikroglej rozciągał się do zewnętrznej warstwy jądrowej, w porównaniu z grupą Sham, w której mikroglej pozostawał w typowych warstwach siatkówki. Nienaruszone połączenia synaptyczne między surowymi komórkami dwubiegunowymi a fotoreceptorami odnotowano zarówno u myszy ITON, jak i Sham, bez wykrytej synaptopatii.
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia dedykowany system nadciśnienia powietrza zaprojektowany w celu wywoływania kontrolowanych urazów ośrodkowego układu nerwowego (OUN) u myszy, ukierunkowany konkretnie na urazy oczu, mózgu i rdzenia kręgowego. Protokół ma na celu dostarczenie badaczom przyjaznych w obsłudze ram ułatwiających adaptację i rozszerzenie systemu na potrzeby różnych badań nad urazami OUN.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Mechanizmy urazów
- Urazy oczu i ośrodkowego układu nerwowego
Wstęp
- Istniejące urządzenia do indukowania uszkodzeń OUN obejmują urządzenia do kontrolowanego uderzenia w korę oraz modele z obciążeniem spadającym.
- Odstępy między ekspozycjami na falę uderzeniową mają istotny wpływ na degenerację aksonów.
- Uszkodzenia nerwu wzrokowego zwiększają poziom reaktywnych form tlenu, co przyczynia się do wtórnej degeneracji.
- Konieczność precyzyjnej kontroli warunków uszkodzenia przy jednoczesnym zachowaniu istotności klinicznej.
Cel badania
- Opracowanie kosztowo efektywnego urządzenia do precyzyjnego modelowania urazów OUN.
- Ułatwienie badań nad krótkimi odstępami czasu między urazami wywołanymi falą uderzeniową.
- Badanie mechanizmów reaktywnych biorących udział w wtórnej degeneracji po urazach.
Zastosowane metody
- Do indukowania urazów wykorzystano specjalnie zaprojektowany system nadciśnienia powietrza.
- Model biologiczny obejmował myszy poddane różnym protokołom urazowym, w tym warunkom pozorowanym (sham).
- Nie wspomniano o żadnych przepływach pracy multiomicznych.
- Protokół kładzie nacisk na etapy przygotowawcze, zapewniając znieczulenie i unieruchomienie myszy podczas eksperymentów.
- Do indukcji urazu przeprowadzono eksperymenty z wykorzystaniem określonych impulsów PSI.
Główne wyniki
- Uraz spowodował znaczące oznaki degeneracji aksonów w grupie ITON w porównaniu z grupą Sham.
- W siatkówce uszkodzonych myszy nastąpiła proliferacja mikrogleju, co wskazuje na odpowiedź na uraz.
- Nie wykryto synaptopatii, co sugeruje zachowanie połączeń pomimo degeneracji aksonów.
- Wyniki podkreślają różnice między odpowiedziami grupy sham i grupy z urazem, szczególnie w odniesieniu do integralności aksonów i aktywności mikrogleju.
Wnioski
- Niniejsze badanie przedstawia nowatorskie urządzenie do indukowania uszkodzeń OUN, co pozwala na prowadzenie bardziej kontrolowanych i powtarzalnych badań.
- Umożliwia głębszy wgląd w procesy wtórnej degeneracji oraz odpowiedzi mikrogleju.
- Ma istotne znaczenie dla zrozumienia mechanizmów urazów oraz potencjalnych metod terapeutycznych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Solidne modelowanie urazów OUN w układzie zamkniętym ma kluczowe znaczenie dla neuronauki translacyjnej oraz odkrywania leków w obszarze neurotraumologii. Ten system nadciśnienia powietrza umożliwia precyzyjną i powtarzalną indukcję ogniskowych urazów OUN w modelach mysich, wspierając ograniczanie ryzyka mechanistycznego oraz walidację celów dla strategii neuroprotekcyjnych i regeneracyjnych. Jego elastyczność oraz kontrola nad parametrami urazu ułatwiają badania porównawcze w obrębie różnych części OUN, zwiększając pewność prognostyczną w wczesnych etapach procesów odkrywania leków.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia badanie indukowanych urazem szlaków molekularnych istotnych dla neurodegeneracji i regeneracji.
- Wspiera funkcjonalną walidację celów poprzez izolację zmiennych dotyczących lokalizacji i stopnia nasilenia urazu.
- Ułatwia ograniczanie ryzyka mechanistycznego dzięki kontrolowanemu modelowaniu procesów wtórnej degeneracji.
Przesiewy i opracowanie testów
- Zapewnia standaryzowaną i powtarzalną indukcję urazu dla późniejszych analiz molekularnych i komórkowych.
- Umożliwia ilościową ocenę integralności aksonów oraz aktywacji mikrogleju jako wskaźników analizy.
- Wspiera rozwój testów do przesiewowej analizy związków neuroprotekcyjnych w modelach urazów istotnych dla przebiegu choroby.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Dostosowuje modele przedkliniczne do klinicznie istotnych scenariuszy urazów OUN w układzie zamkniętym.
- Umożliwia porównawczą ocenę skuteczności terapeutycznej w przypadku obrażeń oczu, mózgu i rdzenia kręgowego.
- Wspiera optymalizację rozwoju kandydatów na leki w neurotraumie poprzez dostarczenie translacyjnie istotnych punktów końcowych.
Integracja potoków i przepływów pracy
System ten integruje kontinuum odkryć, od wczesnych badań mechanistycznych po walidację przedkliniczną interwencji neuroprotekcyjnych.
- Biologia odkrywcza: Ułatwia testowanie hipotez dotyczących mechanizmów urazów i wtórnej degeneracji.
- Przesiewanie: Zapewnia powtarzalne modele urazów do ilościowej oceny związków chemicznych.
- Analityka: Umożliwia pomiar degeneracji aksonów, odpowiedzi mikrogleju i stopnia nasilenia urazu w celu przeprowadzenia analizy porównawczej.
- Badania translacyjne: Stanowi pomost między fazą odkrywczą a przedkliniczną poprzez modelowanie klinicznie istotnych urazów OUN.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwach: Oferuje elastyczną, adaptacyjną platformę dla różnorodnych potrzeb badawczych w zakresie urazów OUN.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad neurotraumą.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje indukcję urazu, poprawiając powtarzalność i skalowalność badań.
- Wartość strategiczna: Wspiera podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) poprzez umożliwienie solidnej walidacji celów i szlaków.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację kandydatów neuroprotekcyjnych i regeneracyjnych w oparciu o analizę ryzyka.
Kwestie wdrożeniowe
- Wymaga doświadczenia w modelowaniu urazów OUN oraz w pracy ze zwierzętami.
- Konieczna jest precyzyjna kalibracja dostarczanego nadciśnienia oraz lokalizacji urazu.
- Wymagane są zestandaryzowane protokoły w celu zapewnienia powtarzalności między badaniami.
- Metoda jest dostosowywalna do różnych obszarów OUN poprzez modyfikacje protokołu.
- Kluczowe jest uważne monitorowanie w celu zapewnienia spójnego stopnia nasilenia i lokalizacji urazu.
