Caractérisation comportementale, électrophysiologique et histologique d’un modèle animal de traumatisme spinal et cérébral concomitant

Abstract

Les traumatismes spinaux (TS) touchent environ 17 810 personnes chaque année en Amérique du Nord. À la suite de ces lésions, la plupart des individus atteints vont perdre l’habilité à effectuer des mouvements simples et certains peuvent présenter des paralysies d’un ou plusieurs membres. Également, ces patients vont souffrir de troubles du sommeil, de détresse émotionnelle (anxiété et dépression) et de déficits cognitifs (mémoire). L’occurrence d’un traumatisme crânien (TC) concomitant est sous-estimée et sous-diagnostiquée dans 12.4 à 74% des patients TS, pouvant affecter considérablement la réhabilitation post-traumatisme. Bien que les soins prodigués actuellement permettent une certaine récupération après TS ou TC, il semble nécessaire de développer des thérapies adaptées dans le cadre des TS-TC concomitants. Afin de combler ce manque de connaissances après TS-TC concomitant, nous avons développé un nouveau modèle animal de TS-TC concomitant. En utilisant des approches comportementales et électrophysiologiques, nous avons examiné l’impact d’un TS-TC concomitant sur les fonctions motrices, le sommeil, l’état émotionnel et les capacités cognitives. Un groupe de rats recevant un TS-TC concomitant a été comparé avec un groupe ne recevant qu’un TS seul et un groupe contrôle (SHAM), recevant une laminectomie et une craniotomie sans TS et TC. La locomotion globale et le sommeil ont été évalués à chaque semaine pendant un mois par le test de session en arène ouverte et par électroencéphalographie pour évaluer l’architecture du sommeil, l’analyse spectrale des états de vigilance, incluant spécifiquement la dynamique de l’activité delta en sommeil sans mouvement rapide des yeux (sommeil NREM). L’état émotionnel et les capacités cognitives ont été testés 6 semaines post-traumatisme. L’anxiété et la dépression ont été testées en arène ouverte et par le test de préférence au sucrose respectivement. La mémoire de travail et la mémoire spatiale ont été testées par le test du labyrinthe en Y et par le test de reconnaissance spatiale d’objets respectivement. Le TS-TC et le TS seul ont induit des déficits moteurs en comparaison au groupe SHAM. La durée et la qualité de l’éveil et du sommeil n’ont pas été affectées par le TS seul ou le TS-TC concomitant, malgré une tendance à la hause de l’activité spectrale et de la dynamique de l’activité delta en sommeil NREM après TS-TC. Ni le TS-TC ou le TS seul n’a affecté l’état émotionnel. Seule la mémoire de travail a été affectée après TS-TC en comparaison aux groupes SHAM et TS seul. Les résultats obtenus suggèrent que la mémoire de travail pourrait être considérée comme un potentiel biomarqueur de lésion concomitante de la moelle épinière et du cerveau. De plus amples expériences seront nécessaires afin de décrire complétement ce nouveau modèle animal de TS-TC concomitant comme d’une part, la réalisation de mesures comportementales spécifiques dans les phases aigue et chronique post-traumatisme et d’autre part, une mesure de la neuro-inflammation et de la plasticité par immunohistochimie au niveau de l’hippocampe. Le développement de ce nouveau modèle animal va permettre la création et l’adaptation d’outils diagnostiques et thérapeutiques pour les patients présentant des TS-TC concomitants.

Spinal cord injuries (SCI) affect 17,810 people in North America every year. In this condition, most individuals will lose the ability to perform simple motor actions and will additionally suffer from sleep disturbances, emotional distress (anxiety and depression) and cognitive impairments (memory). The occurrence of traumatic brain injury (TBI) in SCI population is underestimated and missed-diagnosed in 12.4 to 74% of SCI patients, impeding the implementation of optimal rehabilitation strategies and drug therapies. Although specialized care is critically needed to improve rehabilitation outcomes in these patients, specialized dual diagnosis care and evidence-based approaches for treatment are currently lacking. To address this knowledge gap, we developed and characterized a novel rodent model of concomitant TBI and SCI. Using a combination of behavioral and electrophysiological techniques, we examined the impact of concomitant TBI and SCI on motor function, sleep, emotional state, and cognition. A group of rats receiving concomitant TBI and SCI were compared with control groups that received SCI only or surgical procedures without injuries (SHAM group). Global locomotion and sleep were evaluated each week for one month by using the open-field test and electroencephalography to evaluate sleep architecture, the spectral composition of vigilance states, including delta activity during non-rapid eye movement (NREM) sleep. Emotional states and cognition were assessed at 6 weeks after surgery. Anxiety and depression were tested using the open-filed and sucrose preference tests, respectively. Working memory and spatial memory were evaluated by Y Maze test and spatial object recognition test, respectively. We found that concomitant TBI-SCI and SCI alone both impacted locomotor abilities, by comparison to the intact state. The duration and quality of wakefulness and sleep were not significantly affected by SCI or TBI-SCI, despite spectral analysis showing a tendency for TBI-SCI to increase NREM sleep delta activity. Neither concomitant TBI SCI nor SCI significantly impacted anxiety and depressive-like behaviors in comparison to the SHAM group. By contrast, working memory was significantly impaired after TBI-SCI but was preserved in SHAM and SCI groups. This result suggests that working memory could potentially be used as a biomarker of these concomitant injuries. Further experiments are needed to fully characterize this novel animal model. This includes performing more specific behavioral tests in the acute and chronic stages after injury. Also, immunochemistry experiments directed on molecular markers of neuro-inflammation and plasticity are needed. This novel animal model will be useful to create and adapted diagnosis and therapeutic tools for TBI-SCI patients.