Caratterizzazione biochimica e molecolare di un nuovo modello di lesione cerebrale traumatica nel pesce zebra adulto

Traumatic brain injury (TBI) is one of the most prevalent neurological disorders characterized by a high degree of disabilities (Taylor et al., 2017). TBI is the major cause of death under the age of 40, involving over 10 million patients worldwide, every year (Hyder et al., 2007; Corrigan et al., 2010; Feigin et al., 2013). Indeed, humans are extremely limited in their ability to repair their brains after any acute and chronic neurodegeneration. Adult Zebrafish (Danio rerio) and human brains share 70% of gene homology, its brain structure is analogous to mammalian anatomy (Laird et al., 2011; Best et al., 2008; Ablain et al., 2013), consequently, Zebrafish is increasingly used as a valid animal model to mimic various human pathologies. One of the most interesting properties is that adult Zebrafish show high organ regenerative capacities including central and peripheral nervous systems, with fast and complete recovery of damaged areas. So far, all scientific efforts have been focused on mapping genetic clusters of neuroregeneration (Maheras et al., 2018), while no one has examined the entire energetic transcriptome of the adult zebrafish during neuronal recovery. In the present Ph.D. project dedicated to TBI, one of our goals is to take advantage of the interesting properties of the Zebrafish (Danio rerio), including its uncommon capacity to trigger neuroregeneration processes in response to an injury. Despite Zebrafish being commonly used as a valid animal model to investigate many different human pathologies, in literature, there are very little data concerning TBI, none of which focused to study the brain cell energy metabolism before and after TBI. Since several data from numerous studies using the well-known “weight drop” impact acceleration model of TBI in the rat, developed by Marmarou et. al (1994), our idea is concerning to adapt a novel TBI model for Zebrafish to reproduce the aforementioned “weight drop” model of TBI and, particularly, to study the effects of a mild TBI on neural cells metabolism. However, to have reliable results, it was mandatory to set up a reproducible surgical procedure and sample processing of the Zebrafish brain, also in consideration of the scarce information available in the literature on metabolic parameters of brain fish.

La lesione cerebrale traumatica (TBI) è uno dei disturbi neurologici più diffusi, caratterizzato da un elevato grado di disabilità (Taylor et al., 2017). La TBI è la principale causa di morte al di sotto dei 40 anni e coinvolge ogni anno oltre 10 milioni di pazienti in tutto il mondo (Hyder et al., 2007; Corrigan et al., 2010; Feigin et al., 2013). In effetti, gli esseri umani sono estremamente limitati nella loro capacità di riparare il cervello dopo una neurodegenerazione acuta e cronica. Il cervello adulto di Zebrafish (Danio rerio) e quello umano condividono il 70% dell'omologia genica, la sua struttura cerebrale è analoga all'anatomia dei mammiferi (Laird et al., 2011; Best et al., 2008; Ablain et al., 2013); di conseguenza, Zebrafish è sempre più utilizzato come modello animale valido per imitare varie patologie umane. Una delle proprietà più interessanti è che gli Zebrafish adulti mostrano elevate capacità rigenerative degli organi, compresi i sistemi nervosi centrali e periferici, con un recupero rapido e completo delle aree danneggiate. Finora, tutti gli sforzi scientifici si sono concentrati sulla mappatura dei cluster genetici della neurorigenerazione (Maheras et al., 2018), mentre nessuno ha esaminato l'intero trascrittoma energetico dello zebrafish adulto durante il recupero neuronale. Nel presente progetto di dottorato dedicato alle TBI, uno dei nostri obiettivi è sfruttare le interessanti proprietà del pesce zebra (Danio rerio), tra cui la sua non comune capacità di innescare processi di neuroregenerazione in risposta a una lesione. Nonostante lo Zebrafish sia comunemente usato come modello animale valido per studiare diverse patologie umane, in letteratura ci sono pochissimi dati riguardanti le TBI, nessuno dei quali si è concentrato sullo studio del metabolismo energetico delle cellule cerebrali prima e dopo le TBI. Poiché esistono numerosi dati provenienti da numerosi studi che utilizzano il noto modello di TBI con accelerazione da impatto "a caduta di peso" nel ratto, sviluppato da Marmarou et al (1994), la nostra idea è quella di adattare un nuovo modello di TBI per Zebrafish per riprodurre il suddetto modello di TBI "a caduta di peso" e, in particolare, per studiare gli effetti di una TBI lieve sul metabolismo delle cellule neurali. Tuttavia, per ottenere risultati affidabili, era obbligatorio mettere a punto una procedura chirurgica e un trattamento dei campioni del cervello di Zebrafish riproducibili, anche in considerazione delle scarse informazioni disponibili in letteratura sui parametri metabolici del cervello dei pesci.