גישה ניתוחית עבור העורקים התיכון ספיגה מוחין ושבץ reperfusion מושרה של עכברים
Summary
על מנת להבין את פתופיזיולוגיה של שבץ, חשוב להשתמש במודלים אמינים. מאמר זה יתאר את אחד דגמי שבץ הנפוצים ביותר בשימוש בעכברים, כינה את חסימת עורק המוח האמצעי (MCAo) המודל (המכונה גם נימת intraluminal או מודל תפר) עם reperfusion.
Abstract
שבץ מוחי הוא גורם מוביל למוות ברחבי העולם וממשיך להיות אחד הגורמים העיקריים של מוגבלויות הבוגרת לטווח ארוך. כ -87% ממקרי השבץ הם איסכמיים במקורו להתרחש בשטח של עורק המוח האמצעי (MCA). כיום מינהל המזון והתרופות רק (FDA) אישר תרופה לטיפול המחלה ההרסנית הזאת הוא מפעיל plasminogen רקמות (tPA). עם זאת, tPA יש חלון טיפולי קטן עבור הממשל (3 – 6 שעות), והוא יעיל רק ב 4% מהחולים שבאמת לקבלו. המחקר הנוכחי מתמקד בהבנת הפתופיזיולוגיה של שבץ כדי למצוא מטרות טיפוליות פוטנציאליים. לפיכך, מודלים אמינים הם קריטיים, ואת חסימת MCA (MCAo) המודל (המכונה גם מודל הנימה או intraluminal תפר) נחשב למודל כירורגית הרלוונטי ביותר מהבחינה הקליני של שבץ איסכמי, והיא די פולשני לשחזור בקלות. בדרך כלל מודל MCAo משמש עם מכרסמים, במיוחד עם עכברים בשללכל הווריאציות הגנטיות זמינות עבור מין זה. כאן אנו מתארים (ובהווה בסרטון) כיצד לבצע את מודל MCAo בהצלחה (עם reperfusion) בעכברים כדי להפיק נתונים אמינים לשחזור.
Introduction
שבץ מוחי הוא הגורם החמישי המוביל למוות ברחבי העולם, עם אדם אחד מת מהמחלה בכל 4 דקות. מעל 800,000 אמריקאים סובלים משבץ בכל שנה, אשר לא הרסני רק עבור המטופל, אך גם עבור משפחותיהם. שבץ מוחי הוא הגורם העיקרי למוגבלות מבוגרות ואת ההוצאה השנתית מוערכת בסדר גודל של 36.5 מיליארדים $ 1 למרות אפשרויות טיפול מעט מאוד להיות זמין.
מפעיל רקמות plasminogen (tPA) הוא מנהל המזון והתרופות רק (FDA) מורשה תרופה לשבץ איסכמי. עם זאת, הוא יעיל רק אם ניתן לחולים תוך 3-6 שעות מתחילת האירוע המוחי, ובמקרים אלה הם פועלים לטובת רק 4% מהחולים 2. לכן, קיים הכרח כי במודלים של בעלי חיים לשחזור, משמעות קלינית של שבץ משמשים כדי לסייע בפיתוח אסטרטגיות טיפוליות פוטנציאליות וטיפולים למחלה זו. חשוב לציין כי במבחנה </em> מודלים, תוך שימושי דוגמנות היבטים מסוימים של תפקוד מוחי, אינם מסוגל משחזר את האינטראקציות פיסיולוגיות המורכבות המתרחשות במוח לפריפריה בעקבות שבץ. כתוצאה מכך, in vivo מודלים חיוניים.
הסוג הנפוץ ביותר של שבץ איסכמי הוא במקורו, והיווה 87% ממקרי שבץ הכולל. משיכות אחרות הן דימום תוך-מוחי (9%) ודימום תת-עכבישי (4%), ו נגרמות לרוב על ידי תסחיפים אל עורק המוח האמצעי (MCA). זהו המיוחס העקום הבולט בשורש MCA, מה שגורם זרימת דם למינרית הנכנס למוח כדי להיות מופרות. MCA נובעת עורק התרדמה הפנימי (רשפ"ת) ומסלולים לאורך מענית לרוחב, שם סניפים ופרויקטים בגרעיני הבסיס ואת משטחים לרוחב של חזיתית, הקודקודית האונה הטמפורלית, כולל המנוע הראשוני בקליפה המוטורית. המעגל ויליס נוצר על ידי מעורקים אחוריים להיותמחובר אל עורקי המוח ועורקי תקשורת האחוריים.
מודל הנימה או תפר intraluminal של MCAo הוא אחד הנפוץ ביותר במחקר שבץ. עם זאת, יש כמה וריאציות שונות מודל זה, ואלה המבוססים על אם microfilament מוכנס לתוך העורק הראשי החיצוני (ECA, כינה את שיטת Longa) 3, או אם זה מוכנס לתוך ICA (כינה את קואיזומי שיטה) 4. בשיטה של קואיזומי, עורק התרדמה המשותף (CCA) בצד של הניתוח חייב להיות קשור באופן קבוע אם נימה מוסר כדי למנוע דימום מן החתך של המרכז לאמנות עכשווית, ואילו שיטת Longa הוא ECA כי חייב להיות קשור באופן קבוע 5 . הנה שיטת Longa תשמש אנחנו מרגישים את זה הוא עדיף בהרבה ומודל כירורגית רלוונטי יותר קליני של שבץ איסכמי. יתר על כן, השימוש של monofilament הטה-סיליקון, במיוחד עם שיטת Longa, מייצר מאוד לשחזור MCAo בניגוד monofilaments-הקהה להבה, אשר לעתים קרובות לייצר חסימה חלקית ו / או דימום תת-עכבישי 6.
שיטת נימת intraluminal יכולה לשמש כמודל של 4,6 חסימה קבועה או חולף. כדי לבצע את המודל החולף, הנימה יוסרה לאחר תקופה של איסכמיה (למשל, 30 דקות, 60 דקות, או שעה 2), ו reperfusion מותר לקרות. מודל זה, במידה מסוימת, המדמה את ששבת זרימת דם לאחר התערבות ספונטנית או טיפולית (למשל, ממשל tPA) כדי lyse קריש תרומבואמבוליים בבני אדם. עבור הדגם הקבוע, הנימה נשארת פשוט במקום במשך פרק זמן מסוים (למשל, 24 שעות), ולכן אין reperfusion מתרחשת. יתרון נוסף של שיטת נימת intraluminal הוא העובדה כי craniotomy לא צריך להתבצע, המאפשר הגולגולת כדי להיות שלמה שמאל והימנעות מכל שינויים בלחץ תוך גולגולתי וטמפרטורה.
<p c= "ילדה" "jove_content"> בסרטון הזה אנחנו מדגימים כיצד לבצע את שיטת נימת intraluminal Longa לגרום MCAo ו reperfusion. כמו כן, אנו מראים כיצד לבצע את ציון נוירולוגיות 18 נקודות וכן לקבוע את ההיקף האוטם באמצעות כלוריד 2,3,5-triphenyltetrazalium מכתים (TTC).Protocol
Representative Results
Discussion
מאז ראשיתה לפני 20 שנים, מודל MCAo לשבץ אדם מעורב החדרת חוט להט נעשה שימוש מספר עצום של מחקרים. זאת בעיקר בשל העובדה כי זה מחק מה קורה קליני הצורה הנפוצה ביותר של שבץ (כלומר, שבץ איסכמי). הסטריאטום הוא יותר רגיש לאיסכמיה מ קליפת המוח, וככזה, את משך הזמן איסכמי יתורגם אם …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was funded by the National Institute of Health, the National Heart Lung and Blood Institute (NIH and NHLBI; HL125572-01A1) and the LSUHSC-S start up fund to F.N.E. Gavins.
Materials
| Male C57BL/6 mice | Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME | #000664 | |
| Ketamine Hydrochloride | Morris & Dickson, Shreveport, LA | 67457-108-10 | |
| Xylazine | Akorn, Inc, Lake Forest, IL | NADA# 139-236 | |
| DC temperature control system | FHC, Bowdoin, ME | 40-90-8D | |
| Mini rectal thermistor probe | FHC, Bowdoin, ME | 40-80-5D-02 | |
| Heating pad | FHC, Bowdoin, ME | 40-90-2-06 | |
| Clippers | Amazon, Bellevue, WA | #64800 | |
| 70% ethanol | Worldwide Medical Products, Bristol, PA | #51011023 | |
| Dissecting microscope | Olympus, Center Valley, PA | SZ40 | |
| Iris scissors (straight) | Fine Science Tools, Foster City, CA | 11251-20 | |
| Dumont forceps (45° bent tip) | Fine Science Tools, Foster City, CA | 11297-00 | |
| Micro vessel clip | Fine Science Tools, Foster City, CA | 18055-05 | |
| Micro dissecting spring scissors (straight) | Fine Science Tools, Foster City, CA | 14088-10 | |
| Retractors (blunt) | Fine Science Tools, Foster City, CA | 18200-11 (Helen used 17022-13) | |
| Cotton tipped applicators | Fisher Scientific, Waltham, MA | 23-400-100 | |
| Gauze sponges | Covidien, Mansfield, MA | #9023 | |
| 6-0 silk braided surgical suture | Roboz, Gaithersburg, MD | SUT-1073-11 | |
| 0.9% sodium chloride | Morris & Dickson, Lake Forest, IL | 0409-4888-20 | |
| 6-0 medium MCAO suture (silicon rubber coated monofilament) | Doccol Corporation, Sharon, MA | 6023PKRe | |
| Sofsilk 6-0 silicone coated braided silk | Covidien, Mansfield, MA | SUT-14-1 | |
| Carprofen | Pfizer, New York, NY | NADA# 141-199 | |
| Puralube | Dechra, Norwich, UK | NDC 17033-211-38 | |
| Physitemp temperature controller | Harvard Apparatus, Holliston, MA | TCAT-2AC | |
| Heat lamp | Harvard Apparatus, Holliston, MA | HL-1 | |
| Laser doppler probe | AD Instruments, Colorado Springs, CO | MSP100XP | |
| 24-well plates | Fisher Scientific, Waltham, MA | #353226 | |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Life Technologies, Carlsbad, CA | 20012-050 | |
| Single edge razor blades | Fisher Scientific, Waltham, MA | 12-640 | |
| 2,3,5-triphenyltetrazalium chloride (TTC) | Sigma Aldrich, St. Louis, MO | T8877-50G | |
| Mouse brain matrix slicer | Braintree Scientific, Braintree, MA | BS-A 5000C | |
| Water bath | VWR, Radnor, PA | #182 | |
| 10% formalin | Sigma Aldrich, St. Louis, MO | HT501128-4L | |
| Image J analysis software | NIH, Bethesda, MD | free download | |
| Retractor | Medical Device Purchase, Newcastle, CA | MP-740 |
References
- Go, A. S., et al. Heart disease and stroke statistics-2014 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 129 (3), e28-e292 (2014).
- Marks, M. P., et al. Patients with acute stroke trated with intravenous tPS 3-6 hours after stroke onset: correlations between MR angiography findings and perfusion- and diffusion-weighted imaging in the DEFUSE study. Radiology. 249 (2), 614-623 (2008).
- Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 20 (1), 84-91 (1989).
- Koizumi, J., Yoshida, Y., Nakazawa, T., Ooneda, G. Experimental studies of ischemic brain edema, I: a new experimnetal model of cerebral embolism in rats in which recirculation can be introduced in the ischemic area. Jpn J Stroke. (8), 1-8 (1986).
- Smith, H. K., Russell, J. M., Granger, D. N., Gavins, F. N. E. Critical differences between two classical surgical approaches for middle cerebral artery occlusion-induced stroke in mice. J Neurosci Meth. 249, 99-105 (2015).
- Gavins, F. N., Dalli, J., Flower, R. J., Granger, D. N., Perretti, M. Activation of the annexin 1 counter-regulatory circuit affords protection in the mouse brain microcirculation. FASEB J. 21 (8), 1751-1758 (2007).
- Chen, J., et al. Atorvastain induction of VEGF and BDNF promotes brain plasticity after stroke in mice. J Cereb Blood Flow Metab. 25 (2), 281-290 (2005).
- Li, Y., et al. Intrastriatal transplantation of bone marrow nonhematopoietic cells improves functional recovery after stroke in adult mice. J Cereb Blood Flow Metab. 20 (9), 1311-1319 (2000).
- Liesz, A., et al. The spectrum of systemic immune alterations after murine focal ischemia; the immunodepression versus immunomodulation. Stroke. 40 (8), 2849-2858 (2009).
- Beckmann, N. High resolution magnetic resonance angiography non-invasively reveals mouse strain differences in the cerebrovascular anatomy in vivo. Magn Reson Med. 44 (2), 252-258 (2000).
- Barone, F. C., Knudsen, D. J., Nelson, A. H., Feuerstein, G. Z., Willette, R. N. Mouse strain differences in susceptibility to cerebral ischemia are related to cerebral vascular anatomy. J Cereb Blood Flow Metab. 13 (4), 683-692 (1993).
- Burk, J., Burggraf, D., Vosko, M., Dichgans, M., Hamann, G. F. Protection of cerebral microvasculature after moderate hypothermia following experimental focal cerebral ischemia in mice. Brain Res. (1226), 248-255 (2008).
- Noor, R., Wang, C. X., Shuaib, A. Effects of hyperthemia on infarct volume in focal embolic model of cerebral ischemia in rats. Neurosci Lett. 349 (2), 130-132 (2003).
- Shin, H. K., et al. Mild induced hypertension improves blood flow and oxygen metabolism in transient focal cerebral ischemia. Stroke. 39 (5), 1548-1555 (2008).
- Richter, S. H., Garner, J. P., Würbel, H. Environmental standardization: cure or cause of poor reproducibility in animal experiments?. Nat Methods. 6 (4), 257-261 (2009).
- Holloway, P. M., et al. Both MC1 and MC3 receptors provide protection from cerebral ischemia-reperfusion-induced neutrophil recruitment. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 35, (2015).
- Vandeputte, C., et al. Characterization of the inflammatory response in a photothrombotic stroke model by MRI: implications for stem cell transplantation. Mol Imaging Biol. 13 (4), 663-671 (2010).
- Iwae, Y., et al. Glial cell-mediated deterioration and repair of the nervous system after traumatic brain injury in a rat model as assessed by positron emission tomography. J Neurotrauma. 27 (8), 1463-1475 (2010).
- Morris, R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. J Neurosci Methods. 11 (1), 47-60 (1984).
- Mouzon, B., et al. Repetitive mild traumatic brain injury in a mouse model produces learning and memory deficits accompanied by histological changes. J Neurotrauma. 29 (18), 2761-2773 (2012).
- Fleming, S., et al. Early and progressive sensorimotor anomalies in mice overexpressing wild-type human α-synuclein. J Neurosci. 24 (42), 9434-9440 (2004).
- Sedelis, M., Schwarting, R. K. W., Huston, J. P. Behavioral phenotyping of the MPTP mouse model of Parkinson’s disease. Behav Brain Res. 125 (1-2), 109-125 (2001).
- Toon, L., Silva, M., D’Hooge, R., Aerts, J. M., Berckmans, D. Automated gait analysis in the open-field test for laboratory mice. Behav Res Methods. 41 (1), 148-153 (2009).
- Lubjuhn, J., et al. Functional testing in a mouse stroke model induced by occlusion of the distal middle cerebral artery. J Neurosci Methods. 184 (1), 95-103 (2009).
- Bouët, V., Freret, T., Toutain, J., Divoux, D., Boulouard, M., Schumann-Bard, P. Sensorimotor and cognitive deficits after transient middle cerebral artery occlusion in the mouse. Exp Neurol. 203 (2), 555-567 (2007).
- Freret, T., et al. Behavioral deficits after distal focal cerebral ischemia in mice: usefulness of adhesive removal test. Behav Neurosci. 123 (1), 224-230 (2009).
- Zhan, Y., et al. Deficient neuron-microglia signaling results in impaired functional brain connectivity and social behavior. Nature Neurosci. 17, 400-406 (2013).
- Balkaya, M., Kröber, J. M., Rex, A., Endres, M. Assessing post-stroke behavior in mouse models of focal ischemia. J Cereb Blood Flow. 33, 330-338 (2012).
- Wiessner, C., et al. Anti-nogo-a antibody infusion 24 hours after experimental stroke imporved behavioral outcome and corticospinal plasticity in normotensive and spontaneously hypertensive rats. J Cereb Blood Flow Metab. 23, 154-165 (2003).
- Schaar, K. L., Brenneman, M. M., Savitz, S. I. Functional assessments in the rodent stroke model. Exp Transl Stroke Med. 2 (13), (2010).
