Approccio chirurgico per occlusione dell'arteria cerebrale media e riperfusione indotta ictus nei topi
Summary
Per comprendere la fisiopatologia di ictus, è importante utilizzare modelli affidabili. Questo documento descrive uno dei modelli di ictus più frequentemente utilizzati nei topi, chiamato il modello cerebrale media occlusione dell'arteria (MCAO) (anche chiamato il filamento intraluminale o modello di sutura) con riperfusione.
Abstract
L'ictus è una delle principali cause di morte nel mondo e continua ad essere una delle principali cause di disabilità per adulti a lungo termine. Circa 87% degli ictus ischemico sono di origine e si verificano nel territorio dell'arteria cerebrale media (MCA). Attualmente l'unico Food and Drug Administration (FDA) ha approvato farmaco per il trattamento di questa malattia devastante è attivatore tissutale del plasminogeno (tPA). Tuttavia, tPA ha una piccola finestra terapeutica per l'amministrazione (3-6 ore), ed è efficace solo nel 4% dei pazienti che effettivamente ricevono. La ricerca attuale si concentra sulla comprensione della fisiopatologia di ictus al fine di trovare potenziali bersagli terapeutici. Così, modelli affidabili sono cruciali, e il modello MCA occlusione (MCAO) (anche definito il filamento o di sutura modello endoluminale) è considerato il modello più clinicamente rilevante chirurgica di ictus ischemico, ed è abbastanza non invasiva e facilmente riproducibile. Tipicamente il modello MCAO viene utilizzato con i roditori, in particolare con i topi dovutea tutte le variazioni genetiche disponibili per questa specie. Qui si descrive (e presente nel video) come eseguire con successo il modello MCAO (con riperfusione) nei topi per generare dati affidabili e riproducibili.
Introduction
L'ictus è la causa quinta di morte nel mondo, con una persona che muore dalla malattia ogni 4 minuti. Oltre 800.000 americani soffrono un ictus ogni anno, che non solo è devastante per il paziente, ma anche per le loro famiglie. L'ictus è la principale causa di disabilità adulta e la spesa annua è stimata nell'ordine dei $ 36500000000 1 nonostante poche opzioni di trattamento che sono disponibili.
Attivatore tissutale del plasminogeno (tPA) è l'unico Food and Drug Administration (FDA) concesso in licenza farmaco per l'ictus ischemico. Tuttavia, è efficace solo se somministrato a pazienti entro 3-6 ore dall'inizio della corsa, e in questi casi avvantaggia solo il 4% dei pazienti 2. Pertanto, è imperativo che riproducibile, clinicamente rilevanti modelli animali di ictus sono utilizzati per aiutare nello sviluppo di strategie terapeutiche potenziali e trattamenti per questa malattia. È importante notare che in vitro </em> modelli, mentre utile nel modellare alcuni aspetti della disfunzione cerebrale, non sono in grado di ricapitolare le complesse interazioni fisiologici che si verificano nel cervello e periferia a seguito di un ictus. Di conseguenza, i modelli in vivo sono essenziali.
Il tipo più comune di ictus ischemico è di origine, che rappresentano il 87% degli ictus totali. Altri colpi sono emorragia intracerebrale (9%) e di emorragia subaracnoidea (4%), e sono causati spesso da emboli all'arteria cerebrale media (MCA). Ciò è attribuibile alla curva prominente alla radice del MCA, che provoca il flusso sanguigno laminare entrare nel cervello per diventare perturbato. La MCA nasce dalla arteria carotide interna (ICA) e percorsi lungo il solco laterale, dove ramifica e progetti alle gangli della base e le superfici laterali del frontale, parietale e lobi temporali, tra il motore primario e corteccia sensoriale. Il circolo di Willis è stato creato da arterie cerebrali posteriori essendocollegato alle arterie cerebrali e comunicante posteriore arterie.
Il filamento o di sutura modello intraluminale di MCAO è uno dei più ampiamente utilizzato nella ricerca ictus. Tuttavia, ci sono un paio di diverse varianti di questo modello, e questi sono basati sul fatto che il micro-filamento viene inserito nell'arteria carotide esterna (ECA, chiamato il metodo Longa) 3, oppure se viene inserita nella ICA (denominato Koizumi metodo) 4. Nel metodo di Koizumi, l'arteria carotide comune (CCA) sul lato della chirurgia deve essere legato in modo permanente se il filamento viene rimosso per prevenire le emorragie dall'incisione nella CCA, mentre nel metodo Longa è l'ECA che deve essere legato in modo permanente 5 . Qui il metodo Longa sarà utilizzato come riteniamo che questo è un gran lunga superiore e un modello più clinicamente rilevante chirurgica di ictus ischemico. Inoltre, l'uso di un monofilamento di silicio a punta, in particolare con il metodo Longa, produce moltoriproducibile MCAO rispetto ai monofilamenti fiamma smussati, che spesso producono occlusione incompleta e / o emorragia subaracnoidea 6.
Il metodo filamento intraluminale può essere utilizzato come modello di permanente o transitorio 4,6 occlusione. Per eseguire il modello transitorio, il filamento viene rimosso dopo un periodo di ischemia (ad esempio, 30 min, 60 min, o 2 ore), e riperfusione è permesso che accada. Questo modello, in qualche misura, simula il ripristino del flusso sanguigno dopo l'intervento spontaneo o terapeutico (ad esempio, la somministrazione tPA) per lisare un coagulo tromboembolico nell'uomo. Per il modello permanente, il filamento viene semplicemente lasciato in posizione per un periodo di tempo (ad esempio, 24 ore), quindi si verifica nessuna riperfusione. Un altro vantaggio del metodo filamento intraluminale è il fatto che una craniotomia non deve essere eseguito, permettendo al cranio per essere lasciata intatta ed evitando eventuali variazioni della pressione intracranica e temperatura.
<p class = "jove_content"> In questo video ci dimostra come eseguire il metodo filamento intraluminale Longa per indurre MCAO e riperfusione. Mostriamo anche come eseguire il punteggio neurologico 18 punti e determinare il volume dell'infarto con cloruro di 2,3,5-triphenyltetrazalium (TTC) colorazione.Protocol
Representative Results
Discussion
Dal suo concepimento 20 anni fa, il modello MCAO di ictus umana coinvolge l'inserimento di un filamento è stato utilizzato in un gran numero di studi. Ciò è principalmente dovuto al fatto che imita ciò accade clinicamente nella forma più comune di ictus (cioè, ictus ischemico). Il corpo striato è più sensibile all'ischemia rispetto alla corteccia cerebrale, e come tale, la lunghezza del tempo ischemico si tradurrà in se sia il striato e la corteccia dorsolaterale saranno interessati, o solo il …
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).
