Inductie van ischemische beroerte en ischemie-reperfusie in Muizen met behulp van het Midden-slagader occlusie Techniek en Visualisatie van Infarct Area
Summary
We describe a mouse model of stroke induced by the occlusion of the middle cerebral artery using a silicone coated suture. The protocol can be applied to induce permanent occlusion or a temporary ischemia, followed by reperfusion.
Abstract
Cerebrovascular disease is highly prevalent in the global population and encompasses several types of conditions, including stroke. To study the impact of stroke on tissue injury and to evaluate the effectiveness of therapeutic interventions, several experimental models in a variety of species were developed. They include complete global cerebral ischemia, incomplete global ischemia, focal cerebral ischemia, and multifocal cerebral ischemia. The model described in this protocol is based on the middle cerebral artery occlusion (MCAO) and is related to the focal ischemia category. This technique produces consistent focal ischemia in a strictly defined region of the hemisphere and is less invasive than other methods. The procedure described is performed on mice, given the availability of several genetic variants and the high number of tests standardized for mice to aid in the behavioral and neurodeficit evaluation.
Introduction
Het onderzoek van cardiovasculaire aandoeningen, zoals beroerte, gebaseerd op het gebruik van in vivo modellen. Om de mogelijke gevolgen van ischemie, geneesmiddeltoxiciteit, en / of behandeling begrijpen, is er behoefte aan een geschikte, gestandaardiseerde, betrouwbaar en reproduceerbaar model van de ziekte, die vergelijkende studies mogelijk maakt tussen behandelingsgroepen gebruiken. In dit manuscript, maken we gebruik van muizen, gezien de beschikbaarheid van een groot aantal van de transgene muizen en gestandaardiseerde assessment modellen. Harken scores om motorische en het gedrag volgende experimentele ischemische beroerte en de daaropvolgende herstel te beoordelen zijn ontwikkeld 1, 2.
Verschillende ischemische beroerte modellen zijn beschikbaar, zoals complete globale cerebrale ischemie, globale ischemie onvolledig, multifocale cerebrale ischemie en focale cerebrale ischemie. Deze laatste groep is de categorie van beroerte meest voor bij patiënten. De meerderheid van de vooravondgen worden geïnitieerd door de vorming van een trombotische of embolische occlusie bij of nabij de middelste cerebrale arterie (MCA). Gezien deze parameters, het model nauw gepresenteerde bootst ziekte etiologie van menselijke beroerte en maakt resultaten zeer relevant 3. Toch is de vertaling ontdekkingen van diermodellen tot behandeling van ziekten bij de mens heeft bewezen uitdagend. Tot nu toe is alleen het gebruik van trombolytische weefselplasminogeenactivator goedgekeurd voor de behandeling van acute ischemische beroerte 4.
Onder de modellen van focale cerebrale ischemie in de muis, posterieure cerebrale circulatie beroerte model en cerebrale veneuze trombose model zijn zeer invasieve, afnemende hun toepasbaarheid en het beperken van het bereik van de analyses die kunnen worden uitgevoerd. Echter, andere technieken, zoals het embolische model, photothrombosis model, endotheline-1 geïnduceerde slagmodel en intraluminale hechtdraad middelste cerebrale arterie occlusie (MCAO) model, zijn beschikbaar voor gebruik zonder dergelijke beperkingen. De MCAO model is een techniek beschreven in dit protocol. Het biedt een betrouwbare werkwijze voor het induceren focale cerebrale ischemie die gemakkelijk kunnen worden uitgevoerd en reperfusie in een high-throughput manier. Er zijn twee manieren om dit model, namelijk de Zea-Longa en Koizumi methoden. Ze verschillen enigszins weg occlusie hechting wordt in het vaatstelsel ingebracht. In de Zea-Longa techniek wordt de hechting via de externe halsslagader 5 geplaatst. De techniek die hier wordt gewijzigd vanaf het Koizumi werkwijze waarbij de afsluitende hechting via de carotis slagader 6 wordt ingebracht.
De MCAO model is met succes toegepast op verschillende gebeurtenissen tijdens ischemische beroerte evalueren. Na reperfusie, hersenoedeem kan worden waargenomen met de afbraak van de bloed-hersenbarrière. Extra neuronale dood meestal waargenomen bij 24 uur; echter rewendt zich tot de uitgangswaarden na 7 dagen 7. Bij mensen, geslacht en leeftijd zijn belangrijke variabelen bij het bepalen stroke antwoord wordt dit ook waargenomen in muizen en ratten 8, 9, 10. Verschillende publicaties hebben de MCAO model dat wordt gebruikt om de behandeling efficiëntie 11, 12, 13, 14 aan te tonen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het succesvolle gebruik van de beschreven MCAO werkwijze is sterk afhankelijk van inzicht in cerebrale bloedstroom anatomie. Aangezien de correcte plaatsing van de hechtdraad is moeilijk te onderscheiden door het ontbreken van directe visuele aanwijzingen, herhaalde oefening is belangrijk de procedure beheersen alvorens het voor onderzoekende studies. Slagvolume moet worden geanalyseerd om te zorgen voor een consistente resultaten. De toevoeging van een laser Doppler systeem kan helpen om de succesvolle afsluiting van d…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We would like to thank Dr. Lei Chen (Icahn School of Medicine at Mount Sinai, NY) who first established this model in our laboratory. Supported in part by HL126559, DA039576, MH098891, MH63022, MH072567, DA027569, and NSC 2015/17/B/NZ7/02985. Dr. Luc Bertrand is supported in part by a postdoctoral fellowship from the American Heart Association (16POST31170002).
Materials
| MCAO suture 0.23mm | Doccol | 702345PK5Re |
| MCAO suture 0.21mm | Doccol | 702145PK5Re |
| Silver pen | staples | 503205 |
| Anesthesia machine | Vetequip | 901806 |
| Surgical scissors | Fine science tool | 14558-09 |
| Surgical forceps straight tip | Fine science tool | 00108-11 |
| Surgical forceps angled tip | Fine science tool | 00109-11 |
| Spring scissors | Fine science tool | 15000-08 |
| Nylon suture | Braintree scintific | SUT-S 104 |
| Closing suture | VWR | 95057-036 |
| Isoflurane | Piramal | |
| 2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride | FisherSci | 50-121-8005 |
| Brain block | Braintree scintific | BS-A 5000C |
| Cryostat blade | VWR | 89202-606 |
| Optional: | ||
| Periflux Laser doppler system | Perimed | Periflux 5000 |
| Monitoring unit | Perimed | PF 5010 – LDPM |
References
- Cuomo, O., et al. Antithrombin reduces ischemic volume, ameliorates neurologic deficits, and prolongs animal survival in both transient and permanent focal ischemia. Stroke. 38 (12), 3272-3279 (2007).
- Wauquier, A., Melis, W., Janssen, P. A. Long-term neurological assessment of the post-resuscitative effects of flunarizine, verapamil and nimodipine in a new model of global complete ischaemia. Neuropharmacology. 28 (8), 837-846 (1989).
- Liu, F., McCullough, L. D. Middle cerebral artery occlusion model in rodents: methods and potential pitfalls. J Biomed Biotechnol. 2011, 464701 (2011).
- Chiu, D., et al. Intravenous tissue plasminogen activator for acute ischemic stroke: feasibility, safety, and efficacy in the first year of clinical practice. Stroke. 29 (1), 18-22 (1998).
- 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 experimental model of cerebral embolism in rats in which recirculation can be introduced in the ischemic area. Jpn J Stroke. 8, 1-8 (1986).
- Liu, F., Schafer, D. P., McCullough, L. D. TTC, fluoro-Jade B and NeuN staining confirm evolving phases of infarction induced by middle cerebral artery occlusion. J Neurosci Methods. 179 (1), 1-8 (2009).
- Liu, F., Yuan, R., Benashski, S. E., McCullough, L. D. Changes in experimental stroke outcome across the life span. J Cereb Blood Flow Metab. 29 (4), 792-802 (2009).
- Wang, R. Y., Wang, P. S., Yang, Y. R. Effect of age in rats following middle cerebral artery occlusion. Gerontology. 49 (1), 27-32 (2003).
- Baskerville, T. A., Macrae, I. M., Holmes, W. M., McCabe, C. The influence of gender on ’tissue at risk’ in acute stroke: A diffusion-weighted magnetic resonance imaging study in a rat model of focal cerebral ischaemia. J Cereb Blood Flow Metab. 36 (2), 381-386 (2016).
- Cai, Q., et al. Co-transplantation of hippocampal neural stem cells and astrocytes and microvascular endothelial cells improve the memory in ischemic stroke rat. Int J Clin Exp Med. 8 (8), 13109-13117 (2015).
- Cheng, Y., et al. Intravenously delivered neural stem cells migrate into ischemic brain, differentiate and improve functional recovery after transient ischemic stroke in adult rats. Int J Clin Exp Pathol. 8 (3), 2928-2936 (2015).
- Nagai, N., et al. Intravenous Administration of Cilostazol Nanoparticles Ameliorates Acute Ischemic Stroke in a Cerebral Ischemia/Reperfusion-Induced Injury Model. Int J Mol Sci. 16 (12), 29329-29344 (2015).
- Liu, Y., et al. Intravenous PEP-1-GDNF is protective after focal cerebral ischemia in rats. Neurosci Lett. 617, 150-155 (2016).
- Hedna, V. S., et al. Validity of Laser Doppler Flowmetry in Predicting Outcome in Murine Intraluminal Middle Cerebral Artery Occlusion Stroke. J Vasc Interv Neurol. 8 (3), 74-82 (2015).
- Tajima, Y., et al. Reproducibility of measuring cerebral blood flow by laser-Doppler flowmetry in mice. Front Biosci (Elite Ed). 6, 62-68 (2014).
- Fang, M., et al. Scutellarin regulates microglia-mediated TNC1 astrocytic reaction and astrogliosis in cerebral ischemia in the adult rats. BMC Neurosci. 16, 84 (2015).
- Evilsizor, M. N., Ray-Jones, H. F., Lifshitz, J., Ziebell, J. Primer for immunohistochemistry on cryosectioned rat brain tissue: example staining for microglia and neurons. J Vis Exp. (99), e52293 (2015).
- Kramer, M., et al. TTC staining of damaged brain areas after MCA occlusion in the rat does not constrict quantitative gene and protein analyses. J Neurosci Methods. 187 (1), 84-89 (2010).
- Wu, L., et al. Keep warm and get success: the role of postischemic temperature in the mouse middle cerebral artery occlusion model. Brain Res Bull. 101, 12-17 (2014).
- Liu, S., Zhen, G., Meloni, B. P., Campbell, K., Winn, H. R. Rodent Stroke Model Guidelines for Preclinical Stroke Trials (1st Edition). J Exp Stroke Transl Med. 2 (2), 2-27 (2009).
- Tsuchiya, D., Hong, S., Kayama, T., Panter, S. S., Weinstein, P. R. Effect of suture size and carotid clip application upon blood flow and infarct volume after permanent and temporary middle cerebral artery occlusion in mice. Brain Res. 970 (1-2), 131-139 (2003).
- Wolff, G., Davidson, S. J., Wrobel, J. K., Toborek, M. Exercise maintains blood-brain barrier integrity during early stages of brain metastasis formation. Biochem Biophys Res Commun. 463 (4), 811-817 (2015).
- Wrobel, J. K., Wolff, G., Xiao, R., Power, R. F., Toborek, M. Dietary Selenium Supplementation Modulates Growth of Brain Metastatic Tumors and Changes the Expression of Adhesion Molecules in Brain Microvessels. Biol Trace Elem Res. , (2015).
- Chen, L., Swartz, K. R., Toborek, M. Vessel microport technique for applications in cerebrovascular research. J Neurosci Res. 87 (7), 1718-1727 (2009).
