Индукционная ишемического инсульта и ишемии-реперфузии у мышей с помощью средней артерии Occlusion Техника и визуализация площади инфаркта
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
Исследование сердечно – сосудистых заболеваний, таких как инсульт, основывается на использовании моделей в естественных условиях. Для того, чтобы понять, возможной причастности ишемии, лекарственной токсичности, и / или лечения, необходимо использовать подходящий, стандартизированную, надежную и воспроизводимую модель болезни, которая позволяет сравнительные исследования между группами лечения. В этой рукописи, мы используем мышей, учитывая наличие большого количества трансгенных мышей и моделей стандартизированные оценки. Боковое баллов для оценки двигательных и поведение дефицита после экспериментального ишемического инсульта и последующего восстановления были разработаны 1, 2.
Несколько ишемические модели инсульта доступны, такие как полный глобальной ишемии головного мозга, неполной глобальной ишемии, мультифокальной ишемии головного мозга и очаговой ишемии головного мозга. Последняя группа также категория инсульта наиболее распространенных у пациентов. Большинство наканунеNTS инициируются образованием эмболии или тромботической окклюзии на или вблизи средней мозговой артерии (СМА). Учитывая эти параметры, модель , представленная точно имитирует этиологию заболевания человеческого инсульта и делает полученные результаты весьма актуальной 3. Тем не менее, перевод открытий от моделей животных к лечению заболевания у людей, оказалось сложной задачей. До сих пор, только использование активатора плазминогена тромболитическая ткани был одобрен для лечения острого ишемического инсульта 4.
Среди моделей очаговой ишемии головного мозга у мышей, задней мозговой модели циркуляции инсульта и церебрального венозного тромбоза на экспериментальной модели сильно инвазивные, уменьшая их применимости и ограничения диапазона анализов, которые могут быть выполнены. Тем не менее, другие методы, такие как эмболии модели, фототромбоза модели, эндотелин-1 модели индуцированного инсульта и внутрипросветное шовного окклюзии средней мозговой артерии (МСАО) модели, доступны для использования без таких ограничений. Модель МСАО представляет собой способ, описанный в данном протоколе. Он предлагает надежный способ индукции очаговой ишемии головного мозга, которые могут быть легко реперфузии и выполняются в высокой пропускной образом. Есть два подхода к этой модели, а именно, методы Zea-Лонга и Коидзуми. Они немного отличаются по тому, как окклюзия шовный вставляется в сосудистую сеть. В технике Zea-Лонга, шовный материал вставляется через наружную сонную артерию 5. Методика представлена здесь модифицирован из метода Коидзуми , в котором поглощающий шовный материал вставляется через общую сонную артерию 6.
Модель MCAO была успешно применена для оценки различных событий, происходящих во время ишемического инсульта. После реперфузии, отек головного мозга может наблюдаться наряду с разрушением гематоэнцефалического барьера. Пик гибели нейронов обычно наблюдается через 24 часа; Тем не менее, она вновьповорачивается к исходному уровню через 7 дней 7. У людей, пол и возраст являются важными факторами при определении исхода инсульта, это также наблюдается у мышей и крыс 8, 9, 10. Несколько публикаций использовали модель МСАО , чтобы продемонстрировать эффективность обработки 11, 12, 13, 14.
Protocol
Representative Results
Discussion
Успешное использование описанного метода MCAO сильно зависит от понимания мозгового кровотока анатомии. Так как правильное размещение шовного материала трудно различить из-за отсутствия прямых визуальных подсказок, повторяется практика важно освоить процедуру, прежде чем использова?…
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).
