Modelos Experimentales para Estudiar la Neuroprotección del Acondicionamiento Acido Contra la Isquemia Cerebral
Summary
El postcondicionamiento ácido protege contra la isquemia cerebral. Aquí presentamos dos modelos para ejecutar APC. Se consiguen respectivamente transfiriendo rebanadas corticostriatales a un tampón ácido después de la privación de oxígeno-glucosa in vitro e inhalando 20% de CO 2 después de la oclusión de la arteria cerebral media in vivo .
Abstract
El accidente cerebrovascular es una de las principales causas de mortalidad e incapacidad en todo el mundo, con enfoques terapéuticos limitados. Como estrategia endógena para la neuroprotección, los tratamientos post-acondicionamiento han demostrado ser terapias prometedoras contra la isquemia cerebral. Sin embargo, procedimientos complicados y posibles problemas de seguridad limitan su aplicación clínica. Para superar estos inconvenientes, hemos desarrollado postcondicionamiento ácido (APC) como terapia para la isquemia cerebral focal experimental. APC se refiere al tratamiento de acidosis leve inhalando CO 2 durante la reperfusión después de la isquemia. Aquí presentamos dos modelos para ejecutar APC in vitro e in vivo , respectivamente. El tratamiento de privación de oxígeno-glucosa (OGD) de ratones y la oclusión corticostriatal y oclusión de la arteria cerebral media (MCAO) de ratones se emplearon para imitar la isquemia cerebral. APC se puede lograr simplemente transfiriendo las rebanadas de cerebro a un tampón ácido burbujeado con 20% de CO 2 , or por los ratones inhalan 20% de CO2. La APC mostró efectos protectores significativos contra la isquemia cerebral, como se refleja en la viabilidad de los tejidos y en el volumen del infarto cerebral.
Introduction
El derrame cerebral es una de las principales causas de mortalidad e incapacidad en todo el mundo. Grandes esfuerzos se han hecho para encontrar tratamientos eficaces para el accidente cerebrovascular en las últimas décadas, sin embargo, el logro es bastante insatisfactorio. El postcondicionamiento es un proceso manipulado por tensiones subtóxicas después de un episodio isquémico. El postcondicionamiento, incluyendo la isquemia, la hipoxia, la baja glucosa y el postcondicionamiento isquémico remoto, desencadenan mecanismos adaptativos endógenos y han demostrado ser terapias prometedoras contra la isquemia cerebral 1 , 2 , 3 , 4 . Sin embargo, el postcondicionamiento isquémico puede introducir lesiones adicionales. El postcondicionamiento isquémico remoto de las extremidades suele necesitar varios ciclos de 5 a 20 min de oclusión y reperfusión en las extremidades posteriores ipsilaterales o bilaterales 5 , 6 , 7 . ThPor lo tanto, estas manipulaciones posteriores al acondicionamiento son peligrosas o poco prácticas en la práctica clínica. Para superar estos inconvenientes, hemos desarrollado APC como una terapia para la isquemia cerebral focal en ratones [ 8] . Inducido simplemente por la inhalación de 20% de CO 2 , APC reduce significativamente la lesión cerebral isquémica de una manera más factible y más segura. Recientemente hemos demostrado que APC extiende la ventana de reperfusión, destacando la importancia de APC para la terapia de accidente cerebrovascular [ 9] .
Aquí presentamos dos modelos experimentales para estudiar la neuroprotección de APC contra la isquemia cerebral. El primero es el modelo de privación de oxígeno-glucosa (OGD) en rodajas corticostriatales de ratones. La rápida preparación y transferencia de los cortes cerebrales en un entorno artificial, usualmente el líquido cefalorraquídeo artificial (ASCF), puede mantener la viabilidad celular y los circuitos neuronales, lo que hace posible el estudio de la función cerebral in vitro 10 <Sup>, 11 . OGD en ASCF imita la isquemia cerebral e induce lesión isquémica [ 12 , 13 , 14] . Después de OGD, las rebanadas de cerebro se refrescan en ASCF regular (r-ASCF) para proporcionar reperfusión y luego se tratan con APC usando ácido ASCF burbujeado con 20% de CO 2 . La porción corticostriatal mantiene la caracterización histológica intacta en comparación con las células cultivadas primarias.
Para estudiar la función cerebral in vivo , se emplea el modelo de oclusión de la arteria cerebral media (MCAO) del ratón. La arteria cerebral media se bloquea insertando un monofilamento amortiguado por la llama a través de la arteria carótida común. Como uno de los modelos de accidente cerebrovascular más ampliamente utilizados, el modelo MCAO muestra relevancia clínica y la aplicación de un monofilamento facilita la reperfusión. Simplemente mediante la inhalación de gases mezclados normoxic que contienen 20% de CO 2 después del inicio del reperfusioN, la APC mostró efectos protectores significativos contra la isquemia cerebral indicada por volúmenes reducidos de infarto cerebral.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aquí presentamos dos modelos experimentales para estudiar la neuroprotección de APC contra la isquemia cerebral. En las rebanadas cerebrales, la APC se logra incubando ratones con rebanadas corticostriatales en tampón ácido burbujeado con 20% de CO 2 después del inicio de la reperfusión, mientras que en el modelo MCAO, la APC se consigue inhalando 20% de CO 2 a ratones después de la reperfusión. Ambos modelos reflejan la neuroprotección de APC contra la isquemia cerebral. La protección fu…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (81573406, 81373393, 81273506, 81221003, 81473186 y 81402907), la Fundación Provincial de Ciencias Naturales de Zhejiang (LR15H310001) y el Programa de Zhejiang Equipo Líder del Equipo de Innovación de C & T (2011R50014).
Materials
| Sodium chloride | Sigma | S5886 | |
| Potassium chloride | Sigma | P5405 | |
| Potassium phosphate monobasic | Sigma | P9791 | |
| Magnesium sulfate | Sigma | M2643 | |
| Sodium bicarbonate | Sigma | S5761 | |
| Calcium chloride dihydrate | Sigma | C5080 | |
| D-(+)-Glucose | Sigma | G7021 | |
| Vibratome | Leica | VT1000 S | |
| 2,3,5-triphenyltetrazolium hydrochloride | Sigma | T8877 | |
| Absolute Ethanol | Aladdin Industrial Corporation | E111993 | |
| Dimethyl sulfoxide | Sigma | D8418 | |
| Laser Doppler Flowmetry | Moor Instruments Ltd | Model Moor VMS-LDF2 | |
| Diethyl ether anhydrous | Sinopharm Chemical Reagent Corporation | 80059618 | |
| Trichloroacetaldehycle hydrate | Sinopharm Chemical Reagent Corporation | 30037517 | |
| 10% Formalin | Aladdin Industrial Corporation | F111936 | |
| 24-well plates | Jet Biofil | TCP-010-024 |
References
- Zhao, H., Sapolsky, R. M., Steinberg, G. K. Interrupting reperfusion as a stroke therapy: ischemic postconditioning reduces infarct size after focal ischemia in rats. J Cereb Blood Flow Metab. 26 (9), 1114-1121 (2006).
- Leconte, C., et al. Delayed hypoxic postconditioning protects against cerebral ischemia in the mouse. Stroke. 40 (10), 3349-3355 (2009).
- Fan, Y. Y., et al. Transient lack of glucose but not O2 is involved in ischemic postconditioning-induced neuroprotection. CNS Neurosci Ther. 19 (1), 30-37 (2013).
- Hess, D. C., Hoda, M. N., Bhatia, K. Remote limb perconditioning [corrected] and postconditioning: will it translate into a promising treatment for acute stroke. Stroke. 44 (4), 1191-1197 (2013).
- Ren, C., Yan, Z., Wei, D., Gao, X., Chen, X., Zhao, H. Limb remote ischemic postconditioning protects against focal ischemia in rats. Brain Res. 1288, 88-94 (2009).
- Sun, J., et al. Protective effect of delayed remote limb ischemic postconditioning: role of mitochondrial K(ATP) channels in a rat model of focal cerebral ischemic reperfusion injury. J Cereb Blood Flow Metab. 32 (5), 851-859 (2012).
- Li, P., et al. Remote limb ischemic postconditioning protects mouse brain against cerebral ischemia/reperfusion injury via upregulating expression of Nrf2, HO-1 and NQO-1 in mice. Int J Neurosci. , 1-8 (2015).
- Fan, Y. Y., et al. A novel neuroprotective strategy for ischemic stroke: transient mild acidosis treatment by CO2 inhalation at reperfusion. J Cereb Blood Flow Metab. 34 (2), 275-283 (2014).
- Shen, Z., et al. PARK2-dependent mitophagy induced by acidic postconditioning protects against focal cerebral ischemia and extends the reperfusion window. Autophagy. , (2017).
- Skolnik, J., Takacs, L., Szende, E. In vitro oxygen consumption of slices from kidney, brain, cortex and liver in hypoxia. Nature. 209 (5020), 305 (1966).
- Lynch, G., Schubert, P. The use of in vitro. brain slices for multidisciplinary studies of synaptic function. Annu Rev Neurosci. 3, 1-22 (1980).
- Zheng, S., Zuo, Z. Isoflurane preconditioning reduces purkinje cell death in an in vitro model of rat cerebellar ischemia. Neurosciences. 118 (1), 99-106 (2003).
- Yin, B., Barrionuevo, G., Weber, S. G. Optimized real-time monitoring of glutathione redox status in single pyramidal neurons in organotypic hippocampal slices during oxygen-glucose deprivation and reperfusion. ACS Chem Neurosci. 6 (11), 1838-1848 (2015).
- Medvedeva, Y. V., Ji, S., Yin, H. Z., Weiss, J. H. Differential vulnerability of CA1 vs CA3 pyramidal neurons after ischemia: possible relationship to sources of Zn2+ accumulation and its entry into and prolonged effects on mitochondria. J Neurosci. , (2016).
- Pignataro, G., et al. In vivo and in vitro characterization of a novel neuroprotective strategy for stroke: ischemic postconditioning. J Cereb Blood Flow Metab. 28 (2), 232-241 (2008).
- Zhang, X., Ding, H. Z., Jiang, S., Zeng, Y. M., Tang, Q. F. An in vitro study of the neuroprotective effect of propofol on hypoxic hippocampal slice. Brain Inj. 28 (13-14), 1758-1765 (2014).
- Niu, Y., et al. Chemical profiling with HPLC-FTMS of exogenous and endogenous chemicals susceptible to the administration of chotosan in an animal model of type 2 diabetes-induced dementia. J Pharm Biomed Anal. 104, 21-30 (2015).
