Använda en cellspårarinjektion för att undersöka ursprunget till neointimabildande celler i en råtta saccular sidoväggsmodell
Summary
Vi utförde en enpunkts, lipofil cellspårarinjektion för att spåra endotelceller, följt av en arteriotomi och suturering av sidoväggsaneurysmer på bukråttaortan. Neointima-bildning verkade beroende av moderartären i decellulariserade aneurysmer och främjades av rekryteringen från aneurysmväggceller i vitala cellrika väggar.
Abstract
Mikrokirurgisk klippning skapar en efterföljande barriär av blodflödet i intrakraniella aneurysmer, medan endovaskulär behandling bygger på neointima och trombbildning. Källan till endotelceller som täcker det endoluminala skiktet i neointima är fortfarande oklart. Syftet med föreliggande studie var därför att undersöka ursprunget till neointimabildande celler efter cellspårämnesinjektion i den redan väletablerade helsingforsråttans mikrokirurgiska sidewallaneurysmmodellen.
Sidewall aneurysmer skapades genom att suturera decellulariserade eller vitala arteriella påsar från sida till aortan hos manliga Lewis-råttor. Före arteriotomi med aneurysmsutur utfördes en cellspårarinjektion innehållande CM-Dil-färgämne i den klämda aortan för att märka endotelceller i det intilliggande kärlet och spåra deras proliferation under uppföljning (FU). Behandling följt av spolning (n = 16) eller stenting (n = 15). Vid FU (7 dagar eller 21 dagar) genomgick alla råttor fluorescensangiografi, följt av aneurysmskörd och makroskopisk och histologisk utvärdering med immunohistologiska cellantal för specifika regioner av intresse.
Ingen av de 31 aneurysmerna hade brustit vid uppföljningen. Fyra djur dog i förtid. Makroskopiskt kvarvarande perfusion observerades hos 75,0 % lindade och 7,0 % av stenterade råttor. Mängden cellspårarpositiva celler var signifikant förhöjd i decellulariserad stented jämfört med lindade aneurysmer med avseende på trombus på dag 7 (p = 0,01) och neointima på dag 21 (p = 0,04). Inga signifikanta skillnader hittades i tromb eller neointima i vitala aneurysmer.
Dessa fynd bekräftar sämre läkningsmönster i lindade jämfört med stenterade aneurysmer. Neointima bildning verkar särskilt beroende av moderartären i decellulariserade aneurysmer, medan den stöds av rekryteringen från aneurysmväggceller i vitala cellrika väggar. När det gäller översättning kan stentbehandling vara mer lämplig för mycket degenererade aneurysmer, medan spolning ensam kan vara tillräcklig för aneurysmer med mestadels friska kärlväggar.
Introduction
Subaraknoidalblödning orsakad av bristning av en intrakraniell aneurysm (IA) är ett förödande neurokirurgiskt tillstånd förknippat med hög sjuklighet och dödlighet 1,2,3,4. Förutom mikrokirurgisk klippning, som ger direkt endotel-till-endotelkontakt, har endovaskulära enheter fått ökad betydelse under de senaste decennierna för behandling av brustna och för övrigt upptäckta IA. Det helande svaret i endovaskulärt behandlade IA beror huvudsakligen på neointimabildning och tromborganisation. Båda är synergiska processer, beroende på cellmigration från det intilliggande kärlet och aneurysmväggen. 5 Hittills är ursprunget till endotelceller i neointimabildning av endovaskulära behandlade aneurysmer fortfarande oklart. Det pågår en debatt i litteraturen om källan från vilken neointimabildande celler rekryteras.
Genom att använda en cellspårarinjektion av CM-Dil-färgämne (se materialförteckningen) i bukaortan hos råttor syftade vi till att analysera endotelcellernas roll, med ursprung i moderartären, i neointimabildning vid två olika FU-tidpunkter (dag 7 och dag 21) (Figur 1). En fördel med modellen är den direkta lokala cellspårarinkubationen in vivo i en moderartär före aneurysmsutur, vilket möjliggör FU vid senare tidpunkter. In vivo-injektionstekniker , såsom cellspårämnesinkubation, har inte beskrivits i litteraturen. En fördel med denna teknik är den direkta, enpunkts, intraoperativa, in vivo-injektionen , vilket gör modellen robust och reproducerbar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna studie visar att neointimabildning medieras via endotelceller med ursprung i aneurysmkomplexets moderartär men stöds av rekryteringen av celler som härrör från aneurysmväggen i vitala aneurysmer. Ändå är rollen som cirkulerande stamceller i aneurysmläkning fortfarande kontroversiell12,13. Totalt ingick 31 lewis-hanråttor i denna undersökning; endast 4 dog i förtid (12,9% dödlighet).
I motsats till kirurgisk klippnin…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna tackar Alessandra Bergadano, DVM, PhD, för den dedikerade övervakningen av långsiktig djurhälsa. Detta arbete stöddes av forskningsfonderna från forskningsrådet, Kantonsspital Aarau, Aarau, Schweiz och den schweiziska nationella vetenskapsstiftelsen SNF (310030_182450).
Materials
| 3-0 resorbable suture | Ethicon Inc., USA | VCP428G | |
| 4-0 non-absorbable suture | B. Braun, Germany | G0762563 | |
| 6-0 non-absorbable suture | B. Braun, Germany | C0766070 | |
| 9-0 non-absorbable suture | B. Braun, Germany | G1111140 | |
| Atipamezol | Arovet AG, Switzerland | ||
| Bandpass filter blue | Thorlabs | FD1B | any other |
| Bandpass filter green | Thorlabs | FGV9 | any other |
| Bipolar forceps | any other | ||
| Bicycle spotlight | any other | ||
| Board (20 x 10 cm) | any other | ||
| Buprenorphine | Indivior, Switzerland | 1014197 | |
| Camera | Sony NEX-5R, Sony, Tokyo, Japan | ||
| Cannula (27-1/2 G) | any other | ||
| Cell count software | Image-J version 1.52n, U.S. National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA, https://imagej.nih.gov/ij/ | ||
| CellTracker CM-Dil dye | ThermoFisher SCIENTIFIC, USA | C7000 | |
| Coil-Device | Styker, Kalamazoo, MI, USA | 2 cm of Target 360 TM Ultra, 2-mm diameter | |
| Desinfection | any other | ||
| Eye-lubricant | any other | ||
| Fentanyl | Sintetica, S.A., Switzerland | 98683 | any generic |
| Flumazenil | Labatec-Pharma, Switerzland | ||
| Fluoresceine | Curatis AG | 5030376 | any generic |
| Fluorescence microscope | Olympus BX51, Hamburg, Germany; Cell Sens Dimension Imaging software v1.8 | ||
| Foil mask | any other | ||
| Glucose (5%) | any other | ||
| Heating pad | Homeothermic Control Unit, Harvard, Edenbridge, England | any other | |
| Isotonic sodium chloride solution (0.9%) | Fresenius KABI | 336769 | any generic |
| Isoflurane | any generic | ||
| Longuettes | any other | ||
| Meloxicam | Boehringer Ingelheim | P7626406 | any generic |
| Medetomidine | Virbac, Switzerland | QN05CM91 | |
| Micro needle holder | any other | ||
| Midazolam | Roche, Switzerland | ||
| Monitoring-system | Starr Life Sciences Corp., 333 Allegheny Ave, Oakmont, PA 15139, United States | ||
| Needle holder | any other | ||
| O2-Face mask | any other | ||
| Operation microscope | OPMI, Carl Zeiss AG, Oberkochen, Germany | any other | |
| Oxygen | any other | ||
| Rectal temperature probe | any other | ||
| Scalpell | Swann-Morton | 210 | any other |
| Small animal shaver | any other | ||
| Smartphone | any other | ||
| Sodium dodecyl sulfate (0.1%) | Sigma-Aldrich | 11667289001 | |
| Soft feed | Emeraid Omnivore | any generic | |
| Soft tissue forceps | any other | ||
| Soft tissue spreader | any other | ||
| Stainless steel sponge bowls | any other | ||
| Stent-Device | Biotroni, Bülach, Switzerland | modified magmaris device, AMS with polymer coating, 6-mm length, 2-mm diameter | |
| Sterile micro swabs | any other | ||
| Straight and curved microforceps | any other | ||
| Straight and curved microscissors | any other | ||
| Straight and curved forceps | any other | ||
| Surgery drape | any other | ||
| Surgical scissors | any other | ||
| Syringes 1 mL, 2 mL, and 5 mL | any other | ||
| Tape | any other | ||
| Vascular clip applicator | B. Braun, Germany | FT495T | |
| Yasargil titan standard clip (2x) | B. Braun Medical AG, Aesculap, Switzerland | FT242T | temporary |
References
- Vergouwen, M. D., et al. Definition of delayed cerebral ischemia after aneurysmal subarachnoid hemorrhage as an outcome event in clinical trials and observational studies: proposal of a multidisciplinary research group. Stroke. 41 (10), 2391-2395 (2010).
- Macdonald, R. L., et al. Preventing vasospasm improves outcome after aneurysmal subarachnoid hemorrhage: rationale and design of CONSCIOUS-2 and CONSCIOUS-3 trials. Neurocritical Care. 13 (3), 416-424 (2010).
- Wanderer, S., et al. Levosimendan as a therapeutic strategy to prevent neuroinflammation after aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Journal of Neurointerventional Surgery. , (2021).
- Wanderer, S., et al. Aspirin treatment prevents inflammation in experimental bifurcation aneurysms in New Zealand White rabbits. Journal of Neurointerventional Surgery. 14 (2), 189-195 (2021).
- Gruter, B. E., et al. Patterns of neointima formation after coil or stent treatment in a rat saccular sidewall aneurysm model. Stroke. 52 (3), 1043-1052 (2021).
- Kilkenny, C., et al. Animal research: reporting in vivo experiments: the ARRIVE guidelines. British Journal of Pharmacology. 160 (7), 1577-1579 (2010).
- Tornqvist, E., et al. Strategic focus on 3R principles reveals major reductions in the use of animals in pharmaceutical toxicity testing. PLoS One. 9 (7), 101638 (2014).
- Nevzati, E., et al. Aneurysm wall cellularity affects healing after coil embolization: assessment in a rat saccular aneurysm model. Journal of Neurointerventional Surgery. 12 (6), 621-625 (2020).
- Marbacher, S., et al. The Helsinki rat microsurgical sidewall aneurysm model. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (92), e51071 (2014).
- Nevzati, E., et al. Biodegradable magnesium stent treatment of saccular aneurysms in a rt model – introduction of the surgical technique. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (128), e56359 (2017).
- Gruter, B. E., et al. Testing bioresorbable stent feasibility in a rat aneurysm model. Journal of Neurointerventional Surgery. 11 (10), 1050-1054 (2019).
- Kadirvel, R., et al. Cellular mechanisms of aneurysm occlusion after treatment with a flow diverter. Radiology. 270 (2), 394-399 (2014).
- Li, Z. F., et al. Endothelial progenitor cells contribute to neointima formation in rabbit elastase-induced aneurysm after flow diverter treatment. CNS Neuroscience & Therapeutics. 19 (5), 352-357 (2013).
- Marbacher, S., et al. Intraluminal cell transplantation prevents growth and rupture in a model of rupture-prone saccular aneurysms. Stroke. 45 (12), 3684-3690 (2014).
- Frosen, J., et al. Contribution of mural and bone marrow-derived neointimal cells to thrombus organization and wall remodeling in a microsurgical murine saccular aneurysm model. Neurosurgery. 58 (5), 936-944 (2006).
- Marbacher, S., Niemela, M., Hernesniemi, J., Frosen, J. Recurrence of endovascularly and microsurgically treated intracranial aneurysms-review of the putative role of aneurysm wall biology. Neurosurgical Review. 42 (1), 49-58 (2019).
- Frosen, J. Smooth muscle cells and the formation, degeneration, and rupture of saccular intracranial aneurysm wall–a review of current pathophysiological knowledge. Translational Stroke Research. 5 (3), 347-356 (2014).
- Fang, X., et al. Bone marrow-derived endothelial progenitor cells are involved in aneurysm repair in rabbits. Journal of Clinical Neuroscience. 19 (9), 1283-1286 (2012).
- Morel, S., et al. Sex-related differences in wall remodeling and intraluminal thrombus resolution in a rat saccular aneurysm model. Journal of Neurosurgery. , 1-14 (2019).
- Gruter, B. E., et al. Fluorescence video angiography for evaluation of dynamic perfusion status in an aneurysm preclinical experimental setting. Operative Neurosurgery. 17 (4), 432-438 (2019).
- Marbacher, S., Strange, F., Frosen, J., Fandino, J. Preclinical extracranial aneurysm models for the study and treatment of brain aneurysms: A systematic review. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 40 (5), 922-938 (2020).
- Ravindran, K., et al. Mechanism of action and biology of flow diverters in the treatment of intracranial aneurysms. Neurosurgery. 86, 13-19 (2020).
- Marbacher, S., et al. Loss of mural cells leads to wall degeneration, aneurysm growth, and eventual rupture in a rat aneurysm model. Stroke. 45 (1), 248-254 (2014).
- Morosanu, C. O., et al. Neurosurgical cadaveric and in vivo large animal training models for cranial and spinal approaches and techniques – systematic review of current literature. Neurologia i Neurochirurgia Polska. 53 (1), 8-17 (2019).
- Wanderer, S., et al. Arterial pouch microsurgical bifurcation aneurysm model in the rabbit. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (159), e61157 (2020).
