En modifisert transkraniell mellomhjernearterie okklusjonsmodell for å studere slagutfall hos eldre mus
Summary
Denne protokollen demonstrerer en unik museslagmodell med et mellomstort infarkt og en utmerket overlevelsesrate. Denne modellen gjør det mulig for prekliniske slagforskere å forlenge iskemiens varighet, bruke eldre mus og vurdere langsiktige funksjonelle utfall.
Abstract
I eksperimentell slagforskning er okklusjon av mellomcerebrale arterier (MCAO) med et intraluminalt filament mye brukt til å modellere iskemisk hjerneslag hos mus. Filament MCAO-modellen viser vanligvis et massivt hjerneinfarkt i C57Bl / 6-mus som noen ganger inkluderer hjernevev i territoriet levert av den bakre cerebrale arterien, noe som i stor grad skyldes en høy forekomst av bakre kommuniserende arterieatresi. Dette fenomenet regnes som en viktig bidragsyter til den høye dødeligheten observert hos C57Bl/6-mus under langvarig slaggjenoppretting etter filament MCAO. Dermed utnytter mange kroniske slagstudier distale MCAO-modeller. Imidlertid produserer disse modellene vanligvis bare infarkt i cortex-området, og følgelig kan vurderingen av nevrologiske utfall etter hjerneslag være en utfordring. Denne studien har etablert en modifisert transkranial MCAO-modell der MCA i bagasjerommet er delvis okkludert enten permanent eller forbigående via et lite kranialvindu. Siden okklusjonsstedet er relativt proksimalt for opprinnelsen til MCA, genererer denne modellen hjerneskade i både cortex og striatum. Omfattende karakterisering av denne modellen har vist en utmerket langsiktig overlevelsesrate, selv hos eldre mus, samt lett påviselige nevrologiske underskudd. Derfor representerer MCAO-musemodellen beskrevet her et verdifullt verktøy for eksperimentell hjerneslagforskning.
Introduction
Nesten 800 000 mennesker får hjerneslag i USA hvert år, og de fleste av disse slagene er iskemiske inaturen 1. Rettidig gjenoppretting av cerebral blodstrøm med vevsplasminogenaktivator (tPA) og/eller trombektomi er for tiden den mest effektive behandlingen for slagpasienter; Imidlertid er full gjenoppretting av nevrologiske funksjoner på lang sikt sjelden 2,3. Dermed er søk etter ny slagbehandling som retter seg mot funksjonell forbedring et intenst forskningsområde som krever klinisk relevante dyremodeller av hjerneslag.
Den vanligste iskemiske slagmodellen hos gnagere bruker intraluminal okklusjon av mellomcerebrale arterier (MCAO) for å indusere hjerneslag. I denne modellen, opprinnelig utviklet av Zea Longa i 1989, blir en nylonfilament introdusert i den indre halspulsåren (ICA) for å blokkere blodstrømmen til den midtre hjernearterien (MCA)4. Denne modellen har imidlertid begrensninger. For det første, når filamentet settes inn i ICA, kan blodstrømmen til den bakre cerebrale arterien (PCA) også delvis blokkeres, spesielt hos mus. Kritisk er den bakre kommunikasjonsarterien (PcomA), en liten arterie som forbinder fremre og bakre cerebrale sirkulasjon, ofte underutviklet i noen musestammer, som C57Bl / 6, stammen som hovedsakelig brukes i eksperimentell slagforskning. Denne patency av PcomA antas å bidra til variasjonen i lesjonsstørrelse hos mus etter slag5. Faktisk, når blodstrømmen til PCA faller bratt under MCAO, og PcomA ikke er i stand til å gi tilstrekkelig sikkerhetsblodstrøm, kan hjerneslaginfarkt ekspandere inn i PCAs territorium. Videre fører en lang varighet av iskemi i denne modellen til en høyere sjanse for dødelighet hos mus. Følgelig brukes en kort MCAO-varighet på 30-60 min vanligvis hos mus. Imidlertid opplever de fleste slagpasienter noen timer med iskemi før reperfusjonsbehandling. Dermed er en museslagmodell med lengre varighet av iskemi av høy klinisk relevans.
Det overordnede målet med denne prosedyren er å modellere iskemisk slag hos mus som har et mellomstort infarkt og en utmerket overlevelsesrate. Denne transkraniale MCAO-modellen adresserer kritiske egenskaper ved klinisk slag, da langvarig iskemi kan utføres, og eldre mus tolererer denne modellen godt, noe som muliggjør langsiktig vurdering av funksjonell gjenoppretting.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den første transkraniale MCA-okklusjonsmodellen ble etablert hos rotter i 1981 11,12, og erstattet av no-craniectomy MCAO-modellen i1989 4. Den initiale transkraniale MCA-okklusjonen hadde et bredt kirurgisk felt, slik at hele den zygomatiske buen ble fjernet og musklene trukket sideveis. Lokale vev ble hovne etter operasjonen, noe som forårsaket stress og redusert matinntak for dyrene. I vår modifiserte transkraniale MCAO-modell er sni…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker Kathy Gage for hennes redaksjonelle støtte. Ordningsfigurer ble opprettet med BioRender.com. Denne studien ble støttet av midler fra Institutt for anestesiologi (Duke University Medical Center) og NIH-tilskudd (NS099590, HL157354, NS117973 og NS127163).
Materials
| 0.25% bupivacaine | Hospira | NDC 0409-1159-18 | |
| 0.9% sodium chloride | ICU Medical | NDC 0990-7983-03 | |
| 2,3,5-Triphenyltetrazolium Chloride (TTC) | Sigma or any available vendor | ||
| 20 G IV catheter | BD | 381534 | 20 GA 1.6 IN |
| 30 G needle | BD | 305106 | |
| 4-0 silk suture | Look | SP116 | Black braided silk |
| 8-0 suture with needle | Ethilon | 2822G | |
| Alcohol swabs | BD | 326895 | |
| Anesthesia induction box | Any suitable vendor | Pexiglass make | |
| Electrical grinder | JSDA | JD 700 | |
| High temperature cautery loop tip | Bovie | AA03 | |
| Isoflurane | Covetrus | NDC 11695-6777-2 | |
| Laser doppler perfusion monitor | Moor Instruments | moorVMS-LDF1 | |
| Lubricant eye ointment | Bausch + Lomb | 339081 | |
| Mouse rectal probe | Physitemp | RET-3 | |
| Nitrous Oxide | Airgas | UN1070 | |
| Otoscope | Welchallyn | 728 | 2.5 mm Speculum |
| Oxygen | Airgas | UN1072 | |
| Povidone-iodine | CVS | 955338 | |
| Recovery box | Brinsea | TLC eco | |
| Rimadyl (carprofen) | Zoetis | 6100701 | Injectable 50 mg/mL |
| Rodent ventilator | Harvard | Model 683 | |
| Temperature controller | Physitemp | TCAT-2DF | |
| Triple antibioric & pain relief | CVS | NDC 59770-823-56 | |
| Vaporizer | RWD | R583S |
References
- Tsao, C. W., et al. Heart disease and stroke statistics-2022 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 145 (8), e153 (2022).
- Nogueira, R. G., et al. Thrombectomy 6 to 24 hours after stroke with a mismatch between deficit and infarct. The New England Journal of Medicine. 378 (1), 11-21 (2018).
- Fisher, M., Savitz, S. I. Pharmacological brain cytoprotection in acute ischaemic stroke-renewed hope in the reperfusion era. Nature Reviews Neurology. 18 (4), 193-202 (2022).
- 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).
- Knauss, S., et al. A semiquantitative non-invasive measurement of PcomA patency in C57BL/6 mice explains variance in ischemic brain damage in filament MCAo. Frontiers in Neuroscience. 14, 576741 (2020).
- Yang, Z., et al. Post-ischemia common carotid artery occlusion worsens memory loss, but not sensorimotor deficits, in long-term survived stroke mice. Brain Research Bulletin. 183, 153-161 (2022).
- Wang, Z., et al. Increasing O-GlcNAcylation is neuroprotective in young and aged brains after ischemic stroke. Experimental Neurology. 339, 113646 (2021).
- Jiang, M., et al. XBP1 (X-box-binding protein-1)-dependent O-GlcNAcylation Is neuroprotective in ischemic stroke in young mice and its impairment in aged mice is rescued by thiamet-G. Stroke. 48 (6), 1646-1654 (2017).
- Li, X., et al. Single-cell transcriptomic analysis of the immune cell landscape in the aged mouse brain after ischemic stroke. Journal of Neuroinflammation. 19 (1), 83 (2022).
- Li, X., et al. Beneficial effects of neuronal ATF6 activation in permanent ischemic stroke. Frontiers in Cellular Neuroscience. 16, 1016391 (2022).
- Tamura, A., Graham, D. I., McCulloch, J., Teasdale, G. M. Focal cerebral ischaemia in the rat: 2. Regional cerebral blood flow determined by [14C]iodoantipyrine autoradiography following middle cerebral artery occlusion. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 1 (1), 61-69 (1981).
- Tamura, A., Graham, D. I., McCulloch, J., Teasdale, G. M. Focal cerebral ischaemia in the rat: 1. Description of technique and early neuropathological consequences following middle cerebral artery occlusion. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 1 (1), 53-60 (1981).
