Summary

Das Kaninchen Blut-Shunt-Modell für die Untersuchung von akuten und Spätfolgen Subarachnoidalblutung: Technische Aspekte

Published: October 02, 2014
doi:

Summary

The experimental intracranial pressure-controlled blood shunt subarachnoid hemorrhage (SAH) model in the rabbit combines the standard procedures — subclavian artery cannulation and transcutaneous cisterna magna puncture, which enables close mimicking of human pathophysiological conditions after SAH. We present step-by-step instructions and discuss key surgical points for successful experimental SAH creation.

Abstract

Frühen Hirnverletzung und verzögert zerebralen Vasospasmus beide zur ungünstige Ergebnisse nach Subarachnoidalblutung (SAB). Reproduzierbar und kontrollierbar Tiermodellen, die beide Bedingungen zu simulieren, sind derzeit ungewöhnlich. Daher werden neue Modelle, um die menschliche pathophysiologischen Bedingungen von SAH resultierenden imitieren benötigt.

Dieser Bericht beschreibt die technischen Nuancen eines Kaninchenblut-Shunt-Modell, das SAH Kontrolle der intrazerebralen Druck (ICP) ermöglicht. Ein extrakorporalen Shunt zwischen dem arteriellen System und den Subarachnoidalraum, die Prüfer-unabhängige SAH in einem geschlossenen Schädel ermöglicht platziert. Schritt-für-Schritt-Handlungsanweisungen und notwendige Ausrüstung beschrieben werden, sowie technische Überlegungen, um das Modell mit minimaler Morbidität und Mortalität zu produzieren. Wichtige Details für die erfolgreiche chirurgische Schaffung dieses robuste, einfache und konsistente ICP-gesteuerten SAH Kaninchenmodell erforderlich sind, beschrieben.

Introduction

Aneurysmatischen Subarachnoidalblutung (SAB) ist einer der am meisten lebensbedrohlichen neuropathologischen Bedingungen, häufig zu bleibenden neurologischen Schäden oder Tod führen 1. Historische Forschung hat sich auf verzögerte Hirnvasospasmus (DCVS) als primäre Ursache der neurologischen Defizite mit SAH 2 zugeordnet konzentriert. Allerdings hat der allgemein schlechten klinischen Ergebnisse von Patienten mit SAB nach der Behandlung von Vasospasmus zu einer Ausweitung der Forschungsschwerpunkt geführt, um die Auswirkungen der frühen Hirnverletzung (EBI) nach SAB 3 gehören. Mehr Verständnis für die Bedeutung der beiden EBI und DCVS Beitrag zur schlechten klinischen Ergebnisse nach SAB ist wesentlich für die Entwicklung von effektiveren Therapiestrategien.

Bis jetzt Einzel-und Doppeleigenblutinjektion in die Cisterna magna ist die Standardmethode für die SAH Induktion für das Studium der DCVS 2-6. Obwohl häufig in früheren Studien verwendet wird,dieses Modell wahrscheinlich nicht die neuropathologischen wichtigsten Änderungen mit SAH verbunden sind, nicht reproduzieren induzierte EBI 7. Im Gegensatz dazu ist die endovaskuläre Perforation bekannt, schweren akuten pathophysiologischen Veränderungen, die die Symptome der EBI 7 teilweise nachahmen.

Dieser Bericht beschreibt ein neuartiges Kaninchenmodell von SAH zur Untersuchung sowohl EBI und DCVS ermöglichen, wodurch eine genauere Charakterisierung der SAH-induzierten Pathologie 8-10. Bei dem beschriebenen Verfahren wird die Standard Cisterna magna Modell durch Verbinden des arteriellen Systems angepaßt der A. subclavia und der Cisterna magna über einen extrakorporalen Shunt. Die Durchblutung wird dadurch auf die Physiologie des Kaninchens verbunden und durch das Druckgefälle zwischen dem arteriellen Blut und Hirndruck angetrieben. Die Blutung stoppt, wenn intrazerebrale Druck (ICP) gleich der diastolische Blutdruck und die Blut im Shunt-System koaguliert. Verwendung des Host & #8217; s Physiologie reduziert Prüfer-abhängigen Induktion SAH, was zu einer konsequenteren Modell des SAH, die zuverlässig und produziert sowohl EBI DCVS Phänotypen 3,8-10.

Protocol

Drei Monate alten weiblichen Neuseeland-Kaninchen mit einem Gewicht von 2,5 bis 3,5 kg wurden für dieses Verfahren verwendet. Die Studie wurde in Übereinstimmung mit den National Institutes of Health Richtlinien für die Pflege und Verwendung von Versuchstieren und mit der Genehmigung des Animal Care Committee des Kantons Bern, Schweiz (# 105 der Zulassung / 13) durchgeführt. Alle chirurgischen Verfahren wurden unter sterilen Bedingungen an der Experimental Surgical Institute der Fakultät für Klinische Forschung an…

Representative Results

Die Kaninchenblut Shunt-Modell SAH in diesem Bericht beschriebenen produziert EBI im Hippocampus (Abbildung 2a, b), basale Kortex (Abbildung 2a, b), und zerebrale Gefäßsystem (Abbildung 2C) bereits 24 Stunden nach der Verletzung und zeigt eine charakteristische Blutverteilung (2D) 8. Außerdem löst das Modell moderaten bis schweren Grad der DCVS am dritten Tag nach der SAH Induktion (Figur 3) 10. Die Morta…

Discussion

Der Shunt-Modell produziert Pathologie ähnlich wie beim Menschen nach akuter SAH 3,8,10 beobachtet. Es wurde vorgeschlagen, dass EBI kann verschärfen, zu pflegen und sogar auslösen DCVS 12, und als solche kann dieses Modell bei der Untersuchung sowohl die frühen und späten Phasen DCVS, einschließlich EBI und DCVS Wechselwirkungen folgenden SAH unterstützen. Insbesondere, wiederholbare in vivo DCVS Überwachungstechniken einschließlich DSA 13, Computertomographie-Angiogra…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren danken Laurie von Melchner, Inselspital Bern, Klinik für Neurochirurgie, Bern, Schweiz, für das Korrekturlesen und Editieren des Manuskripts und Paskus Jeremia, Boston Kinderkrankenhaus, Boston, MA für das Korrekturlesen des ersten Entwurfs. Wir schätzen die geschickte Verwaltung der Tierpflege, Anästhesie und operative Unterstützung von Daniel Mettler, DVM, Max Müller, DVM, Daniel Zalokar und Olgica Beslać, Experimentelle Chirurgische Institut, Abteilung für Klinische Forschung der Universität Bern, Bern, Schweiz. Wir danken Michael Lensch, Leiter Forschung Nurse, Klinik für Intensivmedizin, Inselspital Bern und der Universität Bern, Bern, Schweiz, für Echtzeit-Datenüberwachung und Nachbearbeitung der physiologischen Parameter. Wir danken Edin Nevzati, Carl Muroi, und Salome Erhardt, für ihre hervorragende Labor technische und operative Unterstützung.

Diese Arbeit wurde von der Abteilung für Intensiv unterstütztE Medizin, Inselspital Bern und der Universität Bern, Bern, Schweiz, der Abteilung für Klinische Forschung der Universität Bern, Bern, Schweiz, und der Forschungsfonds aus dem Kantonsspital Aarau, Aarau, Schweiz. Wir danken Elsevier, für Abdruckgenehmigung für Abbildungen 1 und 2.

Materials

Name Company Catalog Number Comments/Description
Equipment
operation microscope Zeiss, Jena, Germany Zeiss, OPMI-MD surgical microscope
surgical equipment B. Braun, Germany forceps medical n°5, vessel sciccors 8cm, microclip 4mm
respirator Hugo Sachs
hair clipper 3M Surgical Clipper   Starter Kit 9667A
body warm plate FHC
blood gas analyzer Radiometer, Copenhagen, Denmark ABL 725
cardiac monitoring Camino Multi-Parameter Monitor, Integra, Plainsboro, NJ, US AP-05
software analysis BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA Biopac MP100 and acqKnowledge software,version 3.8.1
software analysis ImagePro Discovery, MediaCybernetics, Silver Spring, MD, USA image-Pro Plus version 
angiography apparatus DFP 2000 A-Toshiba MIIXR0001EAA
ICP monitor Camino Laboratories, San Diego, CA, USA ICP monitor, Model 110-4B
blood flow monitor Oxford Optronix Ltd., Oxford, UK CAL KIT microsphere solution
laser-Doppler flowmetry fine needle probes  Oxford Optronix Ltd., Oxford, UK MNP110XP, 0.48 mm diameter
pressure tube B. Braun, Germay PE 1.0 mm × 2.0 mm
anesthesia monitor GE Medical Systems, Switzerland  Datex S5 Monitor
Material
20 G vascular catheter Smiths Medical Jelco i.v. catheter, REF 4057
5.5F three-lumen central venous catheter  Connectors, Tagelswangen, Switzerland silicone catheter STH-C040
22Gx40mm needle  Emergo Group Inc., Netherlands
high-speed microdrill Stryker, Solothurn, Switzerland 5400-15 
bone wax Ethicon, Johnson & Johnson,NJ, USA ETHW31G
bipolar forceps Aesculap, Inc., PA, US US349SP 
Ketamin Any generic product
Xylazine Any generic product
Buprenorphine Any generic product
Fentanyl Any generic product
transdermal fentanyl matrix patches  Any generic product
Lidocaine 1%  Any generic product
4% papaverin HCl  Any generic product
Neomycin sulfate  Research Organics Inc., OH, USA Any generic product
Povidone-iodine  Any generic product
0.9% sodium chloride Any generic product
Iopamidol  Abott Laboratories, IL, USA Any generic product
3-0 resorbable suture Ethicon Inc., USA VCP824G
5-0 non absorbable suture Ethicon Inc., USA 8618G
4-0 polyfilament sutures Ethicon Inc., USA VCP284G

Riferimenti

  1. Taylor, T. N., et al. Lifetime cost of stroke in the United States. Stroke; a journal of cerebral circulation. 27, 1459-1466 (1996).
  2. Kikkawa, Y., Kameda, K., Hirano, M., Sasaki, T., Hirano, K. Impaired feedback regulation of the receptor activity and the myofilament Ca2+ sensitivity contributes to increased vascular reactiveness after subarachnoid hemorrhage. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 30, 1637-1650 (2010).
  3. Marbacher, S., Fandino, J., Kitchen, N. D. Standard intracranial in vivo animal models of delayed cerebral vasospasm. British journal of neurosurgery. 24, 415-434 (2010).
  4. Marbacher, S., Neuschmelting, V., Graupner, T., Jakob, S. M., Fandino, J. Prevention of delayed cerebral vasospasm by continuous intrathecal infusion of glyceroltrinitrate and nimodipine in the rabbit model in vivo. Intensive care medicine. 34, 932-938 (2008).
  5. Zhou, M. L., et al. Comparison between one- and two-hemorrhage models of cerebral vasospasm in rabbits. Journal of neuroscience. 159, 318-324 (2007).
  6. Vatter, H., et al. Time course in the development of cerebral vasospasm after experimental subarachnoid hemorrhage: clinical and neuroradiological assessment of the rat double hemorrhage model. Neurosurgery. 58, 1190-1197 (2006).
  7. Lee, J. Y., Sagher, O., Keep, R., Hua, Y., Xi, G. Comparison of experimental rat models of early brain injury after subarachnoid hemorrhage. Neurosurgery. 65, 331-343 (2009).
  8. Marbacher, S., et al. A new rabbit model for the study of early brain injury after subarachnoid hemorrhage. Journal of neuroscience. 208, 138-145 (2012).
  9. Marbacher, S., et al. Outer skull landmark-based coordinates for measurement of cerebral blood flow and intracranial pressure in rabbits. Journal of neuroscience methods. 201, 322-326 (2011).
  10. Marbacher, S., et al. Extra-intracranial blood shunt mimicking aneurysm rupture: intracranial-pressure-controlled rabbit subarachnoid hemorrhage model. Journal of neuroscience. 191, 227-233 (2010).
  11. Sugawara, T., Ayer, R., Jadhav, V., Zhang, J. H. A new grading system evaluating bleeding scale in filament perforation subarachnoid hemorrhage rat model. J Neurosci Methods. 167, 327-334 (2008).
  12. Macdonald, R. L. Delayed neurological deterioration after subarachnoid haemorrhage. Nature reviews. Neurology. 10, 44-58 (2014).
  13. Zhang, Z. W., et al. Platelet-derived growth factor-induced severe and chronic vasoconstriction of cerebral arteries: proposed growth factor explanation of cerebral vasospasm. Neurosurgery. 66, 728-735 (2010).
  14. Laslo, A. M., Eastwood, J. D., Chen, F. X., Lee, T. Y. Dynamic CT perfusion imaging in subarachnoid hemorrhage-related vasospasm. AJNR. American journal of neuroradiology. 27, 624-631 (2006).
  15. Shao, Z., et al. Effects of tetramethylpyrazine on nitric oxide/cGMP signaling after cerebral vasospasm in rabbits. Brain research. 1361, 67-75 (2010).
  16. Bederson, J. B., Germano, I. M., Guarino, L. Cortical blood flow and cerebral perfusion pressure in a new noncraniotomy model of subarachnoid hemorrhage in the rat. Stroke; a journal of cerebral circulation. 26, 1086-1091 (1995).
  17. Veelken, J. A., Laing, R. J., Jakubowski, J. The Sheffield model of subarachnoid hemorrhage in rats. Stroke; a journal of cerebral circulation. 26, 1279-1283 (1995).
  18. Zakhartchenko, V., et al. Cell-mediated transgenesis in rabbits: chimeric and nuclear transfer animals. Biology of reproduction. 84, 229-237 (2011).
  19. Capecchi, M. R. Gene targeting in mice: functional analysis of the mammalian genome for the twenty-first century. Nature reviews. Genetics. 6, 507-512 (2005).
  20. Flisikowska, T., et al. Efficient immunoglobulin gene disruption and targeted replacement in rabbit using zinc finger nucleases. PloS one. 6, e21045 (2011).
  21. Nakajima, M., et al. Effects of aging on cerebral vasospasm after subarachnoid hemorrhage in rabbits. Stroke. 32, 620-628 (2001).
check_url/it/52132?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Andereggen, L., Neuschmelting, V., von Gunten, M., Widmer, H. R., Takala, J., Jakob, S. M., Fandino, J., Marbacher, S. The Rabbit Blood-shunt Model for the Study of Acute and Late Sequelae of Subarachnoid Hemorrhage: Technical Aspects. J. Vis. Exp. (92), e52132, doi:10.3791/52132 (2014).

View Video