마우스의 반복 저산소 전처리 및 과도 중간 대뇌 동맥 폐쇄 후 신경 혈관 보호의 정량화
Summary
This protocol describes repetitive hypoxic preconditioning, or brief exposures to systemic hypoxia that reduce infarct volumes and blood-brain barrier disruption following transient middle cerebral artery occlusion in mice. It also details dual quantification of infarct volume and blood-brain barrier disruption after stroke to assess the efficacy of neurovascular protection.
Abstract
뇌졸중의 실험 동물 모델은 스트로크의 병리를 이해하고보다 효과적인 치료 전략을 개발하기위한 매우 중요한 도구입니다. 반복적 저산소 전처리 (RHP) 대 이주 프로토콜 국소 허혈성 뇌졸중의 쥐 모델에서 중추 신경계 (CNS) 상해에 대하여 장기간 보호를 유도한다. 우완 두 기간 (2 ~ 4 시간)와 강도 (8 %와 11 % O 2)에 따라 다릅니다 저산소증 9 확률 적 노출로 구성되어 있습니다. 우완는 내인성 중추 신경계 보호 표현형의 장기 유도를 제안, 경색 볼륨, 혈액 – 뇌 장벽 (BBB) 중단 및 저산소증에 마지막 노출 다음 주 이후 행정 염증 반응을 감소시킨다. 경색 볼륨 및 BBB 중단의 이중 정량 방법은 우완 또는 다른 추정 neuroprotectants와 생쥐의 신경 혈관 보호 기능을 평가하는데 효과적이다. 성인 남성 스위스 웹스터 마우스는 21 % O로 우완 또는 기간 – 상응하는 노출에 의해 미리 조정했다 <suB> 2 (즉, 실내 공기). 60 분 과도 중간 대뇌 동맥 폐색 (결과 tMCAO)은 최종 저산소 노출 다음 이주을 유도 하였다. 폐쇄 및 재관류 모두 두개 레이저 도플러 flowmetry에 의해 확인되었다. 재관류 후 스물 두 시간, 에반스 블루 (EB)를 정맥 꼬리 정맥 주사를 통해 투여 하였다. 2 시간 후, 동물을 이소 플루 란과 과량 뇌 섹션에 의해 희생시켰다은 2,3,5- 트리 페닐 테트라 졸륨 클로라이드 (TTC)로 염색 하였다. 경색 볼륨은 정량 하였다. 다음으로, EB는 결과 tMCAO 후 BBB 중단을 결정하기 위해 48 시간 동안 조직으로부터 추출 하였다. 요약하면, RHP 다른 CNS 기반 및 전신성 염증성 질환 상태에 대한 병진 전위, 마우스에서 스트로크 부상 장기 내인성 신경 혈관 보호를 유도하기 위해, 최소한의 비용으로 복제 할 수있는 단순한 프로토콜이다.
Introduction
성인 장애와 사망의 네 번째 주요 원인의 주요 원인으로, 뇌졸중은 미국의 성인 인구가 직면 한 가장 쇠약 질병 상태 중 하나입니다. 뇌졸중의 1 동물 모델은 허혈 손상을 감소시키는 새로운 방법과 실험 조사 허용 졸중 회복을 개선시킨다. 등의 중개 연구에 대한 하나의 새로운 길을 사전 조정된다. 전처리는 후속하는, 더 심한 부상으로부터 손상을 줄이기 위해 비 손상 자극의 의도적 인 사용이다.이 저산소 전처리는 생체 내 및 시험 관내 연구에서 모두 스트로크에 대한 보호를 제공하는 뇌의다면 발현 변화를 생성하는 것으로 나타났다 . (3) 그러나, 저산소증에 하나의 노출은 성인 쥐에서 허혈에 대한 허용 오차 미만의 72 시간을 유도, 단기 신경을 제공합니다., 린 등 기압 성 저산소증에 14 시간 매일 노출의 4도 네 후 주. FO싶게 그 신경은 일주. 5 반복 저산소 전처리 (RHP) 지속 하였다는 주파수, 기간, 저산소 노출의 강도의 확률 적 변화에 의해 특징입니다. 단일 전처리 도전 달리 RHP 쥐 여덟 주까지 지속 cerebroprotective 표현형을 유도한다. 6 RHP 최종 저산소 노출 후 주 경색 부피, 혈액 – 뇌 장벽 (BBB) 장애, 혈관 염증 및 백혈구 diapedesis 감소 . RHP 구체적 허혈성 반구에서 B 세포 개체군을 유지하면서, T 세포, 단핵 세포 및 대식 세포 개체군을 감소시켜 허혈성 뇌의 염증을 감소시켰다.도 7은 실제로 RHP 뇌졸중을 포함한 모든 CNS 부상 전에 마우스의 면역 표현형을 유도. RHP 처리 건강한 쥐로부터 분리 RHP 처리 B 세포는 항원 제시 및 항체 생산의 하향 조절 모두에, 고유 항 염증 표현형을 나타내었다.염증성 적응성 면역 기전에 전체적인 감소뿐만 아니라 특정 CNS 염증성 질환에 대한 내인성 면역 억제를 유도하기 위하여 RHP에게 우수한 방법론하게 할뿐만 아니라 염증성 병태를 포함 전신성 상해 또는 질병 모델.
우완는 과도 중간 대뇌 동맥 폐색 (결과 tMCAO) 다음 경색 볼륨 및 BBB 중단을 모두 줄일 수 있습니다. 이러한 일반적으로 사용되는 결과 tMCAO 같이 뇌졸중 동물 모델은 극적 뇌졸중 병태 생리에 대한 이해뿐만 아니라, 더욱 효과적인 neurotherapeutics의 디자인을 향상시킬 수있다. 우선 고이즈미 총리 등의 알에 의해 개발., 1986 년, 8 결과 tMCAO 절차는 설치류에서 뇌졸중 및 재관류 다음과 같은 염증을 조사하기위한 바람직한 방법 중 하나를 유도하는 널리 사용되는 방법이다. 결과 tMCAO위한 방법들이 발전함에 따라, 실리콘 코팅 된 섬유의 최근 이용은 또 다른 모델 9,10 <비교 지주막 하 출혈의 위험을 줄일/ SUP> 불행하게도 결과 tMCAO 자주 경색 볼륨에 다양한 변화를 생산 불구하고, 신뢰성을 향상시킬 수있다. 11-13 이러한 연구의 대부분은 2,3,5- 트리 페닐 클로라이드 (TTC)로 염색하여 관상 뇌 부분에서 경색 영역을 서술 고려 경색 정량 금 표준은 선명한, 복제 가능한 결과를 생성하기위한 간단하고 저렴한 방법이기 때문이다. TTC는 미토콘드리아에 존재하는 탈수소 효소의 기판 역할을합니다. 뇌 조각은 TTC 용액에 노출되면 포르 마잔의 비 수용성 감소 제품, 가능한 미토콘드리아에 깊은 붉은 색 침전 경우, TTC는 선택적으로 살아있는 세포로 촬영됩니다. 때문에 허혈성 조직에서 미토콘드리아 기능 장애의,이 조직 손상과 건강한 조직의 분화를 허용, 흰색 남아있다. (14)
우완 또한 허혈성 반구에서 BBB 중단을 줄일 수 있습니다. (6) 따라서, BBB 무결성의 이중 정량화 같은 B 내에서TTC 기반 경색 볼륨과 비는 내인성 보호의 전체 효과에 대한 유용한 정보, 치료 및 치료 동물에서 BBB 중단 및 경색 사이의 잠재적 인 인과 관계를 제공 할 것 15 결정. 뇌졸중 이차 중단 BBB,,를 통해 말초 혈액의 유입은 궁극적으로 허혈성 뇌졸중 환자에서 감염과 사망률의 비율을 증가, 허혈성 반구에 백혈구 인구, 염증성 사이토 카인, 산화 스트레스, vasogenic 부종, 출혈성 변환을 증가 . 16,17 동물 모델에서 BBB 중단을 측정하는 일반적인 방법은 뇌에 에반스 청 (EB) 염색 누설 정량화 통해서이다. 15,18-21 EB 선택적 알부민, 구형 단백질 혈청에 결합 (MW = 65 kDa의) 즉 손상되지 않은 동물에 BBB를 통과하지 않습니다. (22) 허혈성 뇌졸중에 이어, EB는 뇌를 침투, 광학 밀도 withi의 측정을 허용, 620 nm에서 형광을N 관류 부상 실질. (22) 광학 밀도는 EB는 (rongeur)로하여 사후 대뇌 피질의 혈관에서 세척 된 BBB의 투과성에 직접적으로 비례한다. EB 관리와 동물 TTC 염색 뇌의 즉각적인 처리와 함께, 경색 볼륨과 BBB 중단을 모두 효과적으로 정량화 할 수있다. 이것은 신경 상해 및 BBB 붕괴가 뇌졸중 후 뇌의 프로세스가 수반되지임을 인식하여야한다, 그래서 23,24 희생의 시간의 선택은 중요한 고려 사항이다.
다음 프로토콜 RHP 방법, 임시 동맥 폐색을 유발 결과 tMCAO 방법 자세히 모델링 인간 환자에서 중간 대뇌 동맥 폐색, 신경 및 혈관 뇌졸중 손상 엔드 포인트를 결정하는 이중 조직 학적 방법. TTC는 전체 경색 부피의 정량화를 허용 세포사 누적 조직 손상을 측정매화, EB는 BBB 손상의 반구 정량을 제공한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
전신 저산소증 마우스 (즉, 2 시간 11 % O 2)에 하나의 노출은 "일시적으로"짧은 지속되는 저산소 전처리 도전에 후생 유전 학적 반응을 의미하는 결과 tMCAO, 29 일부터 뇌를 보호하고, 기준 표현형 내에서 복원 일. 저산소 전처리 자극의 반복 프리젠 테이션은 크게 신경 표현형의 기간을 연장. 6 많은 연구는 반복적 인 자극 열차의 빈도, 규모 및 기간이 응답의 중…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Special thanks to the Gidday lab for their work in developing the RHP protocol, as well as the Neuro-Models Facility (UTSW) for their assistance in the tMCAo surgeries. This work was supported by grants from the American Heart Association (AMS), The Haggerty Center for Brain Injury and Repair (UTSW; AMS), and The Spastic Paralysis Research Foundation of the Illinois-Eastern Iowa District of Kiwanis International (JMG).
Materials
| Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Flowmeters, regulators | VetEquip, Inc | Specialty order | Four flowmeters are attached to 6.0 mm flexible PVC tubing which connects to the inlet port on each induction chamber with a plastic female connector. These flowmeters are bolted to a 6.5" x 1" x 1" metal bar. This metal bar is bolted to a MI-246-P pressure gauge with a DISS outlet. This pressure gauge and flowmeter equipment can be attached to each new gas cylinder with a wrench. |
| 21% O2 tank | AirGas | OX USP200 | |
| 11% O2 tank | AirGas | Specialty order | |
| 8% O2 tank | AirGas | Specialty order | |
| 15L induction chambers | VetEquip | 941454 | |
| Moor Laber Dopper Flow | Moor Instruments | moorVMS-LDF1-HP | 0.8mm diameter probe |
| High Intensity Illuminator | Nikon | NI-150 | |
| Zoom Stereo Microscope | NIkon | SMZ800 | Other surgical microscopes may be used. |
| Kent Scientific Right Temperature CODA | Kent Scientific Corporation | Discontinued | Recommended replacement is PhysioSuite with RightTemp Temperature Monitoring and Homeothermic Control (Kent Scientific, #PS-RT). |
| Hovabator Incubator | Stromberg's | 2362-E | Our model is the 2362N. 2362E is a later model and includes an electronic thermostat. |
| V010 Anesthesia system | VetEquip | 901807 | Includes: ten foot high-pressure oxygen hose, frame, flowmeter, oxygen flush assembly, vaporizer, breathing circuit, chamber, nosecones, waste gas evacuation tubing and two VapoGuard filters |
| 250 mL isoflurane | Butler Schein | NDC-11695 | |
| D-6 Vet Trim Animal Cordless Trimmer | Andis | #23905 | Replacement blades are available from Andis (#23995) |
| Betadine | Fisher Scientific | 19-898-867 | |
| Q-tips | Multiple sellers | Catalog number not available | |
| Gauze Pads | Fisher Scientific | 67622 | |
| Surgical drape | Fisher Scientific | GM300 | |
| Silk Sutures | Look/Div Surgical Specialties | SP115 | |
| Nylon Sutures | Look/Div Surgical Specialties | SP185 | |
| Durmont #5 forceps (2) | Fine Science Tools | 11251-35 | Angled 45° |
| Surgical Scissors | Fine Science Tools | 14028-10 | |
| 3mm Vannas | Kent Scientific Corporation | INS600177 | Straight blade |
| Hartman Hemostats | Fine Scientific Tools | 13002-10 | |
| Occluding filaments | Washington University | Specialty order | Filaments are silicone coated at Washington Univeristy and provided to UTSW facilities for a fee. |
| Evans Blue | Sigma Aldritch | E2129-10G | |
| Filter Paper | Sigma Aldritch | WHA1001150 | 150 mm, circles, Grade 1 |
| Weigh Boats | Fisher Scientific | 02-202-101 | 2.5" diameter |
| 0.9% Sodium Chloride Injection USP | Baxter Pharmaceutics | 2B1321 | |
| 0.3cc insulin syringe with 29 g needle | Becton Dickinson Labware | 309301 | |
| Flat bottom restrainer | Braintree Scientific | FB M | 2.0" diameter |
| TTC | Sigma | T8877 | |
| 10X PBS, pH 7.4 | Fisher Scientific | BP399-20 | |
| Water Bath | Multiple sellers | Catalog number not available | Scintillation tubes with TTC may be manually held under running warm water as an alternative to the water bath. |
| Styrofoam board | Multiple sellers | Catalog number not available | |
| Large Syringe Kit | PumpSystems Inc | P-SYRKIT-LG | |
| Perfusion Pump | PumpSystems Inc | NE-300 | |
| 60 cc syringe | Fisher Scientific | NC9203256 | |
| 27g winged infusion set | Kawasumi Laboratories, Inc | D3K1-25G 1 | |
| 20 ml scintillation vial | Fisher Scientific | 50-367-126 | |
| Stainless steel spatula | Fisher Scientific | 14-373-25A | |
| Alto acrylic 1.0 mm mouse brain, coronal | CellPoint Scientific | Catalog number not available | |
| 0.21 mm stainless steel blades, 25 pk | CellPoint Scientific | Catalog number not available | Reusable cryostat blades are an inexpensive alternative. |
| 4% paraformaldehyde | Santa Cruz Biotechnology | SC-281692 | |
| Superfrost microscope slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| HP Scanjet G4050 | Multiple sellers | Catalog number not available | Other commercial scanners are suitable for this step in the protocol. |
| ImageJ | National Institute of Health | Catalog number not available | |
| Analytical Balance | Mettler Toledo | XSE 205U | |
| Precision Compact Oven | Thermo Scientific | PR305225M | |
| 1.7 mL microcentrifuge tubes (Eppendorfs) | Denville Scientific | C2170 | |
| Formamide | Fisher Scientific | BP228-100 | |
| 96-well plates | Fisher Scientific | 07-200-9 | |
| Epoch Microplate Spectrophotometer | BioTek | Catalog number not available |
Riferimenti
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