Chirurgische Aanpak voor midden cerebrale slagader occlusie en reperfusie Induced Stroke in Muizen
Summary
Om de pathofysiologie van beroerte te begrijpen, is het belangrijk betrouwbare modellen. Dit document zal een van de meest gebruikte takt modellen beschrijven in muizen, genaamd de middelste cerebrale slagader occlusie (MCAo) model (ook aangeduid als de intraluminale filament of hechtdraad model) met reperfusie.
Abstract
Beroerte is een belangrijke doodsoorzaak wereldwijd en blijft een van de belangrijkste oorzaken van langdurige volwassene handicap. Ongeveer 87% van de beroertes zijn ischemisch oorsprong en komen op het grondgebied van de middelste cerebrale slagader (MCA). Momenteel is de enige Food and Drug Administration (FDA) goedgekeurde geneesmiddel voor de behandeling van deze verwoestende ziekte is weefselplasminogeenactivator (tPA). Echter, tPA heeft een klein therapeutisch venster voor toediening (3-6 uur) en is alleen effectief in 4% van de patiënten die daadwerkelijk ontvangen. Huidige onderzoek richt zich op het begrijpen van de pathofysiologie van een beroerte om potentiële therapeutische targets te vinden. Zo betrouwbare modellen zijn van cruciaal belang, en de MCA occlusie (MCAo) model (ook aangeduid als de intraluminale filament of hechtdraad model) wordt beschouwd als de meest klinisch relevante chirurgische model van ischemische beroerte, en is vrij niet-invasieve en gemakkelijk reproduceerbaar. Typisch de MCAo model wordt gebruikt bij knaagdieren, vooral muizen wijtenalle genetische varianten voor deze species. Hier beschrijven wij (en aanwezig in de video) hoe de MCAo model (met reperfusie) in muizen met succes uit te voeren om betrouwbare en reproduceerbare gegevens te genereren.
Introduction
Beroerte is de vijfde belangrijkste doodsoorzaak ter wereld, met een persoon de ziekte sterven elke 4 minuten. Meer dan 800.000 Amerikanen lijden aan een beroerte elk jaar, die niet alleen is verwoestend voor de patiënt, maar ook voor hun families. Beroerte is de belangrijkste oorzaak van volwassen gehandicapten en de jaarlijkse uitgaven worden geraamd op in de orde van 36500000000 $ 1, ondanks zeer weinig behandeling opties beschikbaar zijn.
Tissue (tPA) is de enige Food and Drug Administration (FDA) een licentie drug voor ischemische beroerte. Het is echter alleen effectief indien toegediend aan patiënten binnen 3-6 uur na het begin van de slag, en in deze gevallen profiteert slechts 4% van de patiënten 2. Daarom is het noodzakelijk dat reproduceerbaar klinisch relevante diermodellen beroerte worden gebruikt om te helpen bij de ontwikkeling van mogelijke therapeutische strategieën en behandelingen voor deze ziekte. Het is belangrijk op te merken dat in vitro </em> modellen, terwijl nuttig bij het modelleren van bepaalde aspecten van cerebrale stoornissen, niet kunnen recapituleren de complexe fysiologische interacties die optreden in de hersenen en periferie na een beroerte. Derhalve in vivo methoden zijn noodzakelijk.
De meest voorkomende vorm van een beroerte is ischemische oorsprong, goed voor 87% van de totale beroertes. Andere bewegingen zijn intracerebrale bloeding (9%) en subarachnoïdale bloeding (4%), en worden meestal veroorzaakt door een emboli naar de middelste cerebrale arterie (MCA). Dit is toe te schrijven aan de prominente curve aan de wortel van MCA, die laminaire bloedstroom invoeren van de hersenen veroorzaakt te worden verstoord. De MCA komt voort uit de interne halsslagader (ICA) en de routes langs de laterale sulcus, waar ze takken en projecten om de basale ganglia en de zijvlakken van de frontale, pariëtale en temporale kwabben, met inbegrip van de primaire motorische en sensorische cortex. De cirkel van Willis wordt gecreëerd door posterieure cerebrale slagaders zijnverbonden met de cerebrale arteriën en de achterste communicerende arteriën.
De intraluminale filament of hechting model van MCAo is een van de meest gebruikte beroerte onderzoek. Er zijn echter een paar verschillende variaties op dit model, en deze zijn op basis van of de gloeidraad in de externe halsslagader wordt gestoken (ECA, de zogenoemde Longa methode) 3, of dat in de ICA ingebracht (aangeduid als de Koizumi methode) 4. Bij methode Koizumi, moet de carotis communis (CCA) aan de zijde van de operatie permanent gekoppeld indien het filament verwijderd om te voorkomen bloeden uit de incisie in de CCA, terwijl in de werkwijze Longa's is de ERK die permanent moet worden gekoppeld 5 . Hier de Longa methode zal gebruikt worden als we het gevoel dat dit is een veel betere en een meer klinisch relevante chirurgische model van ischemische beroerte. Bovendien is het gebruik van een silicium getipt monofilament, vooral met de Longa werkwijze produceert zeerreproduceerbaar MCAo tegenover de vlam stomp monofilamenten, die vaak produceren onvolledige occlusie en / of subarachnoïdale bloeding 6.
De intraluminale filament methode kan worden gebruikt als een model van permanente of transiënte occlusie 4,6. Om de vluchtige model voeren, wordt het filament verwijderd na een periode van ischemie (bijvoorbeeld, 30 minuten, 60 minuten of 2 uur) en reperfusie mag gebeuren. Dit model, enigszins, simuleert het herstel van de bloedstroom na spontane of therapeutische interventie (bijvoorbeeld tPA toediening) een trombo-embolische stolsel bij mensen lyseren. Voor de vaste model wordt het filament eenvoudigweg in plaats gelaten gedurende een periode (bijvoorbeeld 24 uur), dus geen reperfusie plaatsvindt. Een ander voordeel van de intraluminale filament methode is dat een craniotomie niet hoeft te worden uitgevoerd, zodat de schedel intact worden gelaten en wijzigingen intracraniële druk en temperatuur voorkomen.
<p class = "jove_content"> In deze video laten we zien hoe de Longa intraluminale filament methode om MCAo en reperfusie induceren uit te voeren. We laten ook zien hoe de 18-point neurologische score uit te voeren en het bepalen van het infarct volume met 2,3,5-triphenyltetrazalium chloride (TTC) kleuring.Protocol
Representative Results
Discussion
Sinds dat 20 jaar geleden, is de MCAo model voor humane slag met inbrengen van een filament gebruikt in een groot aantal studies. Dit is voornamelijk te wijten aan het feit dat het bootst wat klinisch gebeurt in de meest voorkomende vorm van een beroerte (dat wil zeggen, ischemische beroerte). Het striatum is gevoeliger voor ischemie dan de cerebrale cortex, en als zodanig zal de lengte van ischemische tijd vertalen in of zowel het striatum en de dorsolaterale cortex worden beïnvloed, of alleen het striatum. Z…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was funded by the National Institute of Health, the National Heart Lung and Blood Institute (NIH and NHLBI; HL125572-01A1) and the LSUHSC-S start up fund to F.N.E. Gavins.
Materials
| Male C57BL/6 mice | Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME | #000664 | |
| Ketamine Hydrochloride | Morris & Dickson, Shreveport, LA | 67457-108-10 | |
| Xylazine | Akorn, Inc, Lake Forest, IL | NADA# 139-236 | |
| DC temperature control system | FHC, Bowdoin, ME | 40-90-8D | |
| Mini rectal thermistor probe | FHC, Bowdoin, ME | 40-80-5D-02 | |
| Heating pad | FHC, Bowdoin, ME | 40-90-2-06 | |
| Clippers | Amazon, Bellevue, WA | #64800 | |
| 70% ethanol | Worldwide Medical Products, Bristol, PA | #51011023 | |
| Dissecting microscope | Olympus, Center Valley, PA | SZ40 | |
| Iris scissors (straight) | Fine Science Tools, Foster City, CA | 11251-20 | |
| Dumont forceps (45° bent tip) | Fine Science Tools, Foster City, CA | 11297-00 | |
| Micro vessel clip | Fine Science Tools, Foster City, CA | 18055-05 | |
| Micro dissecting spring scissors (straight) | Fine Science Tools, Foster City, CA | 14088-10 | |
| Retractors (blunt) | Fine Science Tools, Foster City, CA | 18200-11 (Helen used 17022-13) | |
| Cotton tipped applicators | Fisher Scientific, Waltham, MA | 23-400-100 | |
| Gauze sponges | Covidien, Mansfield, MA | #9023 | |
| 6-0 silk braided surgical suture | Roboz, Gaithersburg, MD | SUT-1073-11 | |
| 0.9% sodium chloride | Morris & Dickson, Lake Forest, IL | 0409-4888-20 | |
| 6-0 medium MCAO suture (silicon rubber coated monofilament) | Doccol Corporation, Sharon, MA | 6023PKRe | |
| Sofsilk 6-0 silicone coated braided silk | Covidien, Mansfield, MA | SUT-14-1 | |
| Carprofen | Pfizer, New York, NY | NADA# 141-199 | |
| Puralube | Dechra, Norwich, UK | NDC 17033-211-38 | |
| Physitemp temperature controller | Harvard Apparatus, Holliston, MA | TCAT-2AC | |
| Heat lamp | Harvard Apparatus, Holliston, MA | HL-1 | |
| Laser doppler probe | AD Instruments, Colorado Springs, CO | MSP100XP | |
| 24-well plates | Fisher Scientific, Waltham, MA | #353226 | |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Life Technologies, Carlsbad, CA | 20012-050 | |
| Single edge razor blades | Fisher Scientific, Waltham, MA | 12-640 | |
| 2,3,5-triphenyltetrazalium chloride (TTC) | Sigma Aldrich, St. Louis, MO | T8877-50G | |
| Mouse brain matrix slicer | Braintree Scientific, Braintree, MA | BS-A 5000C | |
| Water bath | VWR, Radnor, PA | #182 | |
| 10% formalin | Sigma Aldrich, St. Louis, MO | HT501128-4L | |
| Image J analysis software | NIH, Bethesda, MD | free download | |
| Retractor | Medical Device Purchase, Newcastle, CA | MP-740 |
Riferimenti
- Go, A. S., et al. Heart disease and stroke statistics-2014 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 129 (3), e28-e292 (2014).
- Marks, M. P., et al. Patients with acute stroke trated with intravenous tPS 3-6 hours after stroke onset: correlations between MR angiography findings and perfusion- and diffusion-weighted imaging in the DEFUSE study. Radiology. 249 (2), 614-623 (2008).
- 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).
- Koizumi, J., Yoshida, Y., Nakazawa, T., Ooneda, G. Experimental studies of ischemic brain edema, I: a new experimnetal model of cerebral embolism in rats in which recirculation can be introduced in the ischemic area. Jpn J Stroke. (8), 1-8 (1986).
- Smith, H. K., Russell, J. M., Granger, D. N., Gavins, F. N. E. Critical differences between two classical surgical approaches for middle cerebral artery occlusion-induced stroke in mice. J Neurosci Meth. 249, 99-105 (2015).
- Gavins, F. N., Dalli, J., Flower, R. J., Granger, D. N., Perretti, M. Activation of the annexin 1 counter-regulatory circuit affords protection in the mouse brain microcirculation. FASEB J. 21 (8), 1751-1758 (2007).
- Chen, J., et al. Atorvastain induction of VEGF and BDNF promotes brain plasticity after stroke in mice. J Cereb Blood Flow Metab. 25 (2), 281-290 (2005).
- Li, Y., et al. Intrastriatal transplantation of bone marrow nonhematopoietic cells improves functional recovery after stroke in adult mice. J Cereb Blood Flow Metab. 20 (9), 1311-1319 (2000).
- Liesz, A., et al. The spectrum of systemic immune alterations after murine focal ischemia; the immunodepression versus immunomodulation. Stroke. 40 (8), 2849-2858 (2009).
- Beckmann, N. High resolution magnetic resonance angiography non-invasively reveals mouse strain differences in the cerebrovascular anatomy in vivo. Magn Reson Med. 44 (2), 252-258 (2000).
- Barone, F. C., Knudsen, D. J., Nelson, A. H., Feuerstein, G. Z., Willette, R. N. Mouse strain differences in susceptibility to cerebral ischemia are related to cerebral vascular anatomy. J Cereb Blood Flow Metab. 13 (4), 683-692 (1993).
- Burk, J., Burggraf, D., Vosko, M., Dichgans, M., Hamann, G. F. Protection of cerebral microvasculature after moderate hypothermia following experimental focal cerebral ischemia in mice. Brain Res. (1226), 248-255 (2008).
- Noor, R., Wang, C. X., Shuaib, A. Effects of hyperthemia on infarct volume in focal embolic model of cerebral ischemia in rats. Neurosci Lett. 349 (2), 130-132 (2003).
- Shin, H. K., et al. Mild induced hypertension improves blood flow and oxygen metabolism in transient focal cerebral ischemia. Stroke. 39 (5), 1548-1555 (2008).
- Richter, S. H., Garner, J. P., Würbel, H. Environmental standardization: cure or cause of poor reproducibility in animal experiments?. Nat Methods. 6 (4), 257-261 (2009).
- Holloway, P. M., et al. Both MC1 and MC3 receptors provide protection from cerebral ischemia-reperfusion-induced neutrophil recruitment. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 35, (2015).
- Vandeputte, C., et al. Characterization of the inflammatory response in a photothrombotic stroke model by MRI: implications for stem cell transplantation. Mol Imaging Biol. 13 (4), 663-671 (2010).
- Iwae, Y., et al. Glial cell-mediated deterioration and repair of the nervous system after traumatic brain injury in a rat model as assessed by positron emission tomography. J Neurotrauma. 27 (8), 1463-1475 (2010).
- Morris, R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. J Neurosci Methods. 11 (1), 47-60 (1984).
- Mouzon, B., et al. Repetitive mild traumatic brain injury in a mouse model produces learning and memory deficits accompanied by histological changes. J Neurotrauma. 29 (18), 2761-2773 (2012).
- Fleming, S., et al. Early and progressive sensorimotor anomalies in mice overexpressing wild-type human α-synuclein. J Neurosci. 24 (42), 9434-9440 (2004).
- Sedelis, M., Schwarting, R. K. W., Huston, J. P. Behavioral phenotyping of the MPTP mouse model of Parkinson’s disease. Behav Brain Res. 125 (1-2), 109-125 (2001).
- Toon, L., Silva, M., D’Hooge, R., Aerts, J. M., Berckmans, D. Automated gait analysis in the open-field test for laboratory mice. Behav Res Methods. 41 (1), 148-153 (2009).
- Lubjuhn, J., et al. Functional testing in a mouse stroke model induced by occlusion of the distal middle cerebral artery. J Neurosci Methods. 184 (1), 95-103 (2009).
- Bouët, V., Freret, T., Toutain, J., Divoux, D., Boulouard, M., Schumann-Bard, P. Sensorimotor and cognitive deficits after transient middle cerebral artery occlusion in the mouse. Exp Neurol. 203 (2), 555-567 (2007).
- Freret, T., et al. Behavioral deficits after distal focal cerebral ischemia in mice: usefulness of adhesive removal test. Behav Neurosci. 123 (1), 224-230 (2009).
- Zhan, Y., et al. Deficient neuron-microglia signaling results in impaired functional brain connectivity and social behavior. Nature Neurosci. 17, 400-406 (2013).
- Balkaya, M., Kröber, J. M., Rex, A., Endres, M. Assessing post-stroke behavior in mouse models of focal ischemia. J Cereb Blood Flow. 33, 330-338 (2012).
- Wiessner, C., et al. Anti-nogo-a antibody infusion 24 hours after experimental stroke imporved behavioral outcome and corticospinal plasticity in normotensive and spontaneously hypertensive rats. J Cereb Blood Flow Metab. 23, 154-165 (2003).
- Schaar, K. L., Brenneman, M. M., Savitz, S. I. Functional assessments in the rodent stroke model. Exp Transl Stroke Med. 2 (13), (2010).
