Анализ церебрального спазма сосудов в мышиной модели субарахноидального кровоизлияния с помощью высокочастотного транскраниального дуплексного ультразвука
Summary
Целью этой рукописи является представление метода на основе сонографии, который позволяет in vivo визуалировать кровоток в мозговых артериях у мышей. Показано его применение для определения изменений скоростей кровотока, связанных с спазмом сосудов в мышиных моделях субарахноидального кровоизлияния (САГ).
Abstract
Церебральный спазм сосудов, возникающий через недели после субарахноидального кровоизлияния, разновидность геморрагического инсульта, способствует задержке ишемии головного мозга. Проблема, встречаемая в экспериментальных исследованиях с использованием мышиных моделей SAH, заключается в том, что отсутствуют методы мониторинга in vivo церебрального спазма сосудов у мышей. Здесь мы демонстрируем применение высокочастотного ультразвука для выполнения транскраниальных дуплексных сонографических исследований на мышах. С помощью метода можно было идентифицировать внутренние сонные артерии (ICA). Скорости кровотока в внутричерепных ICO значительно ускорялись после индукции SAH, в то время как скорости кровотока в экстракраниальных ICO оставались низкими, что указывает на церебральный спазм сосудов. В заключение, метод, продемонстрированный здесь, позволяет осуществлять функциональный, неинвазивный in vivo мониторинг церебрального вазоспазма в мышиной модели SAH.
Introduction
Спонтанное субарахноидальное кровоизлияние (САГ) является формой геморрагического инсульта, в основном вызванного разрывом внутричерепной аневризмы1. На неврологический исход в основном влияют два фактора: ранняя черепно-мозговая травма (ЭБР), которая вызвана последствиями кровотечения и связанной с ним транзиторной глобальной ишемии головного мозга, и отсроченная ишемия головного мозга (ДКИ), которая возникает в течение недель после кровотечения2,3. Сообщалось, что DCI затрагивает до 30% пациентов с САГ2. Патофизиология DCI включает ангиографический церебральный спазм сосудов, нарушенную микроциркуляцию, вызванную микровасоспазмами и микротромбозом, кортикальные распространяющиеся депрессии и эффекты, вызванные воспалением4. К сожалению, точная патофизиология остается неясной, и нет доступного лечения, которое эффективно предотвращает DCI3. Поэтому DCI исследуется во многих клинических и экспериментальных исследованиях.
В настоящее время большинство экспериментальных исследований SAH используют модели мелких животных, особенно у мышей5,6,7,8,9,10,11,12,13. В таких исследованиях церебральный спазм сосудов часто исследуется как конечная точка. Принято определять степень спазма сосудов ex vivo. Это связано с тем, что отсутствуют неинвазивные методы исследования in vivo церебрального спазма сосудов, требующие короткого времени анестезии и наносящие лишь небольшой дистресс животным. Тем не менее, обследование церебрального спазма вазоса in vivo будет выгодным. Это связано с тем, что это позволило бы проводить продольные исследования in vivo по спазму сосудов у мышей (т. Е. Визуализация церебрального спазма сосудов в разные моменты времени в течение нескольких дней после индукции SAH). Это повысило бы сопоставимость данных, полученных в разные моменты времени. Кроме того, использование продольного дизайна исследования является стратегией сокращения численности животных.
Здесь мы демонстрируем использование высокочастотного транскраниального ультразвука для определения кровотока в мозговых артериях у мышей. Показано, что, подобно транскраниальной допплерографии (ТХД) или транскраниальной цветной дуплексной сонографии (ТКХД) в клинической практике14,15,16,17,18,этот метод может быть использован для мониторинга церебрального спазма сосудов путем измерения скоростей кровотока внутричерепных артерий после индукции САУ в мышиной модели.
Protocol
Representative Results
Discussion
Насколько нам известно, это исследование является первым, в котором представлен протокол мониторинга церебрального спазма сосудов в мышиной модели SAH с высокочастотным транскраниальным цветным дуплексным ультразвуком. Показано, что этот метод может измерять увеличение скоростей вну…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить Стефана Кинделя за подготовку иллюстраций в видео. PW, MM и SHK были поддержаны Федеральным министерством образования и исследований Германии (BMBF 01EO1503). Работа была поддержана Крупным инструментационным грантом Немецкого исследовательского фонда (DFG INST 371/47-1 FUGG). ММ был поддержан грантом От Эльзы Крёнер-Фрезениус-Stiftung (2020_EKEA.144).
Materials
| Balea hair removal creme | Balea; Germany | ASIN B0759XM39V | hair removal creme |
| C57BL/6N mice | Janvier; Saint-Berthevin Cedex, France | n.a. | mice |
| Corneregel | Bausch&Lomb; Rochester, NY, USA | REF 81552983 | eye ointment, lube |
| cotton swabs | Hecht Assistent; Sondenheim vor der Röhn, Germany | REF 44302010 | cotton swabs |
| Ecco-XS razor | Tondeo; Soligen, Germany | DE 28693396 | razor |
| Electrode cream | GE; Boston, MA, USA | REF 21708318 | conductive paste |
| Heating plate | Medax; Kiel, Germany | 2005-205-01 | |
| Isoflurane | Abvie; Wiesbaden, Germany | n.a. | volatile anesthetic |
| Leukofix | BSN medical; Hamburg, Germany | REF 02137-00 | tape |
| Mechanical arm + micromanipulator | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | P/N 11277 | |
| Microbac tissues | Paul Hartmann AG; Hamburg, Germany | REF 981387 | antimicrobial tissues |
| MZ400, 38 MHz linear array transducer | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | REF 51068-30 | ultrasound transducer |
| Sonosid | ASID Bonz GmbH; Herrenberg, Germany | REF 782010 | ultrasonography gel |
| Ultrasound platform with heating plate and ECG-recording | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | P/N 11179 | |
| UniVet-Porta | Groppler; Oberperasberg, Germany | S/N BKGM0437 | isoflurane vaporizer |
| Vevo3100 | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | REF 51073-45 | ultrasonography device |
| VevoLab software | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | n.a. | evaluation software |
Riferimenti
- Macdonald, R. L., Schweizer, T. A. Spontaneous subarachnoid haemorrhage. Lancet. 389 (10069), 655-666 (2017).
- Macdonald, R. L. Delayed neurological deterioration after subarachnoid haemorrhage. Nature Reviews Neurology. 10 (1), 44-58 (2014).
- Francoeur, C. L., Mayer, S. A. Management of delayed cerebral ischemia after subarachnoid hemorrhage. Critical Care. 20 (1), 277 (2016).
- van Lieshout, J. H., et al. An introduction to the pathophysiology of aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Neurosurgical Review. , (2017).
- Altay, T., et al. A novel method for subarachnoid hemorrhage to induce vasospasm in mice. J Neurosci Methods. 183 (2), 136-140 (2009).
- Momin, E. N., et al. Controlled delivery of nitric oxide inhibits leukocyte migration and prevents vasospasm in haptoglobin 2-2 mice after subarachnoid hemorrhage. Neurosurgery. 65 (5), 937-945 (2009).
- Froehler, M. T., et al. Vasospasm after subarachnoid hemorrhage in haptoglobin 2-2 mice can be prevented with a glutathione peroxidase mimetic. Journal of Clinical Neuroscience. 17 (9), 1169-1172 (2010).
- Provencio, J. J., Altay, T., Smithason, S., Moore, S. K., Ransohoff, R. M. Depletion of Ly6G/C(+) cells ameliorates delayed cerebral vasospasm in subarachnoid hemorrhage. Journal of Neuroimmunology. 232 (1-2), 94-100 (2011).
- Kamp, M. A., et al. Evaluation of a murine single-blood-injection SAH model. PLoS One. 9 (12), 114946 (2014).
- Luh, C., et al. The Contractile Apparatus Is Essential for the Integrity of the Blood-Brain Barrier After Experimental Subarachnoid Hemorrhage. Translational Stroke Research. , (2018).
- Neulen, A., et al. A Volumetric Method for Quantification of Cerebral Vasospasm in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage. Journal of Visualized Experiments. (137), (2018).
- Neulen, A., et al. Large Vessel Vasospasm Is Not Associated with Cerebral Cortical Hypoperfusion in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage. Translational Stroke Research. , (2018).
- Neulen, A., et al. Neutrophils mediate early cerebral cortical hypoperfusion in a murine model of subarachnoid haemorrhage. Scientific Reports. 9 (1), 8460 (2019).
- Neulen, A., et al. Volumetric analysis of intracranial vessels: a novel tool for evaluation of cerebral vasospasm. Int J Comput Assist Radiol Surg. 14 (1), 157-167 (2019).
- Washington, C. W., Zipfel, G. J. Participants in the International Multi-disciplinary Consensus Conference on the Critical Care Management of Subarachnoid, H. Detection and monitoring of vasospasm and delayed cerebral ischemia: a review and assessment of the literature. NeuroCritical Care. 15 (2), 312-317 (2011).
- Greke, C., et al. Image-guided transcranial Doppler sonography for monitoring of defined segments of intracranial arteries. Journal of Neurosurgical Anesthesiology. 25 (1), 55-61 (2013).
- Neulen, A., Prokesch, E., Stein, M., Konig, J., Giese, A. Image-guided transcranial Doppler sonography for monitoring of vasospasm after subarachnoid hemorrhage. Clinical Neurology and Neurosurgery. 145, 14-18 (2016).
- Neulen, A., et al. Image-Guided Transcranial Doppler Ultrasound for Monitoring Posthemorrhagic Vasospasms of Infratentorial Arteries: A Feasibility Study. World Neurosurgery. 134, 284-291 (2020).
- Neulen, A., et al. Correlation of cardiac function and cerebral perfusion in a murine model of subarachnoid hemorrhage. Scientific Reports. 11 (1), 3317 (2021).
- Neulen, A., et al. A segmentation-based volumetric approach to localize and quantify cerebral vasospasm based on tomographic imaging data. PLoS One. 12 (2), 0172010 (2017).
- Marbacher, S., et al. Systematic Review of In Vivo Animal Models of Subarachnoid Hemorrhage: Species, Standard Parameters, and Outcomes. Translational Stroke Research. , (2018).
- Figueiredo, G., et al. Comparison of digital subtraction angiography, micro-computed tomography angiography and magnetic resonance angiography in the assessment of the cerebrovascular system in live mice. Clinical Neuroradiology. 22 (1), 21-28 (2012).
- Lindegaard, K. F., Nornes, H., Bakke, S. J., Sorteberg, W., Nakstad, P. Cerebral vasospasm diagnosis by means of angiography and blood velocity measurements. Acta Neurochirurgica. 100 (1-2), 12-24 (1989).
- Cassia, G. S., Faingold, R., Bernard, C., Sant’Anna, G. M. Neonatal hypoxic-ischemic injury: sonography and dynamic color Doppler sonography perfusion of the brain and abdomen with pathologic correlation. American Journal of Roentgenology. 199 (6), 743-752 (2012).
- Shen, Q., Stuart, J., Venkatesh, B., Wallace, J., Lipman, J. Inter observer variability of the transcranial Doppler ultrasound technique: impact of lack of practice on the accuracy of measurement. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 15 (3-4), 179-184 (1999).
