Endovaskuläres Perforationsmodell für Subarachnoidalblutungen in Kombination mit Magnetresonanztomographie (MRT)
Summary
Hier präsentieren wir ein standardisiertes SAH-Mausmodell, induziert durch endovaskuläre Filamentperforation, kombiniert mit Magnetresonanztomographie (MRT) 24 h nach der Operation, um die korrekte Blutungsstelle zu gewährleisten und andere relevante intrakranielle Pathologien auszuschließen.
Abstract
Das endovaskuläre Filamentperforationsmodell zur Nachahmung von Subarachnoidalblutungen (SAH) ist ein häufig verwendetes Modell – die Technik kann jedoch eine hohe Sterblichkeitsrate sowie ein unkontrollierbares Volumen von SAH und anderen intrakraniellen Komplikationen wie Schlaganfall oder intrakranielle Blutung verursachen. In diesem Protokoll wird ein standardisiertes SAH-Mausmodell vorgestellt, das durch endovaskuläre Filamentperforation induziert wird, kombiniert mit Magnetresonanztomographie (MRT) 24 Stunden nach der Operation, um die korrekte Blutungsstelle sicherzustellen und andere relevante intrakranielle Pathologien auszuschließen. Kurz gesagt, C57BL / 6J-Mäuse werden mit einer intraperitonealen Ketamin / Xylazin-Injektion (70 mg / 16 mg / kg Körpergewicht) betäubt und in Rückenlage gebracht. Nach dem Mittellinienhalsschnitt werden die gemeinsame Halsschlagader (CCA) und die Carotis-Bifurkation freigelegt, und eine 5-0 nicht resorbierbare monofile Polypropylennaht wird retrograd in die äußere Halsschlagader (ECA) eingeführt und in die gemeinsame Halsschlagader vorgeschoben. Dann wird das Filament in die innere Halsschlagader (ICA) eindringt und nach vorne gedrückt, um die vordere Hirnarterie (ACA) zu perforieren. Nach der Genesung von der Operation unterziehen sich die Mäuse 24 Stunden später einer 7,0-T-MRT. Das Blutungsvolumen kann über die postoperative MRT quantifiziert und abgestuft werden, was eine robuste experimentelle SAH-Gruppe mit der Möglichkeit ermöglicht, weitere Subgruppenanalysen basierend auf der Blutmenge durchzuführen.
Introduction
Die Subarachnoidalblutung (SAH) wird durch den Bruch eines intrakraniellen Aneurysmas verursacht und stellt einen lebensbedrohlichen Notfall dar, der mit einer erheblichen Morbidität und Mortalität verbunden ist und ca. 5% der Schlaganfälle ausmacht 1,2. SAH-Patienten mit starken Kopfschmerzen, neurologischen Funktionsstörungen und fortschreitenden Bewusstseinsstörungen3. Rund 30% der SAH-Patienten sterben innerhalb der ersten 30 Tage nach dem ersten Blutungsereignis4. Klinisch erleben 50% der Patienten eine verzögerte Hirnverletzung (DBI) nach einer frühen Hirnverletzung. DBI ist gekennzeichnet durch verzögerte zerebrale Ischämie und verzögerte neurologische Defizite. Aktuelle Studien haben gezeigt, dass die synergistischen Effekte mehrerer verschiedener Faktoren zum Verlust der neurologischen Funktion führen, einschließlich der Zerstörung der Blut-Hirn-Schranke, der Kontraktion kleiner Arterien, mikrozirkulatorischer Dysfunktion und Thrombose 5,6.
Ein einzigartiger Aspekt von SAH ist, dass die Pathogenese von einer extraparenchymalen Stelle ausgeht, dann aber zu schädlichen Kaskaden innerhalb des Parenchyms führt: Die Pathologie beginnt mit der Ansammlung von Blut im Subarachnoidalraum, die eine Vielzahl von intraparenchymalen Effekten auslöst, wie Neuroinflammation, neuronale und Endothelzellapoptose, kortikale Ausbreitungsdepolarisation und Hirnödembildung7, 8.
Die klinische Forschung ist durch mehrere Faktoren begrenzt, was das Tiermodell zu einem kritischen Element macht, um die pathomechanistischen Veränderungen der Krankheit konsistent und genau nachzuahmen. Verschiedene SAH-Modellprotokolle wurden vorgeschlagen, z.B. autologe Blutinjektion in die Cisterna magna (ACM). Auch eine modifizierte Methode mit einer doppelten Injektion von autologem Blut in die Cisterna magna und die optische Chiasmzisterne (APC) bzw. 9,10. Während die autologe Blutinjektion eine einfache Möglichkeit ist, den pathologischen Prozess des Vasospasmus und der Entzündungsreaktionen nach Subarachnoidalblutungen zu simulieren, ist der folgende Anstieg des intrakraniellen Drucks (ICP) relativ langsam, und es werden keine nennenswerten Veränderungen der Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke induziert11,12. Eine andere Methode, die periarterielle Blutplatzierung, die normalerweise in großen SAH-Modellen (z. B. Affen und Hunden) verwendet wird, besteht darin, antikoaguliertes Eigenblut oder vergleichbare Blutprodukte um das Gefäß herum zu platzieren. Die Durchmesseränderungen der Arterie können mit einem Mikroskop beobachtet werden, das als Indikator für den zerebralen Vasospasmus nach SAH13 dient.
Barry et al. beschrieben erstmals 1979 ein endovaskuläres Perforationsmodell, bei dem die Arteria basilaris nach Entfernung des Schädels freigelegt wird; Die Arterie wird dann mit Wolfram-Mikroelektroden punktiert, wobei eine mikroskopische stereotaktische Technik14 verwendet wird. 1995 modifizierten Bederson und Veelken das Zea-Longa-Modell der zerebralen Ischämie und etablierten die endovaskuläre Perforation, die seit15,16 kontinuierlich verbessert wurde. Diese Methode basiert auf der Tatsache, dass Mäuse und Menschen ein ähnliches intrakranielles Gefäßnetzwerk teilen, das als Kreis von Willis bekannt ist.
Für die postoperative Auswertung und Einstufung von SAH im Mausmodell wurden verschiedene Ansätze vorgeschlagen. Sugawara et al. entwickelten eine Notenskala, die seit 2008 weit verbreitet ist17. Diese Methode bewertet den Schweregrad von SAH basierend auf morphologischen Veränderungen. Für diese Methode muss jedoch die Morphologie des Hirngewebes der Maus unter direkter Sicht untersucht werden, und daher muss die Maus für die Beurteilung geopfert werden. Darüber hinaus wurden mehrere Methoden zur Bestimmung des SAH-Schweregrads in vivo etabliert. Die Ansätze reichen von der einfachen neurologischen Bewertung über die Überwachung des intrakraniellen Drucks (ICP) bis hin zu verschiedenen radiologischen Bildgebungsverfahren. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die MRT-Einstufung ein neues, nicht-invasives Werkzeug zur Einstufung des SAH-Schweregrads ist, das mit dem neurologischen Score18,19 korreliert.
Hier wird ein Protokoll für ein SAH-Modell vorgestellt, das durch endovaskuläre Perforation verursacht wird, kombiniert mit postoperativer MRT. In einem Versuch, ein System zur Objektivierung der Blutungsmenge in einer In-vivo-Umgebung zu etablieren, entwickelten wir auch ein System zur SAH-Einstufung und Quantifizierung des Gesamtblutvolumens basierend auf einer hochauflösenden T2-gewichteten MRT von 7,0 T. Dieser Ansatz gewährleistet die korrekte Induktion von SAH und den Ausschluss anderer Pathologien wie Schlaganfall, Hydrocephalus oder intrazerebraler Blutung (ICH) und Komplikationen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein standardisiertes SAH-Mausmodell, das durch endovaskuläre Filamentperforationsoperationen induziert wird, mit geringer Invasion, kurzer Operationszeit und akzeptablen Mortalitätsraten präsentiert wird. Die MRT wird 24 h postoperativ durchgeführt, um die korrekte Blutungsstelle und den Ausschluss anderer relevanter intrakranieller Pathologien zu gewährleisten. Darüber hinaus klassifizierten wir verschiedene SAH-Blutungsgrade und maßen Blutungsvolumina, was weitere Subgrupp…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SL wurde vom Chinese Scholarship Council unterstützt. KT wurde durch das BIH-MD-Stipendium des Berliner Instituts für Gesundheitsforschung und der Sonnenfeld-Stiftung gefördert. RX wird durch das BIH-Charité Clinician Scientist Program gefördert, das von der Charité-Universitätsmedizin Berlin und dem Berliner Institut für Gesundheitsforschung gefördert wird. Wir bedanken uns für die Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des Open-Access-Publikationsfonds der Charité – Universitätsmedizin Berlin.
Materials
| Eye cream | Bayer | 815529836 | Bepanthen |
| Images analysis software | ImageJ | Bundled with Java 1.8.0_172 | |
| Ligation suture (5-0) | SMI | Silk black USP | |
| Light source for microscope | Zeiss | CL 6000 LED | |
| Ketamine | CP-pharma | 797-037 | 100 mg/mL |
| MRI | Bruker | Pharmascan 70/16 | 7 Tesla |
| MRI images acquired software | Bruker | Bruker Paravision 5.1 | |
| Paracetamol (40 mg/mL) | bene Arzneimittel | 4993736 | |
| Prolene filament (5-0) | Erhicon | EH7255 | |
| Razor | Wella | HS61 | |
| Surgical instrument (Fine Scissors) | FST | 14060-09 | |
| Surgical instrument (forceps#1) | AESCULAP | FM001R | |
| Surgical instrument (forceps#2) | AESCULAP | FD2855R | |
| Surgical instrument (forceps#3) | Hammacher | HCS 082-12 | |
| Surgical instrument (Needle holder) | FST | 91201-13 | |
| Surgical instrument (Vannas Spring Scissors) | FST | 15000-08 | |
| Surgical microscope | Zeiss | Stemi 2000 C | |
| Ventilation monitoring | Stony Brook | Small Animal Monitoring & Gating System | |
| Wounding suture(4-0) | Erhicon | CB84D | |
| Xylavet | CP-pharma | 797-062 | 20 mg/mL |
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