くも膜下出血の血管内穿孔モデルと磁気共鳴画像法(MRI)の組み合わせ
Summary
ここでは、血管内フィラメント穿孔によって誘導された標準化されたSAHマウスモデルを、手術後24時間で磁気共鳴画像法(MRI)と組み合わせて、正しい出血部位を確保し、他の関連する頭蓋内病変を排除する。
Abstract
くも膜下出血(SAH)を模倣するための血管内フィラメント穿孔モデルは一般的に使用されるモデルである – しかし、この技術は、高い死亡率だけでなく、制御不能な量のSAHおよび脳卒中または頭蓋内出血などの他の頭蓋内合併症を引き起こす可能性がある。このプロトコルでは、血管内フィラメント穿孔によって誘導された標準化されたSAHマウスモデルを提示し、手術後24時間で磁気共鳴画像法(MRI)と組み合わせて、正しい出血部位を確保し、他の関連する頭蓋内病変を排除する。簡単に言えば、C57BL/6Jマウスを腹腔内ケタミン/キシラジン(70mg/16mg/kg体重)注射で麻酔し、仰臥位に置いた。正中線頸部切開後、総頚動脈(CCA)および頸動脈分岐部が露出し、5-0非吸収性モノフィラメントポリプロピレン縫合糸が外頚動脈(ECA)に逆行的に挿入され、総頚動脈に進んだ。次いで、フィラメントを内頸動脈(ICA)に浸入し、前方に押し出して前大脳動脈(ACA)を穿孔する。手術からの回復後、マウスは24時間後に7.0T MRIを受ける。出血量は術後MRIを介して定量化および等級付けすることができ、血液量に基づいてさらなるサブグループ分析を実行するオプションを備えた堅牢な実験SAHグループを可能にします。
Introduction
くも膜下出血(SAH)は、頭蓋内動脈瘤の破裂によって引き起こされ、脳卒中の約5%を占める実質的な罹患率および死亡率に関連する生命を脅かす緊急事態をもたらす1,2。SAH患者は、重度の頭痛、神経機能障害、および進行性の意識障害を呈する3。SAH患者の約30%が、最初の出血事象4後最初の30日以内に死亡する。臨床的には、患者の50%が早期の脳損傷後に遅延脳損傷(DBI)を経験する。DBIは、遅延性脳虚血および遅延性神経学的欠損を特徴とする。現在の研究は、いくつかの異なる要因の相乗効果が、血液脳関門の破壊、小動脈の収縮、微小循環機能障害、および血栓症を含む神経学的機能の喪失につながることを示している5,6。
SAHの1つのユニークな側面は、病因が実質外の場所に由来するが、その後実質内の有害なカスケードにつながることである:病理はくも膜下腔における血液の蓄積から始まり、神経炎症、神経および内皮細胞アポトーシス、皮質拡散脱分極、および脳浮腫形成7などの多数の実質外効果を引き起こす、8.
臨床研究はいくつかの要因によって制限されており、動物モデルは、疾患のパトメカニスティックな変化を一貫して正確に模倣する上で重要な要素となっています。異なるSAHモデルプロトコルが提案されている、例えば、大槽への自家血液注入(ACM)。また、胸郭マグナおよび視神経キアズム槽(APC)にそれぞれ自家血液を二重注射する修正方法9、10である。自家血液注射は、くも膜下出血後の血管れん縮および炎症反応の病理学的過程をシミュレートする簡単な方法であるが、以下の頭蓋内圧(ICP)の上昇は比較的遅く、血液脳関門の透過性に顕著な変化は誘発されない11、12。別の方法である動脈周囲血液配置は、通常、大型SAHモデル(例えば、サルおよびイヌ)において使用され、抗凝固された自家血液または同等の血液製剤を血管の周囲に配置することを含む。動脈の直径変化は顕微鏡で観察することができ、SAH13後の脳血管れん縮の指標となる。
Barryらは、頭蓋骨を切除した後に脳底動脈が露出する血管内穿孔モデルを1979年に初めて記載した。次いで、動脈をタングステン微小電極で穿刺し、顕微鏡定位技術14を使用する。1995年、ベダーソンとVeelkenは脳虚血のZea-Longaモデルを修正し、血管内穿孔を確立し、15,16以来継続的に改善されています。この方法は、マウスとヒトがウィリスのサークルとして知られる同様の頭蓋内血管網を共有しているという事実に基づいている。
マウスモデルにおけるSAHの術後評価およびグレーディングのために、異なるアプローチが提案されている。菅原らは、2008年から広く用いられているグレーディングスケールを開発した17。この方法は、形態学的変化に基づいてSAHの重症度を評価する。しかし、この方法では、マウスの脳組織形態を直接視力で検査する必要があるため、マウスを評価のために犠牲にする必要があります。さらに、インビボでSAH重症度を決定するためのいくつかの方法が確立されている。アプローチは、単純な神経学的スコアリングから頭蓋内圧(ICP)のモニタリング、さまざまな放射線イメージング技術まで多岐にわたります。さらに、MRIグレーディングは、SAH重症度をグレード化する新しい非侵襲的ツールとして示されており、神経学的スコア18、19と相関している。
ここでは、血管内穿孔によって引き起こされるSAHモデルのためのプロトコールを、術後MRIと組み合わせる。また、 生体内 における出血量を客観化するシステムを確立するために、7.0T高分解能T2加重MRIを用いてSAHグレーディングと総血液量定量を行うシステムを開発しました。このアプローチは、SAHの正しい誘導と、脳卒中、水頭症、または脳内出血(ICH)および合併症などの他の病状の排除を保証する。
Protocol
Representative Results
Discussion
要約すると、血管内フィラメント穿孔操作によって誘導される標準化されたSAHマウスモデルは、軽度の浸潤、短い手術時間、および許容可能な死亡率で提示される。MRIは術後24時間で行われ、正しい出血部位および他の関連する頭蓋内病変の排除を確実にする。さらに、異なるSAH出血グレードを分類し、出血量を測定し、出血グレードに基づいてさらなるサブグループ分析を可能にした。
…Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SLは中国奨学金評議会の支援を受けました。KTはベルリン保健研究所のBIH-MD奨学金とゾンネンフェルト財団の支援を受けた。RXは、ベルリンのシャリテ大学とベルリン衛生研究所が資金提供するBIH-Charité Clinician Scientist Programの支援を受けています。我々は、ドイツ研究財団(DFG)及びシャリテのオープンアクセス出版基金(ベルリン大学)からの支援を認める。
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 |
Riferimenti
- Macdonald, R. L., Schweizer, T. A. Spontaneous subarachnoid haemorrhage. The Lancet. 389 (10069), 655-666 (2017).
- van Gijn, J., Kerr, R. S., Rinkel, G. J. Subarachnoid haemorrhage. The Lancet. 369 (9558), 306-318 (2007).
- Abraham, M. K., Chang, W. -. T. W. Subarachnoid hemorrhage. Emergency Medicine Clinics of North America. 34 (4), 901-916 (2016).
- Schertz, M., Mehdaoui, H., Hamlat, A., Piotin, M., Banydeen, R., Mejdoubi, M. Incidence and mortality of spontaneous subarachnoid hemorrhage in martinique. PLOS ONE. 11 (5), 0155945 (2016).
- Okazaki, T., Kuroda, Y. Aneurysmal subarachnoid hemorrhage: intensive care for improving neurological outcome. Journal of Intensive Care. 6 (1), 28 (2018).
- Kilbourn, K. J., Levy, S., Staff, I., Kureshi, I., McCullough, L. Clinical characteristics and outcomes of neurogenic stress cadiomyopathy in aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Clinical Neurology and Neurosurgery. 115 (7), 909-914 (2013).
- de Oliveira Manoel, A. L., et al. The critical care management of spontaneous intracranial hemorrhage: a contemporary review. Critical Care. 20 (1), 272 (2016).
- Schneider, U. C., et al. Microglia inflict delayed brain injury after subarachnoid hemorrhage. Acta Neuropathologica. 130 (2), 215-231 (2015).
- Delgado, T. J., Brismar, J., Svendgaard, N. A. Subarachnoid haemorrhage in the rat: angiography and fluorescence microscopy of the major cerebral arteries. Stroke. 16 (4), 595-602 (1985).
- Piepgras, A., Thomé, C., Schmiedek, P. Characterization of an anterior circulation rat subarachnoid hemorrhage model. Stroke. 26 (12), 2347-2352 (1995).
- Suzuki, H., et al. Heme oxygenase-1 gene induction as an intrinsic regulation against delayed cerebral vasospasm in rats. Journal of Clinical Investigation. 104 (1), 59-66 (1999).
- Dudhani, R. V., Kyle, M., Dedeo, C., Riordan, M., Deshaies, E. M. A Low mortality rat model to assess delayed cerebral vasospasm after experimental subarachnoid hemorrhage. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (71), e4157 (2013).
- Iuliano, B. A., Pluta, R. M., Jung, C., Oldfield, E. H. Endothelial dysfunction in a primate model of cerebral vasospasm. Journal of Neurosurgery. 100 (2), 287-294 (2004).
- Barry, K. J., Gogjian, M. A., Stein, B. M. Small animal model for investigation of subarachnoid hemorrhage and cerebral vasospasm. Stroke. 10 (5), 538-541 (1979).
- 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. 26 (6), 1086-1092 (1995).
- Veelken, J. A., Laing, R. J. C., Jakubowski, J. The Sheffield model of subarachnoid hemorrhage in rats. Stroke. 26 (7), 1279-1284 (1995).
- Sugawara, T., Ayer, R., Jadhav, V., Zhang, J. H. A new grading system evaluating bleeding scale in filament perforation subarachnoid hemorrhage rat model. Journal of Neuroscience Methods. 167 (2), 327-334 (2008).
- Egashira, Y., Shishido, H., Hua, Y., Keep, R. F., Xi, G. New grading system based on magnetic resonance imaging in a mouse model of subarachnoid hemorrhage. Stroke. 46 (2), 582-584 (2015).
- Mutoh, T., Mutoh, T., Sasaki, K., Nakamura, K., Taki, Y., Ishikawa, T. Value of three-dimensional maximum intensity projection display to assist in magnetic resonance imaging (MRI)-based grading in a mouse model of subarachnoid hemorrhage. Medical Science Monitor. 22, 2050-2055 (2016).
- Kothari, R. U., et al. The ABCs of measuring intracerebral hemorrhage volumes. Stroke. 27 (8), 1304-1305 (1996).
- Leclerc, J. L., et al. A comparison of pathophysiology in humans and rodent models of subarachnoid hemorrhage. Frontiers in Molecular Neuroscience. 11, 71 (2018).
- Titova, E., Ostrowski, R. P., Zhang, J. H., Tang, J. Experimental models of subarachnoid hemorrhage for studies of cerebral vasospasm. Neurological Research. 31 (6), 568-581 (2009).
- Marbacher, S., et al. Systematic review of in vivo animal models of subarachnoid hemorrhage: Species, standard parameters, and outcomes. Translational Stroke Research. 10 (3), 250-258 (2019).
- Marbacher, S., Fandino, J., Kitchen, N. D. Standard intracranial in vivo animal models of delayed cerebral vasospasm. British Journal of Neurosurgery. 24 (4), 415-434 (2010).
- Thompson, J. W., et al. In vivo cerebral aneurysm models. Neurosurgical Focus. 47 (1), 1-8 (2019).
- Frontera, J. A., et al. Prediction of symptomatic vasospasm after subarachnoid hemorrhage: The modified fisher scale. Neurosurgery. 59 (1), 21-26 (2006).
- Fisher, C. M., Kistler, J. P., Davis, J. M. Relation of cerebral vasospasm to subarachnoid hemorrhage visualized by computerized tomographic scanning. Neurosurgery. 6 (1), 1-9 (1980).
- Wilson, D. A., et al. A simple and quantitative method to predict symptomatic vasospasm after subarachnoid hemorrhage based on computed tomography: Beyond the fisher scale. Neurosurgery. 71 (4), 869-875 (2012).
- Schüller, K., Bühler, D., Plesnila, N. A murine model of subarachnoid hemorrhage. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (81), e50845 (2013).
