Endovaskulær perforeringsmodell for subarachnoid blødning kombinert med magnetisk resonansavbildning (MR)
Summary
Her presenterer vi en standardisert SAH-musemodell, indusert av endovaskulær filamentperforering, kombinert med magnetisk resonansavbildning (MR) 24 timer etter operasjonen for å sikre riktig blødningssted og utelukke andre relevante intrakranielle patologier.
Abstract
Den endovaskulære filamentperforeringsmodellen for å etterligne subarachnoid blødning (SAH) er en vanlig brukt modell – men teknikken kan forårsake høy dødelighet samt et ukontrollerbart volum SAH og andre intrakranielle komplikasjoner som hjerneslag eller intrakraniell blødning. I denne protokollen presenteres en standardisert SAH-musemodell, indusert av endovaskulær filamentperforering, kombinert med magnetisk resonansavbildning (MR) 24 timer etter operasjonen for å sikre riktig blødningssted og utelukke andre relevante intrakranielle patologier. Kort sagt, C57BL/6J mus er bedøvet med en intraperitoneal ketamin/xylazin (70 mg/16 mg/kg kroppsvekt) injeksjon og plassert i en liggende stilling. Etter midline nakke snitt, den vanlige halspulsåren (CCA) og karotis bifurkasjon er utsatt, og en 5-0 ikke-absorberbar monofilament polypropylen sutur settes inn i en retrograd måte inn i den eksterne halspulsåren (ECA) og avansert inn i den vanlige karotisarterien. Deretter invagineres filamentet i den indre halspulsåren (ICA) og skyves fremover for å perforere den fremre cerebral arterien (ACA). Etter utvinning fra operasjonen gjennomgår mus en 7,0 T MR 24 timer senere. Blødningsvolumet kan kvantifiseres og graderes via postoperativ MR, noe som muliggjør en robust eksperimentell SAH-gruppe med mulighet til å utføre ytterligere undergruppeanalyser basert på blodmengde.
Introduction
Subarachnoid blødning (SAH) er forårsaket av brudd på en intrakraniell aneurisme og utgjør en livstruende nødsituasjon, forbundet med betydelig sykelighet og dødelighet, som står for ca. 5% av slagene 1,2. SAH-pasienter presenterer med alvorlig hodepine, nevrologisk dysfunksjon og progressivbevissthetsforstyrrelse 3. Rundt 30 % av SAH-pasientene dør i løpet av de første 30 dagene etter den første blødningshendelsen4. Klinisk sett opplever 50% av pasientene forsinket hjerneskade (DBI) etter tidlig hjerneskade. DBI er preget av forsinket cerebral iskemi og forsinkede nevrologiske underskudd. Nåværende studier har vist at de synergistiske effektene av flere forskjellige faktorer fører til tap av nevrologisk funksjon, inkludert ødeleggelsen av blod-hjernebarrieren, sammentrekning av små arterier, mikrosirkulasjonsdysfunksjon og trombose 5,6.
Et unikt aspekt ved SAH er at patogenesen stammer fra en ekstraparenchymal plassering, men fører deretter til skadelige kaskader inne i parenchyma: patologien begynner med opphopning av blod i subarachnoid-rommet, og utløser en rekke intraparenchymale effekter, som nevroinflammasjon, nevronal og endotelial celle apoptose, kortikale spredning av depolarisering, og hjerneed dannelse, 7 dannelse, 4000-dannelse, 8.
Klinisk forskning er begrenset av flere faktorer, noe som gjør dyremodellen til et kritisk element i konsekvent og nøyaktig etterligning av sykdommens patomekanistiske endringer. Ulike SAH-modellprotokoller er foreslått, for eksempel autolog blodinjeksjon i cisternamagnaten (ACM). Også en modifisert metode med en dobbel injeksjon av autologt blod i cisterna magna og optisk chiasm sisterne (APC) henholdsvis 9,10. Mens autolog blodinjeksjon er en enkel måte å simulere den patologiske prosessen med vasospasme og inflammatoriske reaksjoner etter subarachnoid blødning, er følgende økning av intrakranielt trykk (ICP) relativt langsom, og ingen bemerkelsesverdige endringer i permeabiliteten til blod-hjernebarrieren blir indusert11,12. En annen metode, den periarteriale blodplasseringen, vanligvis brukt i store SAH-modeller (f.eks. aper og hunder), innebærer å plassere antikoagulert autologt blod eller sammenlignbare blodprodukter rundt karet. Diameterendringene i arterien kan observeres med et mikroskop, som fungerer som en indikator for cerebral vasospasme etter SAH13.
Barry et al. beskrev først en endovaskulær perforeringsmodell i 1979 der basilararterien er utsatt etter fjerning av skallen; arterien punkteres deretter med wolframmikroelektroder, ved hjelp av en mikroskopisk stereotaktisk teknikk14. I 1995 modifiserte Bederson og Veelken Zea-Longa-modellen av cerebral iskemi og etablerte den endovaskulære perforeringen, som har blitt kontinuerlig forbedret helt siden15,16. Denne metoden er basert på det faktum at mus og mennesker deler et lignende intrakranielt vaskulært nettverk, kjent som Willis sirkel.
For postoperativ evaluering og gradering av SAH i musemodellen er det foreslått ulike tilnærminger. Sugawara et al. utviklet en graderingsskala som har vært mye brukt siden 200817. Denne metoden vurderer alvorlighetsgraden av SAH basert på morfologiske endringer. Men for denne metoden må musens hjernevevsmorfologi undersøkes under direkte syn, og derfor må musen ofres for vurdering. Videre er det etablert flere metoder for å bestemme SAH-alvorlighetsgraden in vivo. Tilnærmingene spenner fra enkel nevrologisk skåring til overvåking av intrakranielt trykk (ICP) til ulike radiologiske avbildningsteknikker. Videre har MR-gradering blitt vist som et nytt, ikke-invasivt verktøy for å vurdere SAH-alvorlighetsgrad, korrelerer med nevrologisk poengsum 18,19.
Her presenteres en protokoll for en SAH-modell forårsaket av endovaskulær perforering, kombinert med postoperativ MR. I et forsøk på å etablere et system for å objektivere mengden blødning i en in vivo-setting , utviklet vi også et system for SAH-gradering og kvantifisering av totalt blodvolum basert på 7,0 T høyoppløselig T2-vektet MR. Denne tilnærmingen sikrer riktig induksjon av SAH og utelukkelse av andre patologier som hjerneslag, hydrocephalus eller intracerebral blødning (ICH) og komplikasjoner.
Protocol
Representative Results
Discussion
Oppsummert presenteres en standardisert SAH-musemodell indusert av endovaskulær filamentperforeringsoperasjon med mindre invasjon, kort operativ tid og akseptabel dødelighet. MR utføres 24 timer postoperativt for å sikre riktig blødningssted og utelukkelse av andre relevante intrakranielle patologier. Videre klassifiserte vi ulike SAH blødningsgrader og målte blødningsvolumer, slik at ytterligere undergruppeanalyser basert på blødningsgrad.
Tilstrekkelig posisjonering av musen påvir…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SL ble støttet av det kinesiske stipendrådet. KT ble støttet av BIH-MD-stipendet til Berlin Institute of Health og Sonnenfeld-Stiftung. RX støttes av BIH-Charité Clinician Scientist Program, finansiert av Charité -Universitätsmedizin Berlin og Berlin Institute of Health. Vi anerkjenner støtte fra den tyske forskningsstiftelsen (DFG) og Open Access Publication Fund of 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 |
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).
