Модель эндоваскулярной перфорации субарахноидального кровоизлияния в сочетании с магнитно-резонансной томографией (МРТ)
Summary
Здесь мы представляем стандартизированную модель мыши SAH, индуцированную перфорацией эндоваскулярной нити, в сочетании с магнитно-резонансной томографией (МРТ) через 24 ч после операции для обеспечения правильного места кровотечения и исключения других соответствующих внутричерепных патологий.
Abstract
Модель перфорации эндоваскулярной нити для имитации субарахноидального кровоизлияния (SAH) является широко используемой моделью, однако этот метод может вызвать высокий уровень смертности, а также неконтролируемый объем SAH и другие внутричерепные осложнения, такие как инсульт или внутричерепное кровоизлияние. В этом протоколе представлена стандартизированная модель мыши SAH, индуцированная перфорацией эндоваскулярной нити, в сочетании с магнитно-резонансной томографией (МРТ) через 24 ч после операции для обеспечения правильного места кровотечения и исключения других соответствующих внутричерепных патологий. Вкратце, мышей C57BL/6J анестезируют внутрибрюшинной инъекцией кетамина/ксилазина (70 мг/16 мг/кг массы тела) и помещают в лежачее положение. После разреза средней линии шеи обнажаются общая сонная артерия (CCA) и каротидная бифуркация, и нерассасывающийся монофиламентный полипропиленовый шов 5-0 вводится ретроградным способом в наружную сонную артерию (ECA) и продвигается в общую сонную артерию. Затем нить инвагинируется во внутреннюю сонную артерию (ICA) и выдвигается вперед для перфорации передней мозговой артерии (ACA). После восстановления после операции мыши проходят МРТ 7,0 Т через 24 ч. Объем кровотечения может быть количественно определен и оценен с помощью послеоперационной МРТ, что позволяет создать надежную экспериментальную группу SAH с возможностью выполнения дальнейших анализов подгрупп на основе количества крови.
Introduction
Субарахноидальное кровоизлияние (SAH) вызвано разрывом внутричерепной аневризмы и представляет собой опасную для жизни чрезвычайную ситуацию, связанную со значительной заболеваемостью и смертностью, что составляет около 5% инсультов 1,2. Пациенты с САГ с выраженными головными болями, неврологической дисфункцией и прогрессирующим нарушением сознания3. Около 30% пациентов с САГ умирают в течение первых 30 дней после первоначального кровотечения4. Клинически 50% пациентов испытывают отсроченную черепно-мозговую травму (DBI) после ранней черепно-мозговой травмы. ДБИ характеризуется отсроченной ишемией головного мозга и отсроченным неврологическим дефицитом. Современные исследования показали, что синергетические эффекты нескольких различных факторов приводят к потере неврологической функции, включая разрушение гематоэнцефалического барьера, сокращение мелких артерий, микроциркуляторную дисфункцию и тромбоз 5,6.
Одним из уникальных аспектов SAH является то, что патогенез возникает из экстрапаренхимального расположения, но затем приводит к пагубным каскадам внутри паренхимы: патология начинается с накопления крови в субарахноидальном пространстве, вызывая множество внутрипаренхимальных эффектов, таких как нейровоспаление, апоптоз нейронных и эндотелиальных клеток, кортикальная распространяющаяся деполяризация и образование отека мозга7, См. 8.
Клинические исследования ограничены несколькими факторами, что делает животную модель критическим элементом в последовательной и точной имитации патомеханистических изменений заболевания. Были предложены различные протоколы модели SAH, например, аутологичная инъекция крови в cisterna magna (ACM). Также модифицирован метод с двойной инъекцией аутологичной крови в цистерну магна и зрительный хиазм цистерны (БТР) соответственно 9,10. В то время как аутологичная инъекция в кровь является простым способом имитации патологического процесса спазма сосудов и воспалительных реакций после субарахноидального кровоизлияния, последующее повышение внутричерепного давления (ВЧД) происходит относительно медленно, и никаких заметных изменений проницаемости гематоэнцефалического барьера индуцируется11,12. Другой метод, периартериальное размещение крови, обычно используемый в больших моделях SAH (например, обезьяны и собаки), включает размещение антикоагулянтной аутологичной крови или сопоставимых продуктов крови вокруг сосуда. Изменения диаметра артерии можно наблюдать с помощью микроскопа, служащего индикатором церебрального спазма сосудов после SAH13.
Barry et al. впервые описали модель эндоваскулярной перфорации в 1979 году, в которой базилярная артерия обнажается после удаления черепа; затем артерию прокалывают вольфрамовыми микроэлектродами с использованием микроскопической стереотаксической техники14. В 1995 году Бедерсон и Велкен модифицировали модель Зеа-Лонга церебральной ишемии и установили эндоваскулярную перфорацию, которая постоянно улучшалась с 15,16. Этот метод основан на том, что мыши и люди имеют схожую внутричерепную сосудистую сеть, известную как круг Уиллиса.
Для послеоперационной оценки и классификации SAH в мышиной модели были предложены различные подходы. Sugawara et al. разработали шкалу оценок, которая широко используется с 2008 года17. Этот метод оценивает тяжесть САГ на основе морфологических изменений. Однако для этого метода морфология мозговой ткани мыши должна быть исследована под непосредственным зрением, и поэтому мышь должна быть принесена в жертву для оценки. Кроме того, было установлено несколько методов определения тяжести САГ in vivo. Подходы варьируются от простой неврологической оценки до мониторинга внутричерепного давления (ICP) и различных методов радиологической визуализации. Кроме того, оценка МРТ была показана как новый, неинвазивный инструмент для оценки тяжести SAH, коррелирующий с неврологическим баллом18,19.
Здесь представлен протокол для модели SAH, вызванной эндоваскулярной перфорацией, в сочетании с послеоперационной МРТ. В попытке создать систему для объективизации количества кровотечений в условиях in vivo , мы также разработали систему для классификации SAH и количественной оценки общего объема крови на основе МРТ с высоким разрешением 7,0 Т с высоким разрешением T2. Такой подход обеспечивает правильную индукцию САГ и исключение других патологий, таких как инсульт, гидроцефалия или внутримозговое кровоизлияние (ICH) и осложнения.
Protocol
Representative Results
Discussion
Таким образом, стандартизированная модель мыши SAH, индуцированная операцией перфорации эндоваскулярной нити, представлена с незначительной инвазией, коротким оперативным временем и приемлемыми показателями смертности. МРТ проводится 24 ч после операции для обеспечения правильного м?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SL был поддержан Китайским советом по стипендиям. КТ была поддержана стипендией БИГ-МД Берлинского института здравоохранения и Фонда Зонненфельда. RX поддерживается Программой ученых-клиницистов БИГ-Шарите, финансируемой Charité-Universitätsmedizin Berlin и Берлинским институтом здравоохранения. Мы признаем поддержку со стороны Немецкого исследовательского фонда (DFG) и Фонда публикаций открытого доступа 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).
