Real-time monitoring en modulatie van de bloeddruk in een konijnenmodel van ischemische beroerte
Summary
Continue arteriële bloeddrukregistratie maakt het mogelijk om de effecten van verschillende hemodynamische parameters te onderzoeken. Dit rapport toont de toepassing van continue arteriële bloeddrukmonitoring in een groot diermodel van ischemische beroerte voor de bepaling van beroertepathofysiologie, de impact van verschillende hemodynamische factoren en de beoordeling van nieuwe behandelingsbenaderingen.
Abstract
Controle van de bloeddruk, in termen van zowel absolute waarden als de variabiliteit ervan, beïnvloedt de uitkomsten bij patiënten met ischemische beroerte. Het blijft echter een uitdaging om de mechanismen te identificeren die tot slechte resultaten leiden of om maatregelen te evalueren waarmee deze effecten kunnen worden beperkt vanwege de prohibitieve beperkingen die inherent zijn aan menselijke gegevens. In dergelijke gevallen kunnen diermodellen worden gebruikt om rigoureuze en reproduceerbare evaluaties van ziekten uit te voeren. Hier rapporteren we verfijning van een eerder beschreven model van ischemische beroerte bij konijnen dat wordt aangevuld met continue bloeddrukregistratie om de effecten van modulatie op de bloeddruk te beoordelen. Onder algemene anesthesie worden femorale slagaders blootgesteld door chirurgische cutdowns om arteriële omhulsels bilateraal te plaatsen. Onder fluoroscopische visualisatie en routekaartbegeleiding wordt een microkatheter in een slagader van de achterste circulatie van de hersenen gebracht. Een angiogram wordt uitgevoerd door de contralaterale wervelslagader te injecteren om de occlusie van de doelslagader te bevestigen. Terwijl de occlusieve katheter gedurende een vaste duur op zijn plaats blijft, wordt de bloeddruk continu geregistreerd om een strakke titratie van bloeddrukmanipulaties mogelijk te maken, hetzij via mechanische of farmacologische middelen. Aan het einde van het occlusie-interval wordt de microkatheter verwijderd en wordt het dier onder algemene anesthesie gehouden voor een voorgeschreven duur van reperfusie. Voor acuut onderzoek wordt het dier vervolgens geëuthanaseerd en onthoofd. De hersenen worden geoogst en verwerkt om het infarctvolume te meten onder lichtmicroscopie en verder beoordeeld met verschillende histopathologische vlekken of ruimtelijke transcriptomische analyse. Dit protocol biedt een reproduceerbaar model dat kan worden gebruikt voor meer grondige preklinische studies naar de effecten van bloeddrukparameters tijdens ischemische beroerte. Het vergemakkelijkt ook een effectieve preklinische evaluatie van nieuwe neuroprotectieve interventies die de zorg voor ischemische beroertepatiënten kunnen verbeteren.
Introduction
Ischemische beroerte (IS) is wereldwijd een belangrijke doodsoorzaak en langdurige invaliditeit, en de prevalentie ervan zal naar verwachting toenemen naarmate de samenleving1 jaar oud wordt. Hoewel er aanzienlijke vooruitgang is geboekt in acute interventies en secundaire preventiestrategieën, hebben aanvullende neuroprotectieve behandelingen niet snel 2,3,4,5,6,7 gevolgd. Verder onderzoek is nodig naar beroertepathologie omdat mechanismen waarmee therapieën al dan niet effectief kunnen blijken slecht worden begrepen. Dit is grotendeels te wijten aan de heterogene aard van de populatie patiënten met een beroerte, van wie velen tal van comorbiditeiten hebben die analyse1 verstoren. Een aanjager van beperkingen in onderzoek is de afwezigheid van gegevens op weefselniveau – de gouden standaard in biomedisch onderzoek – vanwege de onbetaalbare morbiditeit van het bemonsteren van weefsel uit het menselijke centrale zenuwstelsel. In het bijzonder zou het oogsten van vasculair weefsel bij een levend mens een beroerte veroorzaken, dus vasculair weefsel wordt meestal alleen verkregen bij autopsie, wat ondervertegenwoordigd is voor de algemene bevolking en neigt naar meer geavanceerde ziekte bij oudere patiënten met gelijktijdige diagnoses.
In dergelijke gevallen, wanneer voldoende menselijke gegevens niet kunnen worden gebruikt, kunnen diermodellen de gegevenslacunes overbruggen. Grote diermodellen van beroerte zijn beperkt omdat de meeste grote dieren die in onderzoek worden gebruikt, hoefdieren zijn met een rete mirabile die directe endovasculaire toegang tot de hersenslagaders voorkomt 8,9,10,11,12,13,14,15,16,17 . Konijnen hebben een lange geschiedenis van gebruik voor het onderzoek van hart- en vaatziekten, waaronder intracraniale pathologieën 8,9,10,11,12,13,14,15,16,17. Konijnen vormen een ideaal model voor cerebrovasculaire aandoeningen omdat ze groot genoeg zijn voor endovasculaire katheterisatie en de rete mirabile missen die intracraniële toegang bij andere grote zoogdieren uitsluit 9,15,16,17. Ze zijn eerder specifiek gebruikt voor het onderzoek naar IS door nauwkeurige en goed gecontroleerde occlusie van een intracraniale slagader met een microkatheter18.
Bloeddruk (BP) controle, zowel door modulatie van absolute BP of BP variabiliteit (BPV), de mate waarin arteriële BP fluctueert rond een gemiddelde BP, is een opkomend potentieel therapeutisch doelwit voor IS-patiënten na meldingen van slechtere resultaten bij mensen met slecht gecontroleerde BP of BPV 19,20,21,22. Mechanistisch onderzoek naar hoe veranderingen leiden tot slechte uitkomsten bij IS-patiënten ontbreekt. Dit is deels te wijten aan de moeilijkheid om gegevens op weefselniveau te verkrijgen en goed gecontroleerde analyses bij mensen uit te voeren. Om interventies te testen die BP of BPV moduleren, moeten diermodellen worden gebruikt om deze beperkingen te overwinnen. Dit rapport beschrijft de succesvolle koppeling van een eerder gevalideerd konijnenmodel van IS met behulp van gecontroleerde occlusie van de achterste hersenslagader in combinatie met continue intra-arteriële meting van BP18. De hier gepresenteerde methode verbetert de eerdere benaderingen van beroertepathofysiologie door een gevalideerd en reproduceerbaar slagmodel toe te passen op een systeem waarin nauwkeurige meting en controle van BP kan worden bereikt. In dit verfijnde model kan de infarctbelasting worden beoordeeld met post-procedurele histopathologische kleuring van de geoogste hersenen, die ook vatbaar is voor verschillende vlekken en meer geavanceerde analyses zoals ruimtelijke transcriptomica. Bovendien kan de afgesloten achterste circulatieslagader ook worden gekozen om te worden geëvalueerd voor morbiditeitsanalyse na overlevingsprocedures.
Protocol
Representative Results
Discussion
Er is aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het beheer van IS, met name gezien de vooruitgang op het gebied van acute interventie en secundaire preventiestrategieën. Er kan echter meer worden gedaan om de zorg voor IS-patiënten te verbeteren. Beperkte vooruitgang in andere aspecten van IS-behandeling, met name op het gebied van neuroprotectie, is waarschijnlijk het gevolg van de beperkingen in pathofysiologisch begrip van mechanistische processen op weefsel- en moleculair niveau. Impactvolle gegevens van mensen zijn onr…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Het onderzoek dat in deze publicatie wordt gerapporteerd, werd ondersteund door het National Center for Advancing Translational Sciences van de National Institutes of Health onder awardnummers UL1TR002538 en KL2TR002539 en door Transformational Grant 19TPA34910194 van de American Heart Association.
Materials
| 3-0 Silk Suture | Ethicon | A184H | |
| Buprenorphine | Sigma-Aldrich | B9275 | |
| Catheter | Terumo | CG415 | 4F glide catheter |
| Endovascular Pressure Sensor | Millar | SPR-524 | |
| Euthasol | Virbac | PVS111 | |
| Guidewire | Terumo | GR1804 | |
| Iohexol | ThermoFisher | 466651000 | Iodinated Contrast |
| Ketamine | Biorbyt | orb61131 | |
| LabChart Software | ADInstruments | ||
| Lidocaine | Spectrum | LI102 | |
| Microcatheter | Medtronic | EV3 105-5056 | Marathon Microcatheter |
| Microwire | Medtronic | EV3 103-0608 | Mirage Microwire |
| PowerLab | ADInstruments | ||
| Rabbit Brain 2mm Coronal Cutting Matrix | Ted Pella | 15026 | |
| Saline | FisherScientific | 23-535435 | |
| Sheath | Merit Medical | PSI-5F-11 | |
| Xylazine | ThermoFisher | J61430.14 |
Riferimenti
- the American Heart Association. Heart Disease and Stroke Statistics-2022 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 145 (8), 153 (2022).
- Jadhav, A. P., Campbell, B. C. V. Ongoing advances in medical and interventional treatments of large vessel occlusion stroke. Stroke. 52 (3), 1115-1117 (2021).
- Caprio, F. Z., Sorond, F. A. Cerebrovascular disease: Primary and secondary stroke prevention. The Medical Clinics of North America. 103 (2), 295-308 (2019).
- Kleindorfer, D. O., et al. Guideline for the prevention of stroke in patients with stroke and transient ischemic attack: A guideline from the American Heart Association/American Stroke Association. Stroke. 52 (7), 364 (2021).
- Kitagawa, K. Blood pressure management for secondary stroke prevention. Hypertension Research: Official Journal of the Japanese Society of Hypertension. 45 (6), 936-943 (2022).
- Buchan, A. M., Pelz, D. M. Neuroprotection in acute ischemic stroke: A brief review. The Canadian Journal of Neurological Sciences. 49 (6), 741-745 (2021).
- Paul, S., Candelario-Jalil, E. Emerging neuroprotective strategies for the treatment of ischemic stroke: An overview of clinical and preclinical studies. Experimental Neurology. 335, 113518 (2021).
- Zabriskie, M., et al. New Zealand White rabbits fed high cholesterol diets develop morbid systemic diseases before intracranial atherosclerosis is detected. Journal of Veterinary Science & Medical Diagnosis. 8 (3), (2019).
- McNally, J. S., et al. Rabbit models of intracranial atherosclerotic disease for pathological validation of vessel wall MRI. The Neuroradiology Journal. 34 (3), 193-199 (2020).
- Brousseau, M. E., Hoeg, J. M. Transgenic rabbits as models for atherosclerosis research. Journal of Lipid Research. 40 (3), 365-375 (1999).
- Ji, D., Zhao, G., Songstad, A., Cui, X., Weinstein, E. J. Efficient creation of an APOE knockout rabbit. Transgenic Research. 24 (2), 227-235 (2015).
- Abela, G. S., et al. Triggering of plaque disruption and arterial thrombosis in an atherosclerotic rabbit model. Circulation. 91 (3), 776-784 (1995).
- Aliev, G., Burnstock, G. Watanabe rabbits with heritable hypercholesterolaemia: a model of atherosclerosis. Histology and Histopathology. 13 (3), 797-817 (1998).
- Brinjikji, W., Ding, Y. H., Kallmes, D. F., Kadirvel, R. From bench to bedside: Utility of the rabbit elastase aneurysm model in pre-clinical studies of intracranial aneurysm treatment. Journal of Neurointerventional Surgery. 8 (5), 521-525 (2016).
- Zabriskie, M. S., Wang, C., Wang, S., Alexander, M. D. Apolipoprotein E knockout rabbit model of intracranial atherosclerotic disease. Animal Models and Experimental Medicine. 3 (2), 208-213 (2020).
- Zabriskie, M. S., Cooke, D. L., Wang, C., Alexander, M. D. Spatially resolved transcriptomics for evaluation of intracranial vessels in a rabbit model: Proof of concept. bioRxiv. , (2022).
- Alexander, M. D., Darflinger, R. D., Sun, Z., Cooke, D. L. Assessment of cell yield among different devices for endovascular biopsy to harvest endothelial cells. Biotechniques. 66 (1), 34-36 (2017).
- English, J. D., et al. A novel model of large vessel ischemic stroke in rabbits: microcatheter occlusion of the posterior cerebral artery. Journal of Neurointerventional Surgery. 7 (5), 363-366 (2015).
- Peng, T. J., Ortega-Gutiérrez, S., de Havenon, A., Petersen, N. H. Blood pressure management after endovascular thrombectomy. Frontiers in Neurology. 12, 723461 (2021).
- Nepal, G., Shrestha, G. S., Shing, Y. K., Muha, A., Bhagat, R. Systolic blood pressure variability following endovascular thrombectomy and clinical outcome in acute ischemic stroke: A meta-analysis. Acta Neurologica Scandinavica. 144 (4), 343-354 (2021).
- Bennett, A. E., et al. Increased blood pressure variability after endovascular thrombectomy for acute stroke is associated with worse clinical outcome. Journal of Neurointerventional Surgery. 10 (9), 823-827 (2018).
- de Havenon, A., et al. Increased blood pressure variability contributes to worse outcome after intracerebral hemorrhage. Stroke. 49 (8), 1981-1984 (2018).
