Realtidsövervakning och modulering av blodtryck i en kaninmodell av ischemisk stroke

Summary

Kontinuerlig arteriell blodtrycksregistrering möjliggör undersökning av effekterna av olika hemodynamiska parametrar. Denna rapport demonstrerar tillämpningen av kontinuerlig arteriell blodtrycksövervakning i en stordjursmodell av ischemisk stroke för bestämning av strokepatofysiologi, påverkan av olika hemodynamiska faktorer och bedömning av nya behandlingsmetoder.

Abstract

Kontroll av blodtrycket, både när det gäller absoluta värden och dess variabilitet, påverkar resultaten hos ischemiska strokepatienter. Det är dock fortfarande svårt att identifiera de mekanismer som leder till dåliga resultat eller utvärdera åtgärder genom vilka dessa effekter kan mildras på grund av de oöverkomliga begränsningar som är inneboende i mänskliga data. I sådana fall kan djurmodeller användas för att genomföra rigorösa och reproducerbara utvärderingar av sjukdomar. Här rapporterar vi förfining av en tidigare beskriven modell av ischemisk stroke hos kaniner som förstärks med kontinuerlig blodtrycksregistrering för att bedöma effekterna av modulering på blodtrycket. Under generell anestesi exponeras lårbensartärer genom kirurgiska nedskärningar för att placera arteriella mantlar bilateralt. Under fluoroskopisk visualisering och färdplan vägledning, en mikrokateter avanceras till en artär i hjärnans bakre cirkulation. Ett angiogram utförs genom att injicera den kontralaterala vertebrala artären för att bekräfta ocklusion av målartären. Med den ocklusiva katetern kvar på plats under en bestämd varaktighet registreras blodtrycket kontinuerligt för att möjliggöra tät titrering av blodtrycksmanipulationer, antingen genom mekaniska eller farmakologiska medel. Vid slutförandet av ocklusionsintervallet avlägsnas mikrokatetern och djuret hålls under generell anestesi under en föreskriven längd av reperfusion. För akuta studier avlivas djuret sedan och halshuggas. Hjärnan skördas och bearbetas för att mäta infarktvolymen under ljusmikroskopi och utvärderas vidare med olika histopatologiska fläckar eller rumslig transkriptomisk analys. Detta protokoll ger en reproducerbar modell som kan användas för mer grundliga prekliniska studier om effekterna av blodtrycksparametrar under ischemisk stroke. Det underlättar också effektiv preklinisk utvärdering av nya neuroprotektiva interventioner som kan förbättra vården för ischemiska strokepatienter.

Introduction

Ischemisk stroke (IS) är en ledande orsak till dödsfall och långvarig funktionshinder över hela världen, och dess prevalens förväntas öka när samhället åldras¹. Medan betydande framsteg har gjorts inom akuta interventioner och sekundära förebyggande strategier, har kompletterande neuroprotektiva behandlingar inte följt i takt 2,3,4,5,6,7. Ytterligare forskning behövs om strokepatobiologi eftersom mekanismer genom vilka terapier kan eller inte kan visa sig vara effektiva är dåligt förstådda. Detta beror till stor del på den heterogena karaktären hos strokepatientpopulationen, varav många har många comorbiditeter som förvirrar analys¹. En drivkraft för begränsningar i forskning är frånvaron av vävnadsnivådata – guldstandarden inom biomedicinsk forskning – på grund av den oöverkomliga sjukligheten vid provtagning av vävnad från det mänskliga centrala nervsystemet. Specifikt skulle vaskulär vävnadsskörd hos en levande människa orsaka stroke, så vaskulär vävnad erhålls vanligtvis endast vid obduktion, vilket är underrepresentativt för den allmänna befolkningen och skevar mot mer avancerad sjukdom hos äldre patienter med samtidiga diagnoser.

I sådana fall, när tillräckliga humandata inte kan användas, kan djurmodeller överbrygga dataluckorna. Stora djurmodeller av stroke är begränsade eftersom de flesta stora djur som används i forskning är hovdjur som har en rete mirabile som förhindrar direkt endovaskulär åtkomst till hjärnartärerna 8,9,10,11,12,13,14,15,16,17 . Kaniner har en lång historia av användning för undersökning av hjärt-kärlsjukdom, inklusive intrakraniella patologier 8,9,10,11,12,13,14,15,16,17. Kaniner utgör en idealisk modell för cerebrovaskulära sjukdomar eftersom de är tillräckligt stora för endovaskulär kateterisering och saknar rete mirabile som utesluter intrakraniell åtkomst hos andra stora däggdjur 9,15,16,17. De har tidigare använts specifikt för undersökning av IS genom exakt och välkontrollerad ocklusion av en intrakraniell artär med en mikrokateter¹⁸.

Blodtryckskontroll (BP), både genom modulering av absolut BP- eller BP-variabilitet (BPV), i vilken grad arteriellt BP fluktuerar runt ett genomsnittligt BP, är ett framväxande potentiellt terapeutiskt mål för IS-patienter efter rapporter om sämre resultat hos dem med dåligt kontrollerad BP eller BPV 19,20,21,22. Mekanistisk undersökning av hur förändringar leder till dåliga resultat hos IS-patienter saknas. Detta beror delvis på svårigheten att få vävnadsnivådata och utföra välkontrollerade analyser på människor. För att testa interventioner som modulerar BP eller BPV måste djurmodeller användas för att övervinna dessa begränsningar. Denna rapport beskriver den framgångsrika parningen av en tidigare validerad kaninmodell av IS med kontrollerad ocklusion av den bakre hjärnartären i samband med kontinuerlig intraarteriell mätning av BP¹⁸. Metoden som presenteras här förbättrar de tidigare metoderna för strokepatofysiologi genom att tillämpa en validerad och reproducerbar strokemodell på ett system där exakt mätning och kontroll av BP kan uppnås. I denna förfinade modell kan infarktbördan bedömas med postprocedurell histopatologisk färgning av den skördade hjärnan, som också är mottaglig för olika fläckar och mer avancerade analyser såsom rumslig transkriptomik. Dessutom kan den ockluderade bakre cirkulationsartären också väljas för att utvärderas för morbiditetsanalys efter överlevnadsprocedurer.

Protocol

Detta protokoll är godkänt av Institutional Animal Care and Use Committee (University of Utah IACUC Protocol Number 21-09021). Mogna Nya Zeeland Vita kaniner erhålls från kommersiella leverantörer. 1. Anskaffning av djur Acklimatisera djuren under önskad tid efter ankomst enligt institutionellt protokoll, hysa djur socialt i ett vivarium med standard chow dieter. Acklimatiseringsperioden vid vår institution är 2 veckor. <strong…

Representative Results

I de första experimenten med denna modell uppnådde vår grupp framgångsrikt det önskade resultatet av en bakre cerebral eller överlägsen cerebellär artärocklusion hos 12 av 14 djur (85,7%). För experimentet studerades sju män och sju honor. Den genomsnittliga djurvikten var 3,6 kg (± 0,46 kg). Hos de två djur där framgång inte uppnåddes förhindrade djup kateterinducerad vasospasm säker tillgång till den intrakraniella cirkulationen. Hos en kanin kunde intrakraniell åtkomst inte erhållas på grund av o…

Discussion

Betydande framsteg har gjorts i hanteringen av informationssamhället, särskilt med tanke på framstegen inom akuta insatser och sekundära förebyggande strategier. Mer arbete kan dock göras för att förbättra vården för IS-patienter. Begränsade framsteg i andra aspekter av IS-behandling, särskilt inom neuroprotektion, beror sannolikt på begränsningarna i patofysiologisk förståelse av mekanistiska processer på vävnads- och molekylär nivå. Effektfulla data från människor är orealistiska och sannolikt o…

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