Een Murine-model van ischemisch netvliesletsel veroorzaakt door voorbijgaande bilaterale gemeenschappelijke halsslagader Occlusie
Summary
Hier beschrijven we een muismodel van retinale ischemie door voorbijgaande bilaterale gemeenschappelijke halsslagader occlusie met behulp van eenvoudige hechtingen en een klem. Dit model kan nuttig zijn voor het begrijpen van de pathologische mechanismen van retinale ischemie veroorzaakt door cardiovasculaire afwijkingen.
Abstract
Diverse vasculaire ziekten zoals diabetische retinopathie, occlusie van retinale aderen of slagaders en oculaire ischemische syndroom kunnen leiden tot retinale ischemie. Om pathologische mechanismen van retinale ischemie te onderzoeken, moeten relevante experimentele modellen worden ontwikkeld. Anatomisch gezien is een hoofdbloedtoevoervat van het netvlies de oogslagader (OpA) en opA komt voort uit de interne halsslagader van de gemeenschappelijke halsslagader (CCA). Verstoring van CCA kan dus effectief retinale ischemie veroorzaken. Hier hebben we een muismodel van retinale ischemie vastgesteld door voorbijgaande bilaterale gemeenschappelijke halsslagader occlusie (tBCCAO) om de juiste CCA te binden met 6-0 zijden hechtingen en om de linker CCA gedurende 2 seconden tijdelijk te sluiten via een klem, en toonden aan dat tBCCAO acute retinale ischemie kon veroorzaken die leidt tot netvliesdisfunctie. De huidige methode vermindert de afhankelijkheid van chirurgische instrumenten door alleen chirurgische naalden en een klem te gebruiken, verkort de occlusietijd om onverwachte diersterfte te minimaliseren, wat vaak wordt gezien in muismodellen van occlusie van de middelste hersenslagader, en behoudt de reproduceerbaarheid van veelvoorkomende retinale ischemische bevindingen. Het model kan worden gebruikt om de pathofysiologie van ischemische retinopathieën bij muizen te onderzoeken en verder kan worden gebruikt voor in vivo geneesmiddelenscreening.
Introduction
Het netvlies is een neurosensorisch weefsel voor visuele functie. Aangezien een aanzienlijke hoeveelheid zuurstof nodig is voor de visuele functie, staat het netvlies bekend als een van de hoogste zuurstofeisende weefsels in het lichaam1. Het netvlies is vatbaar voor vaatziekten omdat zuurstof via bloedvaten wordt geleverd. Verschillende soorten vasculaire ziekten, zoals diabetische retinopathie en retinale bloedvaten (aderen of slagaders) occlusie, kunnen retinale ischemie veroorzaken. Om pathologische mechanismen van retinale ischemie te onderzoeken, worden reproduceerbare en klinisch relevante experimentele modellen van retinale ischemie noodzakelijk geacht. Midden-cerebrale slagader occlusie (MCAO) door het inbrengen van een intraluminaal filament is de meest gebruikte methode voor de ontwikkeling van in vivo knaagdiermodellen van experimentele cerebrale ischemie2,3. Vanwege de nabijheid van de oogheelkundige slagader (OpA) tot MCA, worden MCAO-modellen ook tegelijkertijd gebruikt om de pathofysiologie van retinale ischemie4,5,6te begrijpen. Om cerebrale ischemie samen met retinale ischemie op te wekken, worden lange filamenten meestal ingebracht door incisie van de gemeenschappelijke halsslagader (CCA) of de externe halsslagader (ERK). Deze methoden zijn moeilijk uit te voeren, vereisen een lange tijd om de operatie te voltooien (meer dan 60 minuten voor één muis) en leiden tot hoge variabiliteiten in de resultaten na de operatie7. Het blijft belangrijk om een beter model te ontwikkelen om deze zorgen te verbeteren.
In deze studie gebruikten we eenvoudigweg korte voorbijgaande bilaterale CCA occlusie (tBCCAO) met naalden en een klem om retinale ischemie bij muizen op te wekken en analyseerden we typische resultaten van ischemische verwondingen in het netvlies. In deze video geven we een demonstratie van de tBCCAO-procedure.
Protocol
Representative Results
Discussion
In de studie hebben we aangetoond dat tBCCAO, met behulp van eenvoudige hechtingen en een klem, retinale ischemie en bijbehorende netvliesdisfunctie kan induceren. Bovendien hebben we aangetoond dat ons huidige protocol voor de ontwikkeling van een muismodel van retinale ischemie gemakkelijker en sneller is in vergelijking met andere eerdere protocollen voor de ontwikkeling van retinale ischemische letselmodellen2,3,7.
<p cl…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door Grants-in-Aid for Scientific Research (KAKENHI) (18K09424 aan Toshihide Kurihara en 20K18393 aan Yukihiro Miwa) van het Ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap en Technologie (MEXT).
Materials
| Atipamezole hydrochloride | Zenoaq | Antisedan | For anti-anesthesia |
| Applied Biosystems 7500 Fast | Applied Biosystems | – | For qPCR |
| Butorphanol tartrate | Meiji Seika Pharma | Vetorphale | For anesthesia |
| BZ-II Analyzer | KEYENCE | – | For an image merge |
| BALB/cAJc1 | CLEA | – | Mouse strain |
| β-Actin (8H10D10) Mouse mAb | CST | 3700 | For western blot |
| Clamp Forcep | World Precision Instruments | WPI 500451 | For surgery |
| Dumont forceps #5 | Fine Science Tools | 11251-10 | For surgery |
| DAPI solution | Dojindo | 340-07971 | For IHC |
| Envisu SD-OCT system | Leica | R4310 | For OCT |
| FITC-dextran | Merk | FD2000S | For retinal blood perfusion |
| Fluorescence microscope | KEYENCE | BZ-9000 | For fluorescence detection |
| Gatifloxacin hydrate | Senju Pharmaceutical | Gachifuro | For anti-bacterial infection |
| GFAP Monoclonal Antibody (2.2B10) | Thermo | 13-0300 | For IHC |
| Heating pad | Marukan | RH-200 | For surgery |
| HIF-1α (D1S7W) XP Rabbit mAb | CST | 36169 | For western blot |
| ImageQuant LAS 4000 mini | GE Healthcare | – | For chemiluminescence |
| Midazolam | Sandoz K.K | SANDOZ | For anesthesia |
| Microtome Tissue-Tek TEC 6 | Sakura | – | For sectioning |
| Medetomidine | Orion Corporation | Domitor | For anesthesia |
| Needle holder | Handaya | HS-2307 | For surgery |
| PuREC | MAYO Corporation | – | For ERG |
| Scissor | Fine Science Tools | 91460-11 | For surgery |
| Sodium hyaluronate | Santen Pharmaceutical | Hyalein | For eye lubrication |
| Tropicamide/Penylephrine hydrochloride | Santen Pharmaceutical | Mydrin-P | For mydriasis |
| 6-0 silk suture | Natsume | E12-60N2 | For surgery |
References
- Anderson, B. Ocular effects of changes in oxygen and carbon dioxide tension. Transactions of the American Ophthalmological Society. 66, 423-474 (1968).
- Ingberg, E., Dock, H., Theodorsson, E., Theodorsson, A., Ström, J. O. Method parameters’ impact on mortality and variability in mouse stroke experiments: a meta-analysis. Scientific Reports. 6 (1), 21086 (2016).
- Atochin, D. N., Clark, J., Demchenko, I. T., Moskowitz, M. A., Huang, P. L. Rapid Cerebral Ischemic Preconditioning in Mice Deficient in Endothelial and Neuronal Nitric Oxide Synthases. Stroke. 34 (5), 1299-1303 (2003).
- Allen, R. S., et al. Severity of middle cerebral artery occlusion determines retinal deficits in rats. Experimental Neurology. 254, 206-215 (2014).
- Steele, E. C., Guo, Q., Namura, S. Filamentous Middle Cerebral Artery Occlusion Causes Ischemic Damage to the Retina in Mice. Stroke. 39 (7), 2099-2104 (2008).
- Minhas, G., Morishita, R., Anand, A. Preclinical models to investigate retinal ischemia: advances and drawbacks. Frontiers in Neurology. 3, 75 (2012).
- McColl, B. W., Carswell, H. V., McCulloch, J., Horsburgh, K. Extension of cerebral hypoperfusion and ischaemic pathology beyond MCA territory after intraluminal filament occlusion in C57Bl/6J mice. Brain Res. 997 (1), 15-23 (2004).
- Jiang, A. X., et al. Inducement and Evaluation of a Murine Model of Experimental Myopia. Journal of Visualized Experiments. (143), e58822 (2019).
- Miwa, Y., et al. Pharmacological HIF inhibition prevents retinal neovascularization with improved visual function in a murine oxygen-induced retinopathy model. Neurochemistry International. 128, 21-31 (2019).
- Adams, S., Pacharinsak, C. Mouse Anesthesia and Analgesia. Current Protocols in Mouse Biology. 5 (1), 51-63 (2015).
- Speetzen, L. J., Endres, M., Kunz, A. Bilateral Common Carotid Artery Occlusion as an Adequate Preconditioning Stimulus to Induce Early Ischemic Tolerance to Focal Cerebral Ischemia. Journal of Visualized Experiments. (75), e4387 (2013).
- Engel, O., Kolodziej, S., Dirnagl, U., Prinz, V. Modeling stroke in mice – middle cerebral artery occlusion with the filament model. Journal of Visualized Experiments. (47), e2423 (2011).
- Lee, D., Kang, H., Yoon, K. Y., Chang, Y. Y., Song, H. B. A mouse model of retinal hypoperfusion injury induced by unilateral common carotid artery occlusion. Experimental Eye Research. 201, 108275 (2020).
- Li, S., et al. Retro-orbital injection of FITC-dextran is an effective and economical method for observing mouse retinal vessels. Molecular Vision. 17, 3566-3573 (2011).
- Tual-Chalot, S., Allinson, K. R., Fruttiger, M., Arthur, H. M. Whole Mount Immunofluorescent Staining of the Neonatal Mouse Retina to Investigate Angiogenesis In vivo. Journal of Visualized Experiments. (77), e50546 (2013).
- Lee, D., et al. A Fairy Chemical Suppresses Retinal Angiogenesis as a HIF Inhibitor. Biomolecules. 10 (10), (2020).
- Tomita, Y., et al. Pemafibrate Prevents Retinal Pathological Neovascularization by Increasing FGF21 Level in a Murine Oxygen-Induced Retinopathy Model. International Journal of Molecular Sciences. 20 (23), 5878 (2019).
- Yamamoto, H., Schmidt-Kastner, R., Hamasaki, D. I., Yamamoto, H., Parel, J. M. Complex neurodegeneration in retina following moderate ischemia induced by bilateral common carotid artery occlusion in Wistar rats. Experimental Eye Research. 82 (5), 767-779 (2006).
- Cheng, L., Yu, H., Yan, N., Lai, K., Xiang, M. Hypoxia-Inducible Factor-1α Target Genes Contribute to Retinal Neuroprotection. Frontiers in Cellular Neuroscience. 11, 20 (2017).
- Mole, D. R., et al. Genome-wide association of hypoxia-inducible factor (HIF)-1alpha and HIF-2alpha DNA binding with expression profiling of hypoxia-inducible transcripts. The Journal of Biological Chemistry. 284 (25), 16767-16775 (2009).
- Majmundar, A. J., Wong, W. J., Simon, M. C. Hypoxia-Inducible Factors and the Response to Hypoxic Stress. Molecular Cell. 40 (2), 294-309 (2010).
- Newman, E. A. Glial cell regulation of neuronal activity and blood flow in the retina by release of gliotransmitters. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 370 (1672), (2015).
- Vecino, E., Rodriguez, F. D., Ruzafa, N., Pereiro, X., Sharma, S. C. Glia-neuron interactions in the mammalian retina. Progress in Retinal and Eye Research. 51, 1-40 (2016).
- Symonds, C. The Circle of Willis. British Medical Journal. 1 (4906), 119 (1955).
- Lo, W. B., Ellis, H. The circle before willis: a historical account of the intracranial anastomosis. Neurosurgery. 66 (1), 7-18 (2010).
- Yang, G., et al. C57BL/6 strain is most susceptible to cerebral ischemia following bilateral common carotid occlusion among seven mouse strains: selective neuronal death in the murine transient forebrain ischemia. Brain Research. 752 (1), 209-218 (1997).
- Farkas, E., Luiten, P. G. M., Bari, F. Permanent, bilateral common carotid artery occlusion in the rat: A model for chronic cerebral hypoperfusion-related neurodegenerative diseases. Brain Research Reviews. 54 (1), 162-180 (2007).
- Morris, G. P., et al. A Comparative Study of Variables Influencing Ischemic Injury in the Longa and Koizumi Methods of Intraluminal Filament Middle Cerebral Artery Occlusion in Mice. PLOS ONE. 11 (2), 0148503 (2016).
- Tsuchiya, D., Hong, S., Kayama, T., Panter, S. S., Weinstein, P. R. Effect of suture size and carotid clip application upon blood flow and infarct volume after permanent and temporary middle cerebral artery occlusion in mice. Brain Research. 970 (1-2), 131-139 (2003).
- Kaelin, W. G., Ratcliffe, P. J. Oxygen Sensing by Metazoans: The Central Role of the HIF Hydroxylase Pathway. Molecular Cell. 30 (4), 393-402 (2008).
- Pauly, M., Sruthi, R. Ptosis: evaluation and management. Kerala Journal of Ophthalmolgy. 31 (1), 11-16 (2019).
- Averbuch-Heller, L., Leigh, R. J., Mermelstein, V., Zagalsky, L., Streifler, J. Y. Ptosis in patients with hemispheric strokes. Neurology. 58 (4), 620 (2002).
- Dutton, J. . Atlas of clinical and surgical orbital anatomy, second edition. 113, 1364 (2011).
- Ritzel, R. M., et al. Early retinal inflammatory biomarkers in the middle cerebral artery occlusion model of ischemic stroke. Molecular Vision. 22, 575-588 (2016).
- Crespo-Garcia, S., et al. Individual and temporal variability of the retina after chronic bilateral common carotid artery occlusion (BCCAO). PLOS ONE. 13 (3), 0193961 (2018).
- Qin, Y., et al. Functional and morphologic study of retinal hypoperfusion injury induced by bilateral common carotid artery occlusion in rats. Scientific Reports. 9 (1), 80 (2019).
- Block, F., Grommes, C., Kosinski, C., Schmidt, W., Schwarz, M. Retinal ischemia induced by the intraluminal suture method in rats. Neuroscience Letters. 232 (1), 45-48 (1997).
- Allen, R. S., et al. Progesterone Treatment in Two Rat Models of Ocular Ischemia. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 56 (5), 2880-2891 (2015).
- Miller, R. F., Dowling, J. E. Intracellular responses of the Müller (glial) cells of mudpuppy retina: their relation to b-wave of the electroretinogram. Journal of Neurophysiology. 33 (3), 323-341 (1970).
- Block, F., Grommes, C., Kosinski, C., Schmidt, W., Schwarz, M. Retinal ischemia induced by the intraluminal suture method in rats. Neuroscience Letters. 232 (1), 45-48 (1997).
- Lee, J. H., Shin, J. M., Shin, Y. J., Chun, M. H., Oh, S. J. Immunochemical changes of calbindin, calretinin and SMI32 in ischemic retinas induced by increase of intraocular pressure and by middle cerebral artery occlusion. Anatomy & Cell Biology. 44 (1), 25-34 (2011).
- Li, S. Y., et al. Lycium barbarum polysaccharides reduce neuronal damage, blood-retinal barrier disruption and oxidative stress in retinal ischemia/reperfusion injury. PLOS ONE. 6 (1), 16380 (2011).
- Furashova, O., Matthé, E. Retinal Changes in Different Grades of Retinal Artery Occlusion: An Optical Coherence Tomography Study. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 58 (12), 5209-5216 (2017).
- Zadeh, J. K., et al. Short-Time Ocular Ischemia Induces Vascular Endothelial Dysfunction and Ganglion Cell Loss in the Pig Retina. International Journal of Molecular Sciences. 20 (19), (2019).
- Liu, S., Zhen, G., Meloni, B. P., Campbell, K., Winn, H. R. Rodent stroke model guidelines for preclinical stroke trials (1st edition). Journal of Experimental Stroke & Translational Medicine. 2 (2), 2-27 (2009).
- Tang, Y., et al. Hypothermia-induced ischemic tolerance is associated with Drp1 inhibition in cerebral ischemia-reperfusion injury of mice. Brain Research. 1646, 73-83 (2016).
- Barone, F. C., Knudsen, D. J., Nelson, A. H., Feuerstein, G. Z., Willette, R. N. Mouse strain differences in susceptibility to cerebral ischemia are related to cerebral vascular anatomy. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 13 (4), 683-692 (1993).
- Pula, J. H., Yuen, C. A. Eyes and stroke: the visual aspects of cerebrovascular disease. Stroke and Vascular Neurology. 2 (4), 210 (2017).
- Steele, E. C., Guo, Q., Namura, S. Filamentous middle cerebral artery occlusion causes ischemic damage to the retina in mice. Stroke. 39 (7), 2099-2104 (2008).
- Sim, D. A., et al. The Effects of Macular Ischemia on Visual Acuity in Diabetic Retinopathy. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 54 (3), 2353-2360 (2013).
- Wu, K. K., Huan, Y. Streptozotocin-induced diabetic models in mice and rats. Current Protocols in Pharmacology. , (2008).
- Mubarak, A., Hodgson, J. M., Considine, M. J., Croft, K. D., Matthews, V. B. Supplementation of a high-fat diet with chlorogenic acid is associated with insulin resistance and hepatic lipid accumulation in mice. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 61 (18), 4371-4378 (2013).
- Ansari, S., Azari, H., McConnell, D. J., Afzal, A., Mocco, J. Intraluminal middle cerebral artery occlusion (MCAO) model for ischemic stroke with laser doppler flowmetry guidance in mice. Journal of Visualized Experiments. (51), e2879 (2011).
- Hedna, V. S., et al. Validity of Laser Doppler Flowmetry in Predicting Outcome in Murine Intraluminal Middle Cerebral Artery Occlusion Stroke. Journal of Vascular and Interventional Neurology. 8 (3), 74-82 (2015).
