Analyse des zerebralen Vasospasmus in einem murinen Modell der Subarachnoidalblutung mit hochfrequenten transkraniellen Duplex-Ultraschall
Summary
Ziel dieses Manuskripts ist es, eine sonographiebasierte Methode vorzustellen, die eine in vivo Abbildung des Blutflusses in Hirnarterien bei Mäusen ermöglicht. Wir demonstrieren seine Anwendung zur Bestimmung von Veränderungen der Blutflussgeschwindigkeiten im Zusammenhang mit Vasospasmus in murinen Modellen von Subarachnoidalblutungen (SAH).
Abstract
Zerebraler Vasospasmus, der in den Wochen nach der Subarachnoidalblutung auftritt, eine Art hämorrhagischer Schlaganfall, trägt zu einer verzögerten zerebralen Ischämie bei. Ein Problem, das in experimentellen Studien mit murinen Modellen von SAH aufgetreten ist, ist, dass Methoden zur In-vivo-Überwachung des zerebralen Vasospasmus bei Mäusen fehlen. Hier demonstrieren wir die Anwendung von Hochfrequenz-Ultraschall zur Durchführung transkraniler Duplex-Sonographieuntersuchungen an Mäusen. Mit der Methode konnten die arteria carotis interna (ICA) identifiziert werden. Die Blutflussgeschwindigkeiten in den intrakraniellen ICAs wurden nach Induktion von SAH signifikant beschleunigt, während die Blutflussgeschwindigkeiten in den extrakraniellen ICAs niedrig blieben, was auf einen zerebralen Vasospasmus hindeutet. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die hier demonstrierte Methode eine funktionelle, nichtinvasive In-vivo-Überwachung des zerebralen Vasospasmus in einem murinen SAH-Modell ermöglicht.
Introduction
Spontane Subarachnoidalblutung (SAH) ist eine Form des hämorrhagischen Schlaganfalls, die hauptsächlich durch den Bruch eines intrakraniellen Aneurysms verursacht wird1. Das neurologische Ergebnis wird hauptsächlich von zwei Faktoren beeinflusst: frühe Hirnverletzung (EBI), die durch die Auswirkungen der Blutung und der damit verbundenen vorübergehenden globalen zerebralen Ischämie verursacht wird, und verzögerte zerebrale Ischämie (DCI), die in den Wochen nach der Blutung auftritt2,3. Es wurde berichtet, dass DCI bis zu 30% der SAH-Patienten betraf2. Die Pathophysiologie von DCI beinhaltet angiographische zerebrale Vasospasmus, eine gestörte Mikrozirkulation, die durch Mikrovasospasmen und Mikrothrombosen verursacht wird, kortikale Ausbreitungsdepressionen und Effekte, die durch Entzündungen ausgelöst werden4. Leider bleibt die genaue Pathophysiologie unklar und es gibt keine Behandlung, die DCI3wirksam verhindert. Daher wird DCI in vielen klinischen und experimentellen Studien untersucht.
Heutzutage verwenden die meisten experimentellen Studien über SAH Kleintiermodelle, insbesondere bei Mäusen5,6,7,8,9,10,11,12,13. In solchen Studien wird häufig der zerebrale Vasospasmus als Endpunkt untersucht. Es ist üblich, den Grad des Vasospasmus ex vivo zu bestimmen. Denn es fehlen nichtinvasive Methoden zur In-vivo-Untersuchung des zerebralen Vasospasmus, die eine kurze Anästhesiezeit erfordern und den Tieren nur wenig Stress auferlegen. Eine Untersuchung des zerebralen Vasospasmus in vivo wäre jedoch von Vorteil. Dies liegt daran, dass es longitudinale In-vivo-Studien an Vasospasmus bei Mäusen ermöglichen würde (d. H. Bildgebung von zerebralem Vasospasmus zu verschiedenen Zeitpunkten während der Tage nach der Induktion von SAH). Dies würde die Vergleichbarkeit der zu verschiedenen Zeitpunkten erfassten Daten verbessern. Darüber hinaus ist die Verwendung eines Längsschnittstudiendesigns eine Strategie, um die Anzahl der Tiere zu reduzieren.
Hier demonstrieren wir die Verwendung von hochfrequenten transkraniellem Ultraschall zur Bestimmung des Blutflusses in Hirnarterien bei Mäusen. Wir zeigen, dass ähnlich wie bei der transkraniellen Dopplersonographie (TCD) oder der transkraniellen farbcodierten Duplexsonographie (TCCD) in der klinischen Praxis14,15,16,17,18– diese Methode zur Überwachung des zerebralen Vasospasmus verwendet werden kann, indem die Blutflussgeschwindigkeiten der intrakraniellen Arterien nach SAH-Induktion im murinen Modell gemessen werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nach unserem besten Wissen ist diese Studie die erste, die ein Protokoll zur Überwachung des zerebralen Vasospasmus in einem murinen Modell von SAH mit hochfrequenten transkraniellen farbcodierten Duplex-Ultraschall vorstellt. Wir zeigen, dass diese Methode eine Erhöhung der intrakraniellen Blutflussgeschwindigkeiten nach SAH-Induktion bei Mäusen messen kann. In der Humanmedizin ist dieses Phänomen bekannt3,15. Mehrere klinische Studien haben gezeigt, dass er…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Stefan Kindel für die Vorbereitung der Illustrationen im Video. PW, MM und SHK wurden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF 01EO1503) gefördert. Die Arbeit wurde durch einen Large Instrumentation Grant der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG INST 371/47-1 FUGG) unterstützt. MM wurde durch ein Stipendium der Else Kröner-Fresenius-Stiftung (2020_EKEA.144) unterstützt.
Materials
| Balea hair removal creme | Balea; Germany | ASIN B0759XM39V | hair removal creme |
| C57BL/6N mice | Janvier; Saint-Berthevin Cedex, France | n.a. | mice |
| Corneregel | Bausch&Lomb; Rochester, NY, USA | REF 81552983 | eye ointment, lube |
| cotton swabs | Hecht Assistent; Sondenheim vor der Röhn, Germany | REF 44302010 | cotton swabs |
| Ecco-XS razor | Tondeo; Soligen, Germany | DE 28693396 | razor |
| Electrode cream | GE; Boston, MA, USA | REF 21708318 | conductive paste |
| Heating plate | Medax; Kiel, Germany | 2005-205-01 | |
| Isoflurane | Abvie; Wiesbaden, Germany | n.a. | volatile anesthetic |
| Leukofix | BSN medical; Hamburg, Germany | REF 02137-00 | tape |
| Mechanical arm + micromanipulator | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | P/N 11277 | |
| Microbac tissues | Paul Hartmann AG; Hamburg, Germany | REF 981387 | antimicrobial tissues |
| MZ400, 38 MHz linear array transducer | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | REF 51068-30 | ultrasound transducer |
| Sonosid | ASID Bonz GmbH; Herrenberg, Germany | REF 782010 | ultrasonography gel |
| Ultrasound platform with heating plate and ECG-recording | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | P/N 11179 | |
| UniVet-Porta | Groppler; Oberperasberg, Germany | S/N BKGM0437 | isoflurane vaporizer |
| Vevo3100 | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | REF 51073-45 | ultrasonography device |
| VevoLab software | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | n.a. | evaluation software |
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