ניתוח של Vasospasm מוחי במודל מורין של דימום subarachnoid עם אולטרסאונד דופלקס Transcranial בתדר גבוה
Summary
מטרת כתב היד היא להציג שיטה מבוססת סונוגרפיה המאפשרת הדמיה של זרימת הדם בעורקים מוחיים בעכברים. אנו מדגימים את היישום שלה כדי לקבוע שינויים במהירות זרימת הדם הקשורים vasospasm במודלים מורין של דימום subarachnoid (SAH).
Abstract
vasospasm מוחי המתרחשת בשבועות לאחר דימום תת-אראצנואידי, סוג של שבץ דימום, תורם איסכמיה מוחית מעוכבת. בעיה נתקל במחקרים ניסיוניים באמצעות מודלים מורין של SAH היא כי שיטות ניטור in vivo של vasospasm המוח בעכברים חסרים. כאן, אנו מדגימים את היישום של אולטרסאונד בתדר גבוה לבצע בדיקות סונוגרפיה דופלקס transcranial על עכברים. באמצעות השיטה, ניתן היה לזהות את עורקי העורק הראשי הפנימיים (ICA). מהירויות זרימת הדם ב- ICAs תוך ורידי הואצו באופן משמעותי לאחר אינדוקציה של SAH, בעוד מהירויות זרימת הדם ב- ICAs חוץ-סריאלי נשארו נמוכות, דבר המצביע על vasospasm מוחי. לסיכום, השיטה המודגמת כאן מאפשרת ניטור פונקציונלי ולא פולשני של ווספסם מוחי במודל SAH מורין.
Introduction
דימום תת-אראצנואידי ספונטני (SAH) הוא סוג של שבץ דימומי הנגרם בעיקר על ידי קרע של מפרצת תוךנדרית 1. התוצאה הנוירולוגית מושפעת בעיקר משני גורמים: פגיעה מוחית מוקדמת (EBI), הנגרמת על ידי השפעות הדימום והאיזכמיה המוחית העולמית החולפית הקשורה, ואיסכמיה מוחית מעוכב (DCI), המתרחשת בשבועות שלאחר הדימום2,3. DCI דווח להשפיע על עד 30% של חולי SAH2. הפתופיזיולוגיה של DCI כרוכה vasospasm מוחי אנגיוגרפי, microcirculation מופרע הנגרמת על ידי microvasospasms ו microthrombosis, דיכאון התפשטות קליפת המוח, והשפעות המופעלות על ידי דלקת4. למרבה הצער, הפתופיזיולוגיה המדויקת עדיין לא ברורה ואין טיפול זמין המונע ביעילות DCI3. לכן, DCI נחקר במחקרים קליניים וניסיוניים רבים.
כיום, רוב המחקרים הניסיוניים על SAH משתמשים במודלים קטנים של בעלי חיים, במיוחד בעכברים5,6,7,8,9,10,11,12,13. במחקרים כאלה, vasospasm מוחי נחקר לעתים קרובות כנקודת קצה. זה נפוץ לקבוע את מידת vasospasm אקס ויוו. הסיבה לכך היא כי שיטות פולשניות לבדיקה vivo של vasospasm מוחי הדורש זמן הרדמה קצר הטלת רק מצוקה קטנה על בעלי החיים חסרים. עם זאת, בדיקה של vasospasm מוחי vivo יהיה יתרון. הסיבה לכך היא כי זה יאפשר אורך במחקרים vivo על vasospasm בעכברים (כלומר, הדמיה של vasospasm מוחי בנקודות זמן שונות בימים שלאחר אינדוקציה של SAH). פעולה זו תשפר את ההנאה של נתונים שנרכשו בנקודות זמן שונות. יתר על כן, באמצעות עיצוב מחקר אורך היא אסטרטגיה כדי להפחית את מספר בעלי החיים.
כאן אנו מדגימים את השימוש באולטרסאונד transcranial בתדירות גבוהה כדי לקבוע את זרימת הדם בעורקים מוחיים בעכברים. אנו מראים כי, בדומה לסונוגרפיה דופלר transcranial (TCD) או סונוגרפיה דופלקס מקודדת בצבע transcranial (TCCD) בפרקטיקה קלינית14,15,16,17,18, שיטה זו יכולה לשמש כדי לפקח על vasospasm המוחי על ידי מדידת מהירויות זרימת הדם של העורקים תוך ורידי לאחר אינדוקציה SAH במודל המורין.
Protocol
Representative Results
Discussion
למיטב ידיעתנו, מחקר זה הוא הראשון להציג פרוטוקול לניטור vasospasm המוחי במודל מורין של SAH עם אולטרסאונד דופלקס בצבע transcranial בתדר גבוה מקודד צבע. אנו מראים כי שיטה זו יכולה למדוד עלייה במהירות זרימת הדם תוך ורידי לאחר אינדוקציה SAH בעכברים. ברפואה האנושית תופעה זו ידועה היטב3,<sup …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות לסטפן קינדל על הכנת האיורים בסרטון. PW, MM ו- SHK נתמכו על ידי המשרד הפדרלי הגרמני לחינוך ומחקר (BMBF 01EO1503). העבודה נתמכה על ידי מענק מכשור גדול של קרן המחקר הגרמנית (DFG INST 371/47-1 FUGG). MM נתמך על ידי מענק של אלזה קרנר-Fresenius-Stiftung (2020_EKEA.144).
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 |
References
- Macdonald, R. L., Schweizer, T. A. Spontaneous subarachnoid haemorrhage. Lancet. 389 (10069), 655-666 (2017).
- Macdonald, R. L. Delayed neurological deterioration after subarachnoid haemorrhage. Nature Reviews Neurology. 10 (1), 44-58 (2014).
- Francoeur, C. L., Mayer, S. A. Management of delayed cerebral ischemia after subarachnoid hemorrhage. Critical Care. 20 (1), 277 (2016).
- van Lieshout, J. H., et al. An introduction to the pathophysiology of aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Neurosurgical Review. , (2017).
- Altay, T., et al. A novel method for subarachnoid hemorrhage to induce vasospasm in mice. J Neurosci Methods. 183 (2), 136-140 (2009).
- Momin, E. N., et al. Controlled delivery of nitric oxide inhibits leukocyte migration and prevents vasospasm in haptoglobin 2-2 mice after subarachnoid hemorrhage. Neurosurgery. 65 (5), 937-945 (2009).
- Froehler, M. T., et al. Vasospasm after subarachnoid hemorrhage in haptoglobin 2-2 mice can be prevented with a glutathione peroxidase mimetic. Journal of Clinical Neuroscience. 17 (9), 1169-1172 (2010).
- Provencio, J. J., Altay, T., Smithason, S., Moore, S. K., Ransohoff, R. M. Depletion of Ly6G/C(+) cells ameliorates delayed cerebral vasospasm in subarachnoid hemorrhage. Journal of Neuroimmunology. 232 (1-2), 94-100 (2011).
- Kamp, M. A., et al. Evaluation of a murine single-blood-injection SAH model. PLoS One. 9 (12), 114946 (2014).
- Luh, C., et al. The Contractile Apparatus Is Essential for the Integrity of the Blood-Brain Barrier After Experimental Subarachnoid Hemorrhage. Translational Stroke Research. , (2018).
- Neulen, A., et al. A Volumetric Method for Quantification of Cerebral Vasospasm in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage. Journal of Visualized Experiments. (137), (2018).
- Neulen, A., et al. Large Vessel Vasospasm Is Not Associated with Cerebral Cortical Hypoperfusion in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage. Translational Stroke Research. , (2018).
- Neulen, A., et al. Neutrophils mediate early cerebral cortical hypoperfusion in a murine model of subarachnoid haemorrhage. Scientific Reports. 9 (1), 8460 (2019).
- Neulen, A., et al. Volumetric analysis of intracranial vessels: a novel tool for evaluation of cerebral vasospasm. Int J Comput Assist Radiol Surg. 14 (1), 157-167 (2019).
- Washington, C. W., Zipfel, G. J. Participants in the International Multi-disciplinary Consensus Conference on the Critical Care Management of Subarachnoid, H. Detection and monitoring of vasospasm and delayed cerebral ischemia: a review and assessment of the literature. NeuroCritical Care. 15 (2), 312-317 (2011).
- Greke, C., et al. Image-guided transcranial Doppler sonography for monitoring of defined segments of intracranial arteries. Journal of Neurosurgical Anesthesiology. 25 (1), 55-61 (2013).
- Neulen, A., Prokesch, E., Stein, M., Konig, J., Giese, A. Image-guided transcranial Doppler sonography for monitoring of vasospasm after subarachnoid hemorrhage. Clinical Neurology and Neurosurgery. 145, 14-18 (2016).
- Neulen, A., et al. Image-Guided Transcranial Doppler Ultrasound for Monitoring Posthemorrhagic Vasospasms of Infratentorial Arteries: A Feasibility Study. World Neurosurgery. 134, 284-291 (2020).
- Neulen, A., et al. Correlation of cardiac function and cerebral perfusion in a murine model of subarachnoid hemorrhage. Scientific Reports. 11 (1), 3317 (2021).
- Neulen, A., et al. A segmentation-based volumetric approach to localize and quantify cerebral vasospasm based on tomographic imaging data. PLoS One. 12 (2), 0172010 (2017).
- Marbacher, S., et al. Systematic Review of In Vivo Animal Models of Subarachnoid Hemorrhage: Species, Standard Parameters, and Outcomes. Translational Stroke Research. , (2018).
- Figueiredo, G., et al. Comparison of digital subtraction angiography, micro-computed tomography angiography and magnetic resonance angiography in the assessment of the cerebrovascular system in live mice. Clinical Neuroradiology. 22 (1), 21-28 (2012).
- Lindegaard, K. F., Nornes, H., Bakke, S. J., Sorteberg, W., Nakstad, P. Cerebral vasospasm diagnosis by means of angiography and blood velocity measurements. Acta Neurochirurgica. 100 (1-2), 12-24 (1989).
- Cassia, G. S., Faingold, R., Bernard, C., Sant’Anna, G. M. Neonatal hypoxic-ischemic injury: sonography and dynamic color Doppler sonography perfusion of the brain and abdomen with pathologic correlation. American Journal of Roentgenology. 199 (6), 743-752 (2012).
- Shen, Q., Stuart, J., Venkatesh, B., Wallace, J., Lipman, J. Inter observer variability of the transcranial Doppler ultrasound technique: impact of lack of practice on the accuracy of measurement. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 15 (3-4), 179-184 (1999).
