Analisi del vasospasmo cerebrale in un modello murino di emorragia subaracnoidea con ultrasuoni duplex transcranici ad alta frequenza
Summary
Lo scopo di questo manoscritto è quello di presentare un metodo basato sulla sonografia che consenta l’imaging in vivo del flusso sanguigno nelle arterie cerebrali nei topi. Dimostriamo la sua applicazione per determinare i cambiamenti nelle velocità del flusso sanguigno associati al vasospasmo nei modelli murini di emorragia subaracnoidea (SAH).
Abstract
Il vasospasmo cerebrale che si verifica nelle settimane successive all’emorragia subaracnoidea, un tipo di ictus emorragico, contribuisce all’ischemia cerebrale ritardata. Un problema riscontrato in studi sperimentali che utilizzano modelli murini di SAH è che mancano metodi per il monitoraggio in vivo del vasospasmo cerebrale nei topi. Qui, dimostriamo l’applicazione di ultrasuoni ad alta frequenza per eseguire esami ecografici Duplex transcranici sui topi. Utilizzando il metodo, potrebbero essere identificate le arterie carotide interne (ICA). Le velocità del flusso sanguigno nelle ICA intracranici sono state accelerate significativamente dopo l’induzione di SAH, mentre le velocità del flusso sanguigno nelle ICA extracranici sono rimaste basse, indicando vasospasmo cerebrale. In conclusione, il metodo qui dimostrato consente il monitoraggio funzionale e non invasivo in vivo del vasospasmo cerebrale in un modello di SAH murino.
Introduction
L’emorragia subaracnoidea spontanea (SAH) è una forma di ictus emorragico causato principalmente dalla rottura di un aneurisma intracranica1. L’esito neurologico è principalmente influenzato da due fattori: la lesione cerebrale precoce (EBI), che è causata dagli effetti del sanguinamento e dall’ischemia cerebrale globale transitoria associata, e l’ischemia cerebrale ritardata (DCI), che si verifica durante le settimane successive alsanguinamento 2,3. È stato riferito che il DCI colpisce fino al 30% dei pazienti affetti da SAH2. La fisiopatologia del DCI comporta vasospasmo cerebrale angiografico, un microcircolo disturbato causato da microvassopasi e microtrombosi, depressioni corticali di diffusione ed effetti innescatidall’infiammazione 4. Sfortunatamente, l’esatta fisiopatologia rimane poco chiara e non è disponibile alcun trattamento che prevenga efficacemente il DCI3. Pertanto, il DCI è studiato in molti studi clinici e sperimentali.
Al giorno d’oggi, la maggior parte degli studi sperimentali sui SAH utilizzano piccoli modelli animali, specialmente neitopi 5,6,7,8,9,10,11,12,13. In tali studi, il vasospasmo cerebrale è spesso studiato come un endpoint. È comune determinare il grado di vasospasmo ex vivo. Questo perché mancano metodi non invasivi per l’esame in vivo del vasospasmo cerebrale che richiede un breve tempo di anestesia e impone solo poca angoscia agli animali. Tuttavia, l’esame del vasospasmo cerebrale in vivo sarebbe vantaggioso. Questo perché consentirebbe studi longitudinali in vivo sul vasospasmo nei topi (cioè l’imaging del vasospasmo cerebrale in diversi momenti durante i giorni successivi all’induzione del SAH). Ciò migliorerebbe la comparabilità dei dati acquisiti in diversi punti di tempo. Inoltre, l’utilizzo di un progetto di studio longitudinale è una strategia per ridurre il numero di animali.
Qui dimostriamo l’uso di ultrasuoni transcranici ad alta frequenza per determinare il flusso sanguigno nelle arterie cerebrali nei topi. Mostriamo che, simile alla sonografia Doppler transcraniciale (TCD) o alla sonografia Duplex transcranici codificata a colori (TCCD) nella pratica clinica14,15,16,17,18, questo metodo può essere utilizzato per monitorare il vasospasmo cerebrale misurando le velocità del flusso sanguigno delle arterie intracranici dopo l’induzione di SAH nel modello murino.
Protocol
Representative Results
Discussion
Per quanto ne so, questo studio è il primo a presentare un protocollo per il monitoraggio del vasospasmo cerebrale in un modello murino di SAH con ultrasuoni Duplex transcranici ad alta frequenza codificati a colori. Mostriamo che questo metodo può misurare un aumento delle velocità del flusso sanguigno intracranici dopo l’induzione di SAH nei topi. Nella medicina umana questo fenomeno è ben noto3,15. Diversi studi clinici hanno dimostrato che elevate velocit…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori ringraziano Stefan Kindel per la preparazione delle illustrazioni nel video. PW, MM e SHK sono stati sostenuti dal Ministero federale tedesco dell’istruzione e della ricerca (BMBF 01EO1503). Il lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione per la strumentazione di grandi dimensioni della Fondazione tedesca per la ricerca (DFG INST 371/47-1 FUGG). Mm fu sostenuta da una sovvenzione della Else Kröner-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).
