Un modèle de course thrombotique Basé sur cérébrale transitoire hypoxie-ischémie
Summary
Thromboembolic stroke models are vital tools for optimizing the recanalization therapy. Here we report a murine thrombotic stroke model based on transient cerebral hypoxic-ischemic (tHI) insult, which triggers thrombosis and infarction, and responds favorably to tissue plasminogen activator (tPA)-mediated fibrinolysis in a therapeutic window similar to those in stroke patients.
Abstract
la recherche de l'AVC a subi de nombreux revers dans la traduction de thérapies neuroprotectrices dans la pratique clinique. En revanche, la thérapie du monde réel (tPA thrombolyse) produit rarement des avantages dans des modèles expérimentaux basés mécaniques occlusion, qui dominent la recherche préclinique de course. Cette scission entre le banc et chevet suggère la nécessité d'employer des modèles tPA-sensibles dans la recherche préclinique de course. À cette fin, un modèle d'accident thrombotique simple et tPA-réactive est inventé et décrit ici. Ce modèle consiste en une occlusion transitoire de l'artère carotide commune unilatérale et la livraison de 7,5% d'oxygène à travers un masque de visage chez la souris adulte pour 30 min, tout en maintenant la température rectale des animaux à 37,5 ± 0,5 ° C. Bien que la ligature réversible de l'artère carotide ou une hypoxie unilatéral supprimée chaque débit sanguin cérébral seulement de manière transitoire, la combinaison des deux injurieux provoqué une durée déficits de reperfusion, de la fibrine et le dépôt de plaquettes et une grande Infarct sur le territoire de l'artère cérébrale moyenne fournie. Surtout, la queue veineuse injection de tPA recombinant à 0,5, 1 ou 4 heures post-Thi (10 mg / kg) a fourni la réduction du temps-dépendante du taux de mortalité et la taille de l'infarctus. Ce nouveau modèle de course est simple et peut être normalisée dans les laboratoires de comparer les résultats expérimentaux. De plus, il induit la thrombose ou sans introduction d'emboles craniectomy préformés. Compte tenu de ces avantages uniques, le modèle Thi est un complément utile au répertoire de recherche sur l'AVC préclinique.
Introduction
Thrombolyse et recanalisation est la thérapie la plus efficace de l'AVC ischémique aigu dans la pratique clinique 1. Cependant, la majorité des recherches de neuroprotection préclinique a été effectuée dans un modèle transitoire mécanique d'obstruction (intraluminal suture d'occlusion de l'artère cérébrale moyenne) qui produit une récupération rapide de la circulation sanguine cérébrale après le retrait de l'occlusion vasculaire et montre peu ou pas d'avantages par tPA thrombolyse. Il a été suggéré que le choix douteux de modèles d'AVC a contribué, au moins en partie, à la difficulté de traduire la thérapie neuroprotectrice aux patients 2,3. Par conséquent, il est une demande croissante pour l'emploi de modèles d'AVC thromboembolique tPA-sensibles dans la recherche préclinique, mais ces modèles ont aussi des problèmes techniques (voir Discussion) 4-7. Nous décrivons ici un nouveau modèle d'accident thrombotique fondée sur hypoxique-ischémique (THI) insulte transitoire unilatérale et ses réponses à la thérapie intraveineuse tPA 8.
Le modèle de course Thi a été développé sur la base de la procédure Levine (de ligature permanente de l'artère carotide commune unilatérale suivie d'une exposition à l'hypoxie transitoire dans une chambre) qui a été inventé pour des expériences avec des rats adultes en 1960 9. La procédure Levine originale tombe dans l'oubli parce il ne produit des dommages au cerveau variables, mais la même insulte causée neuropathologie cohérente chez les petits rongeurs quand il a été ré-introduit par Robert Vannucci et ses collègues comme un modèle de néonatale encéphalopathie hypoxique-ischémique (HIE) en 1981 10. Au cours des dernières années, certains enquêteurs ré-adapter le modèle Levine-Vannucci à des souris adultes en ajustant la température dans la chambre 11 hypoxique. Il est plausible que les lésions cérébrales incompatibles dans la procédure Levine origine peuvent résulter de fluctuations de température du corps des rongeurs adultes dans la chambre hypoxique. Pour tester cette hypothèse, nous avons modifié la procédure Levine en administrant gaz hypoxiqueà travers un masque, tout en maintenant la température à coeur de rongeur à 37 ° C sur la table chirurgicale 12. Comme on s'y attendait, le contrôle de la température du corps rigoureux considérablement augmenté la reproductibilité de la pathologie induite par HI-cérébrale. L'insulte HI déclenche également la coagulation, l'autophagie et de gris et de blessures 13 matière blanche. D'autres chercheurs ont également utilisé le modèle de HI pour enquêter post-AVC réponses inflammatoires 14.
Une caractéristique unique du modèle de course de HI est qu'il suit de près la triade de l'Virchow de la formation de thrombus, y compris la stase du flux sanguin, lésions endothéliales (par exemple à cause du stress oxydatif HI-induite), et hypercoagulabilité (activation plaquettaire HI-induite) ( Figure 1A) 15. En tant que tel, le modèle de HI peut capturer des mécanismes physiopathologiques pertinents pour AVC ischémique dans le monde réel. Avec cette idée en tête, nous avons affiné le modèle HI avec ligature réversible de l'ONUilateral artère carotide commune (donc de créer une insulte HI transitoire), et testé ses réponses aux tPA thrombolyse avec ou sans edaravone. Edaravone est un piégeur de radicaux libres déjà approuvé au Japon pour traiter l'AVC ischémique dans les 24 heures de l'apparition 9. Nos expériences ont montré que aussi brève que 30 minutes transitoire HI déclenche myocarde thrombotique, et que le traitement combiné tPA-edaravone confère des avantages synergiques 8. Nous décrivons ici les procédures chirurgicales détaillés et des considérations méthodologiques du modèle Thi, qui peuvent être utilisés pour optimiser les traitements de reperfusion de l'AVC ischémique aigu.
Protocol
Representative Results
Discussion
L'AVC est un problème majeur de santé d'une importance croissante pour toute société avec un vieillissement de la population. Globalement, l'AVC est la deuxième principale cause de décès avec un taux d'environ 5,9 millions d'événements mortels en 2010, ce qui équivaut à 11,1% de tous les décès 18. L'AVC est également la troisième cause d'années de vie ajustées sur l'incapacité (DALY) perdues dans le monde en 2010, passant de la cinquième position en 1990 <sup…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study was supported by the NIH grant NS074559 (to C. K.). We thank all collaborators who contributed to our research articles that the present methodology report is based upon.
Materials
| adult male mice | Charles River | C57BL/6 | 10~13 weeks old (22~30 g) |
| Mobile Laboratory Animal Anesthesia System | VetEquip | 901807 | anesthesia |
| Medical air (Compressed) air tank | Airgas | UN1002 | anesthesia |
| Isoflurane | Piramal Healthcare | NDC 66794-013-25 | anesthesia |
| Multi-Station Lab Animal AnesthesiaSystem | Surgivet | V703501 | hypoxia system |
| 7.5% O2 balanced by 92.5% N2 tank | Airgas | UN1956 | hypoxia system |
| Temperature Controller with heating lamp | Cole Parmer | EW-89000-10 | temperature controllers |
| Rectal probe | Cole Parmer | NCI-00141PG | temperature controllers |
| Dissecting microscope | Olympus | SZ40 | surgical setup |
| Heat pump with warming pad | Gaymar | TP700 | surgical setup |
| Fine curved forceps (serrated) | FST | 11370-31 | surgical instrument |
| Fine curved forceps (smooth) | FST | 11373-12 | surgical instrument |
| micro scissors | FST | 15000-03 | surgical instrument |
| micro needle holders | FST | 12060-01 | surgical instrument |
| Halsted-Mosquito hemostats | FST | 13008-12 | surgical instrument |
| 5-0 silk suture | Harvard Apparatus | 624143 | surgical supplies |
| 4-0 Nylon monofilament suture | LOOK | 766B | surgical supplies |
| Tissue glue | Abbott Laboratories | NC9855218 | surgical supplies |
| Puralube Vet ointment | Fisher | NC0138063 | eye dryness prevention |
| MoorFLPI-2 blood flow imager | Moor | 780-nm laser source | Laser Speckle Contrast Imaging |
| Mannitol | Sigma | M4125 | in-vivo TTC |
| 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) | Sigma | T8877 | in-vivo TTC |
| Vibratome | Stoelting | 51425 | brain section for in-vivo TTC |
| Digital microscope | Dino-Lite | AM2111 | whole-braina imaging |
| O.C.T compound | Sakura Finetek | 4583 | |
| goat anti-rabbit Alexa Fluro 488 | Invitrogen | A11008 | Immunohistochemistry |
| Cryostat | Vibratome | ultrapro 5000 | brain section for IHC |
| Evans blue | Sigma | E2129 | Detecting vascular perfusion |
| Microtome | Electron Microscopy Sciences | 5000 | brain section for histology |
| Avertin (2, 2, 2-Tribromoethanol) | Sigma | T48402 | euthanasia |
| Fluorescent microscope | Olympus | DP73 |
Referências
- Broderick, J. P., Hacke, W. Treatment of acute ischemic stroke: Part I: recanalization strategies. Circulation. 106 (12), 1563-1569 (2002).
- Hossmann, K. A. Pathophysiological basis of translational stroke research. Folia Neuropathol. 47 (3), 213-227 (2009).
- Hossmann, K. A. The two pathophysiologies of focal brain ischemia: implications for translational stroke research. J. Cereb. Blood Flow Metab. 32 (7), 1310-1316 (2012).
- Macrae, I. M. Preclinical stroke research–advantages and disadvantages of the most common rodent models of focal ischaemia. Br. J. Pharmacol. 164 (4), 1062-1078 (2011).
- Niessen, F., Hilger, T., Hoehn, M., Hossmann, K. A. Differences in clot preparation determine outcome of recombinant tissue plasminogen activator treatment in experimental thromboembolic stroke. Stroke. 34 (8), 2019-2024 (2003).
- Orset, C., et al. Mouse model of in situ thromboembolic stroke and reperfusion. Stroke. 38 (10), 2771-2778 (2007).
- Watson, B. D., Dietrich, W. D., Prado, R., Ginsberg, M. D. Argon laser-induced arterial photothrombosis. Characterization and possible application to therapy of arteriovenous malformations. J. Neurosurgery. 66 (5), 748-754 (1987).
- Sun, Y. Y., et al. Synergy of combined tPA-edaravone therapy in experimental thrombotic stroke. PLoS One. 9, e98807 (2014).
- Levine, S. Anoxic-ischemic encephalopathy in rats. Am. J. Pathol. 36, 1-17 (1960).
- Rice, J. E. 3. r. d., Vannucci, R. C., Brierley, J. B. The influence of immaturity on hypoxic-ischemic brain damage in the rat. Annals Neurol. 9 (2), 131-141 (1981).
- Vannucci, S. J., et al. Experimental stroke in the female diabetic, db/db, mouse. J. Cereb. Blood Flow Metab. 21 (2), 52-60 (2001).
- Adhami, F., et al. Cerebral ischemia-hypoxia induces intravascular coagulation and autophagy. Am. J. Pathol. 169 (2), 566-583 (2006).
- Shereen, A., et al. Ex vivo diffusion tensor imaging and neuropathological correlation in a murine model of hypoxia-ischemia-induced thrombotic stroke. J. Cereb. Blood Flow Metab. 31 (4), 1155-1169 (2011).
- Michaud, J. P., Pimentel-Coelho, P. M., Tremblay, Y., Rivest, S. The impact of Ly6C low monocytes after cerebral hypoxia-ischemia in adult mice. J. Cereb. Blood Flow Metab. 34 (7), e1-e9 (2014).
- Zoppo, G. J. Virchow’s triad: the vascular basis of cerebral injury. Rev. Neurol. Dis. 5, 12-21 (2008).
- Dunn, A. K. Laser speckle contrast imaging of cerebral blood flow. Annals Biomed. Eng. 40 (2), 367-377 (2012).
- Sun, Y. Y., Yang, D., Kuan, C. Y. Mannitol-facilitated perfusion staining with 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) for detection of experimental cerebral infarction and biochemical analysis. J. Neurosci. Methods. 203 (1), 122-129 (2012).
- Lozano, R., et al. Global and regional mortality from 235 causes of death for 20 age groups in 1990 and 2010: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study. Lancet. 380 (9859), 2095-2128 (2010).
- Murray, C. J., et al. Disability-adjusted life years (DALYs) for 291 diseases and injuries in 21 regions, 1990-2010: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study. Lancet. 380 (9859), 2197-2223 (2012).
- Dirnagl, U., Macleod, M. R. Stroke research at a road block: the streets from adversity should be paved with meta-analysis and good laboratory practice. Br. J. Pharm. 157 (7), 1154-1156 (2009).
- Dirnagl, U., et al. A concerted appeal for international cooperation in preclinical stroke research. Stroke. 44 (6), 1754-1760 (2013).
- Khatri, P., et al. Revascularization end points in stroke interventional trials: recanalization versus reperfusion in IMS-I. Stroke. 36 (11), 2400-2403 (2005).
- Rosenberg, R. D., Aird, W. C. Vascular-bed–specific hemostasis and hypercoagulable states. New Eng. J. Med. 340 (20), 1555-1564 (1999).
- Majid, A., et al. Differences in vulnerability to permanent focal cerebral ischemia among 3 common mouse strains. Stroke. 31 (11), 2707-2714 (2000).
