Analyse af Cerebral Vasospasm i en Murine Model af Subarachnoid Blødning med højfrekvent transkranial dupleks Ultralyd
Summary
Formålet med dette manuskript er at præsentere en sonografibaseret metode, der tillader in vivo-billeddannelse af blodgennemstrømningen i hjernearterier hos mus. Vi demonstrerer dens anvendelse til at bestemme ændringer i blodgennemstrømningen hastigheder forbundet med vasospasm i murin modeller af subarachnoid blødning (SAH).
Abstract
Cerebral vasospasm, der opstår i ugerne efter subarachnoid blødning, en type hæmoragisk slagtilfælde, bidrager til forsinket cerebral iskæmi. Et problem, der opstår i eksperimentelle undersøgelser ved hjælp af murin modeller af SAH er, at metoder til in vivo overvågning af cerebral vasospasm hos mus mangler. Her demonstrerer vi anvendelsen af højfrekvent ultralyd til at udføre transkranial Duplex-sonografiundersøgelser på mus. Ved hjælp af metoden kunne de indre halspulsårer (ICA) identificeres. Blodgennemstrømningen hastigheder i intrakranielle ICAs blev fremskyndet betydeligt efter induktion af SAH, mens blodgennemstrømningen hastigheder i extracranial ICAs forblev lav, hvilket indikerer cerebral vasospasm. Afslutningsvis tillader den metode, der demonstreres her, funktionel, ikke-invasiv in vivo-overvågning af cerebral vasospasm i en murine SAH-model.
Introduction
Spontan subarachnoid blødning (SAH) er en form for hæmoragisk slagtilfælde hovedsagelig forårsaget af brud på en intrakraniel aneurisme1. Det neurologiske resultat påvirkes hovedsageligt af to faktorer: tidlig hjerneskade (EBI), som er forårsaget af virkningerne af blødningen og den tilhørende forbigående globale cerebral iskæmi og forsinket cerebral iskæmi (DCI), som opstår i ugerne efter blødningen2,3. DCI blev rapporteret at påvirke op til 30% af SAH patienter2. Den patofysiologi af DCI indebærer angiografiske cerebral vasospasm, en forstyrret mikrocirkulation forårsaget af mikrovasospasmer og mikrothrombose, kortikale sprede depressioner, og effekter udløst afbetændelse 4. Desværre forbliver den nøjagtige patofysiologi uklar, og der er ingen behandling tilgængelig, der effektivt forhindrer DCI3. Derfor undersøges DCI i mange kliniske og eksperimentelle undersøgelser.
I dag bruger de fleste eksperimentelle undersøgelser af SAH små dyremodeller, især hos mus5,6,7,8,9,10,11,12,13. I sådanne undersøgelser undersøges cerebral vasospasm ofte som et slutpunkt. Det er almindeligt at bestemme graden af vasospasm ex vivo. Dette skyldes, at der mangler ikke-invasive metoder til in vivo-undersøgelse af cerebral vasospasm, der kræver kort anæstesitid og kun pålægger kun lidt nød på dyrene. Men undersøgelse af cerebral vasospasm in vivo ville være en fordel. Dette skyldes, at det ville tillade langsgående in vivo-undersøgelser af vasospasm hos mus (dvs. billeddannelse af cerebral vasospasm på forskellige tidspunkter i dagene efter induktion af SAH). Dette vil gøre data, der er indhentet på forskellige tidspunkter, mere sammenlignelige. Desuden er brugen af et langsgående forsøgsdesign en strategi til reduktion af antallet af dyr.
Her demonstrerer vi brugen af højfrekvent transkranial ultralyd til at bestemme blodgennemstrømningen i cerebral arterier hos mus. Vi viser, at i lighed med transkranial Doppler sonografi (TCD) eller transkranial farvekodet Duplex sonografi (TCCD) i klinisk praksis14,15,16,17,18, denne metode kan bruges til at overvåge cerebral vasospasm ved at måle blodgennemstrømningen hastigheder af intrakranielle arterier efter SAH induktion i murin model.
Protocol
Representative Results
Discussion
Så vidt vi ved, er denne undersøgelse den første til at præsentere en protokol til overvågning af cerebral vasospasm i en murine model af SAH med højfrekvent transkranial farvekodet Duplex ultralyd. Vi viser, at denne metode kan måle en stigning i intrakranielle blodgennemstrømning hastigheder efter SAH induktion i mus. I humanmedicin er dette fænomen velkendt3,15. Flere kliniske undersøgelser har vist, at forhøjede blodgennemstrømning hastigheder af …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne vil gerne takke Stefan Kindel for udarbejdelsen af illustrationerne i videoen. PW, MM og SHK blev støttet af det tyske forbundsministerium for undervisning og forskning (BMBF 01EO1503). Arbejdet blev støttet af et stort instrumenteringstilskud fra den tyske forskningsfond (DFG INST 371/47-1 FUGG). MM blev støttet af et tilskud fra 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 |
Referências
- 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).
