Summary

Oprettelse af to saccular elastase-fordøjede aneurismer med forskellig hæmodynamik i en kanin

Published: April 15, 2021
doi:

Summary

Denne protokol beskriver trinene til oprettelse af en kaninmodel med to elastasefordøjede aneurismer med forskellig hæmodynamik (stub- og bifurcationskonstellation). Dette gør det muligt at teste nye endovaskulære enheder i aneurismer med forskellige angioarkitektur og hæmodynamiske tilstande inden for et enkelt dyr.

Abstract

Prækliniske dyremodeller med hæmodynamiske, morfologiske og histologiske egenskaber tæt på humane intrakranielle aneurismer spiller en central rolle i forståelsen af de patofysiologiske processer og udvikling og test af nye terapeutiske strategier. Denne undersøgelse har til formål at beskrive en ny kaninaneurismemodel, der gør det muligt at skabe to elastasefordøjede saccular aneurismer med forskellige hæmodynamiske tilstande inden for samme dyr.

Fem kvindelige newzealandske hvide kaniner med en gennemsnitsvægt på 4,0 (± 0,3) kg og gennemsnitsalder på 25 (±5) uger gennemgik mikrokirurgisk stub- og bifurcationaneurismedannelse. En aneurisme (stub) blev skabt ved højre fælles halspulsåre (CCA) eksponering ved dens oprindelse ved brachiocephalic trunk. Et midlertidigt klip blev påført ved CCA-oprindelsen og et andet, 2 cm over. Dette segment blev behandlet med en lokal injektion på 100 U elastase i 20 min. En anden aneurisme (bifurcation) blev skabt ved at suturere en elastasebehandlet arteriel pose i ende-til-side anastomose af højre CCA til venstre CCA. Patency blev kontrolleret af fluorescens angiografi umiddelbart efter oprettelsen.

Den gennemsnitlige varighed af operationen var 221 min. Oprettelsen af to aneurismer i samme dyr var vellykket hos alle kaniner uden komplikationer. Alle aneurismer blev patenteret umiddelbart efter operationen bortset fra en bifurcation-aneurisme, som viste en ekstrem vævsreaktion på grund af elastaseinkubation og en øjeblikkelig intraluminal trombose. Der blev ikke observeret dødelighed under operationen og op til en måneds opfølgning. Morbiditet var begrænset til et forbigående vestibulært syndrom (en kanin), som kom sig spontant inden for en dag.

Demonstreret her for første gang er muligheden for at skabe en to-aneurisme kaninmodel med stump og bifurcation hæmodynamiske egenskaber og stærkt degenererede vægforhold. Denne model gør det muligt at studere det naturlige forløb og potentielle behandlingsstrategier på grundlag af aneurismebiologi under forskellige strømningsforhold.

Introduction

Intrakraniel aneurisme er en alvorlig tilstand med en dødelighed efter brud, der når 50% og langvarig invaliditet hos 10-20% af patienterne1. Det sidste årti har set en hurtig udvikling af endovaskulære behandlingsmuligheder, men samtidig også en stigende gentagelsesrate med op til 33% af aneurisme recanalisering efter coiling 2,3. For bedre at forstå den patofysiologi, der ligger til grund for aneurismeokklusion og recanalisering samt til udvikling og test af nye endovaskulære enheder, er der i øjeblikket behov for pålidelige prækliniske modeller, hvis hæmodynamiske, morfologiske og histologiske egenskaber efterligner dem af humane intrakranielle aneurismer 4,5,6 . Fra i dag er der ingen defineret model som standard for prækliniske forsøg, og en lang række arter og teknikker er tilgængelige for forskere 7,8.

Kaninen er imidlertid en art af særlig interesse på grund af størrelsen og hæmodynamiske ligheder mellem dens halsarterier og de menneskelige cerebrale fartøjer samt dens lignende koagulations- og trombolyseprofiler. Flere modeller med elastasefordøjede saccular aneurismer på de fælles halspulsårer (CCA’er) har vist kvalitative og kvantitative ligheder med humane intrakranielle aneurismer med hensyn til strømningsbetingelser, geometriske træk og vægegenskaber 9,10,11,12. Denne undersøgelse har til formål at beskrive en teknik til at skabe en ny kaninaneurismemodel med både stub- og bifurcation elastasefordøjede aneurismer i samme dyr. De kirurgiske teknikker er inspireret af Hoh et al.13 og Wanderer et al.14 med små ændringer for at give en god standardisering og reproducerbarhed og for at sikre lav dødelighed og sygelighed.

Protocol

BEMÆRK: Forsøget blev godkendt af lokalkomitéen for dyrepleje i Canton Bern, Schweiz (ansøgningsnummer BE108/16), og al dyrepleje og procedurer blev udført i overensstemmelse med institutionelle retningslinjer og 3R-principper 15,16. Data rapporteres i henhold til ARRIVE-retningslinjerne. Perioperativ ledelse blev udført af en bestyrelsescertificeret dyrlægeanæstesiolog. Til undersøgelsen blev kvindelige newzealandske hvide kaniner med en gennemsnitsvæg…

Representative Results

Oprettelsen af en stub og en bifurcation aneurisme var vellykket i alle 5 New Zealand hvide kaniner uden intraoperative komplikationer. Der blev ikke observeret dødelighed under operationen eller i opfølgningsperioden på 24 ± 2 dage. En kanin oplevede postoperative komplikationer med et vestibulært syndrom og en blindhed i højre side. Dyret kom sig helt og spontant efter 24 timer. Denne komplikation forstyrrede ikke dets normale aktiviteter (fri bevægelighed, vand og fødeindtagelse, interaktioner med andre dyr) o…

Discussion

Den mest almindelige teknik til oprettelse af aneurisme involverer oprettelsen af en stubaneurisme ved oprindelsen af den rigtige CCA, enten gennem en åben eller en endovaskulær metode. Modellen er blevet valideret til at være en stabil ikke-voksende aneurisme, der forbliver åben med tiden20,21. Den anden mulige teknik involverer mikrokirurgisk dannelse af en arteriel bifurcationaneurisme ved at anastomosere den højre CCA på venstre og suturere en aneurisme…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne takker professor Hans Rudolf Widmer, dr. Luca Remonda og professor Javier Fandino for deres videnskabelige støtte og tekniske bidrag til dette arbejde. En særlig tak til Olgica Beslac for hendes råd under procedurerne og Kay Nettelbeck for hans hjælp. Desuden takker vi Daniela Casoni DVM, ph.d. og med. dyrlæge. Luisana Garcia, PD Dr. Alessandra Bergadano og Dr. Carlotta Detotto for deres dedikerede veterinære støtte.

Materials

4-0 resorbable suture Ethicon Inc., USA VCP292ZH
4-0 resorbable suture Ethicon Inc., USA VCP304H
6-0 non absorbable suture B. Braun, Germany C0766070
9-0 non absorbable suture B. Braun, Germany G1111140
Adrenaline Amino AG 1445419 any generic
Amiodarone Helvepharm AG 5078567 any generic
Anesthesia machine Dräger any other
Aspirin Sanofi-Aventis (Suisse) SA 622693 any generic
Atropine Labatec Pharma SA 6577083 any generic
Bandpass filter blue Thorlabs FD1B any other
Bandpass filter green Thorlabs FGV9 any other
Biemer vessel clip (2x) B. Braun Medical AG, Aesculap, Switzerland FD560R any other
Bipolar forceps any other
Bispectral index (neonatal) any other
Blood pressure cuff (neonatal) any other
Bycilces spotlight any other
Clamoxyl GlaxoSmithKline AG 758808 any generic
Dexmedetomidine Ever Pharma 136740-1 any generic
Elastase Sigma Aldrich E7885
Electrocardiogram electrodes
Ephedrine Amino AG 1435734
Esmolol OrPha Swiss GmbH 3284044
Fentanyl (intravenous use) Janssen-Cilag AG 98683
Fentanyl (transdermal) Mepha Pharma AG 4008286
Fluoresceine Curatis AG 5030376
Fragmin Pfizer PFE Switzerland GmbH 1906725
Heating pad or heating forced-air warming system
Isotonic sodium chloride solution (0.9%) Fresenius KABI 336769
Ketamine Pfizer PFE Switzerland GmbH 342261
lid retractor Approach
Lidocaine Streuli Pharma AG 747466
Longuettes
Metacam Boehringer Ingelheim P7626406 Medication
Methadone Streuli Pharma AG 1084546 Sedaton
Micro-forceps  curved Ulrich Swiss, Switzerland U52-015-15
Micro-forceps  straight 2x Ulrich Swiss, Switzerland U52-010-15
Microscissors Ulrich Swiss , Switzerland U52-327-15
Midazolam Accord Healthcare AG 7752484
Needle 23 G arteriotomy
Needle holder
O2-Face mask
Operation microscope Wild Heerbrugg
Papaverin Bichsel topical application
Povidone iodine Mundipharma Medical Company any generic
Prilocaine-lidocaine creme Emla
Propofol B. Braun Medical AG, Switzerland General anesthesia
Pulse oxymeter
Rectal temperature probe (neonatal)
Ringer Lactate Bioren Sintetica SA Infusion
Ropivacain Aspen Pharma Schweiz GmbH 1882249 Local anesthesia
Scalpell Swann-Morton 210
Small animal shaver
Soft tissue forceps
Soft tissue spreader
Stainless steel sponge bowls
Sterile micro swabs
Stethoscope
Surgery drape
Surgical scissors
Syringes 1 mL, 2 mL, and 5 mL
Tris-Buffer Sigma Aldrich 93302 Elastase solution
Vascular clip applicator B. Braun, Germany FT495T
Vein and arterial catheter 22 G
vessel loop Approach
video camera or smartphone
Vitarubin Streuli Pharma AG 6847559
Yasargil titan standard clip (2x) B. Braun Medical AG, Aesculap, Switzerland FT242T

Referências

  1. Grasso, G., Alafaci, C., Macdonald, R. L. Management of aneurysmal subarachnoid hemorrhage: State of the art and future perspectives. Surgical Neurology International. 8, 11 (2017).
  2. Raymond, J., et al. Long-term angiographic recurrences after selective endovascular treatment of aneurysms with detachable coils. Stroke. 34 (6), 1398-1403 (2003).
  3. Marbacher, S., Niemela, M., Hernesniemi, J., Frosen, J. Recurrence of endovascularly and microsurgically treated intracranial aneurysms-review of the putative role of aneurysm wall biology. Neurosurgical Review. 42 (1), 49-58 (2019).
  4. Thompson, J. W., et al. In vivo cerebral aneurysm models. Neurosurgical Focus. 47 (1), 20 (2019).
  5. Bouzeghrane, F., et al. In vivo experimental intracranial aneurysm models: a systematic review. American Journal of Neuroradiology. 31 (3), 418-423 (2010).
  6. Strange, F., Gruter, B. E., Fandino, J., Marbacher, S. Preclinical intracranial aneurysm models: a systematic review. Brain Sciences. 10 (3), 134 (2020).
  7. Marbacher, S., Strange, F., Frosen, J., Fandino, J. Preclinical extracranial aneurysm models for the study and treatment of brain aneurysms: A systematic review. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 40 (5), 922-938 (2020).
  8. Fahed, R., et al. Testing flow diversion in animal models: a systematic review. Neuroradiology. 58 (4), 375-382 (2016).
  9. Zeng, Z., et al. Hemodynamics and anatomy of elastase-induced rabbit aneurysm models: similarity to human cerebral aneurysms. American Journal of Neuroradiology. 32 (3), 595-601 (2011).
  10. Ding, Y. H., et al. Long-term patency of elastase-induced aneurysm model in rabbits. American Journal of Neuroradiology. 27 (1), 139-141 (2006).
  11. Short, J. G., et al. Elastase-induced saccular aneurysms in rabbits: comparison of geometric features with those of human aneurysms. American Journal of Neuroradiology. 22 (10), 1833-1837 (2001).
  12. Andereggen, L., et al. Three-dimensional visualization of aneurysm wall calcification by cerebral angiography: Technical case report. Journal of Clinical Neuroscience. 73, 290-293 (2020).
  13. Hoh, B. L., Rabinov, J. D., Pryor, J. C., Ogilvy, C. S. A modified technique for using elastase to create saccular aneurysms in animals that histologically and hemodynamically resemble aneurysms in human. Acta Neurochirurgica. 146 (7), 705-711 (2004).
  14. Wanderer, S., et al. Arterial pouch microsurgical bifurcation aneurysm model in the rabbit. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (159), e61157 (2020).
  15. Percie du Sert, N., et al. Reporting animal research: Explanation and elaboration for the ARRIVE guidelines 2.0. PLoS Biology. 18 (7), 3000411 (2020).
  16. Prescott, M. J., Lidster, K. Improving quality of science through better animal welfare: the NC3Rs strategy. Lab Animal. 46 (4), 152-156 (2017).
  17. Portier, K., Ida, K. K. The ASA Physical Status Classification: What is the evidence for recommending its use in veterinary anesthesia?-A systematic review. Frontiers in Veterinary Science. 5, 204 (2018).
  18. Gruter, B. E., et al. Fluorescence video angiography for evaluation of dynamic perfusion status in an aneurysm preclinical experimental setting. Operative Neurosurgery. 17 (4), 432-438 (2019).
  19. Strange, F., et al. Fluorescence angiography for evaluation of aneurysm perfusion and parent artery patency in rat and rabbit aneurysm models. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (149), e59782 (2019).
  20. Altes, T. A., et al. 1999 ARRS Executive Council Award. Creation of saccular aneurysms in the rabbit: a model suitable for testing endovascular devices. American Journal of Roentgenology. 174 (2), 349-354 (2000).
  21. Brinjikji, W., Ding, Y. H., Kallmes, D. F., Kadirvel, R. From bench to bedside: utility of the rabbit elastase aneurysm model in preclinical studies of intracranial aneurysm treatment. Journal of NeuroInterventional Surgery. 8 (5), 521-525 (2016).
  22. Sherif, C., Marbacher, S., Erhardt, S., Fandino, J. Improved microsurgical creation of venous pouch arterial bifurcation aneurysms in rabbits. American Journal of Neuroradiology. 32 (1), 165-169 (2011).
  23. Bavinzski, G., et al. Experimental bifurcation aneurysm: a model for in vivo evaluation of endovascular techniques. Minimally Invasive Neurosurgery. 41 (3), 129-132 (1998).
  24. Lewis, D. A., et al. Morbidity and mortality associated with creation of elastase-induced saccular aneurysms in a rabbit model. American Journal of Neuroradiology. 30 (1), 91-94 (2009).
  25. Wang, K., et al. Neck injury is critical to elastase-induced aneurysm model. American Journal of Neuroradiology. 30 (9), 1685-1687 (2009).
  26. Cesar, L., et al. Neurological deficits associated with the elastase-induced aneurysm model in rabbits. Neurological Research. 31 (4), 414-419 (2009).
  27. Aoki, T., Nishimura, M. The development and the use of experimental animal models to study the underlying mechanisms of CA formation. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011, 535921 (2011).
  28. Frosen, J., Cebral, J., Robertson, A. M., Aoki, T. Flow-induced, inflammation-mediated arterial wall remodeling in the formation and progression of intracranial aneurysms. Neurosurgical Focus. 47 (1), 21 (2019).
  29. Gruter, B. E., et al. Comparison of aneurysm patency and mural inflammation in an arterial rabbit sidewall and bifurcation aneurysm model under consideration of different wall conditions. Brain Sciences. 10 (4), 197 (2020).
  30. Marbacher, S., et al. The Helsinki rat microsurgical sidewall aneurysm model. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (92), e51071 (2014).
  31. Marbacher, S., et al. Complex bilobular, bisaccular, and broad-neck microsurgical aneurysm formation in the rabbit bifurcation model for the study of upcoming endovascular techniques. American Journal of Neuroradiology. 32 (4), 772-777 (2011).
  32. Marbacher, S., et al. Loss of mural cells leads to wall degeneration, aneurysm growth, and eventual rupture in a rat aneurysm model. Stroke. 45 (1), 248-254 (2014).
  33. Gruter, B. E., et al. Testing bioresorbable stent feasibility in a rat aneurysm model. Journal of Neurointerventional Surgery. 11 (10), 1050-1054 (2019).
  34. Nevzati, E., et al. Biodegradable magnesium stent treatment of saccular aneurysms in a rat model – Introduction of the surgical technique. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (128), e56359 (2017).
  35. Gruter, B. E., et al. Patterns of neointima formation after coil or stent treatment in a rat saccular sidewall aneurysm model. Stroke. 52 (3), 1043-1052 (2021).
  36. Wanderer, S., et al. Aspirin treatment prevents inflammation in experimental bifurcation aneurysms in New Zealand White rabbits. Journal of NeuroInterventional Surgery. , (2021).
  37. Lyu, Y., et al. An effective and simple way to establish eastase-induced middle carotid artery fusiform aneurysms in rabbits. Biomed Research International. 2020 (10), 1-12 (2020).
  38. Wang, S., et al. Rabbit aneurysm models mimic histologic wall types identified in human intracranial aneurysms. Journal of NeuroInterventional Surgery. 10 (4), 411-415 (2018).
  39. Kang, W., et al. A modified technique improved histology similarity to human intracranial aneurysm in rabbit aneurysm model. Neuroradiology Journal. 23 (5), 616-621 (2010).
  40. Frosen, J., et al. Remodeling of saccular cerebral artery aneurysm wall is associated with rupture: histological analysis of 24 unruptured and 42 ruptured cases. Stroke. 35 (10), 2287-2293 (2004).
  41. Frosen, J., et al. Growth factor receptor expression and remodeling of saccular cerebral artery aneurysm walls: implications for biological therapy preventing rupture. Neurosurgery. 58 (3), 534-541 (2006).

Play Video

Citar este artigo
Boillat, G., Franssen, T., Grüter, B., Wanderer, S., Catalano, K., Casoni, D., Andereggen, L., Marbacher, S. Creation of Two Saccular Elastase-Digested Aneurysms with Different Hemodynamics in One Rabbit. J. Vis. Exp. (170), e62518, doi:10.3791/62518 (2021).

View Video