שבץ דוגמנות בעכברים: נגעים קליפת המוח מוקד על ידי פוטוטרומבוזיס
Summary
מתואר כאן מודל שבץ פוטוטרומבוטי, שבו שבץ מיוצר דרך הגולגולת שלם על ידי גרימת איסור מיקרווסקולרי קבוע באמצעות תאורת לייזר לאחר מתן צבע רגיש לאור.
Abstract
שבץ מוחי הוא גורם המוות המוביל ונכות בוגרת במדינות מפותחות. למרות חקירה מקיפה לאסטרטגיות טיפוליות חדשניות, נותרו אפשרויות טיפוליות מוגבלות לחולי שבץ. לכן, דרוש מחקר נוסף עבור מסלולים פתופיציולוגיים כגון דלקת לאחר שבץ, אנגיוגנזה, פלסטיות עצבית, והתחדשות. בהתחשב חוסר היכולת של מודלים במבחנה לשחזר את המורכבות של המוח, מודלים שבץ ניסיוני חיוניים לניתוח והערכה מאוחרת יותר של מטרות תרופות חדשניות עבור מנגנונים אלה. בנוסף, מודלים סטנדרטיים מפורטים לכל ההליכים נדרשים בדחיפות כדי להתגבר על מה שמכונה משבר השכפול. כמאמץ בתוך קונסורציום המחקר ImmunoStroke, מודל עכבר פוטותרמיבוטי סטנדרטי באמצעות הזרקה תוך-אישית של רוז בנגל והארת הגולגולת שלם עם לייזר 561 ננומטר מתואר. מודל זה מאפשר את הביצועים של שבץ בעכברים עם הקצאה לכל אזור קליפת המוח של המוח ללא ניתוח פולשני; ובכך, המאפשר את המחקר של שבץ באזורים שונים של המוח. בסרטון זה מודגמות השיטות הכירורגיות של אינדוקציה של שבץ במודל הפוטו-טרומבוטי יחד עם ניתוח היסתולוגי.
Introduction
שבץ איסכמי נותר סיבת המוות העיקרית ורכש נכות בוגרת במדינות המפותחותבמאה ה -21 היוו כ -2.7 מיליון מקרי מוות בשנת 2017 ברחבי העולם1. אפילו עם המאמצים העצומים של הקהילה המדעית, טיפולים מעטים זמינים. יתר על כן, עם קריטריוני הדרה גבוהים כאלה, אפשרויות מוגבלות אלה כבר אינן נגישות לחולים רבים, וכתוצאה מכך צורך דחוף בטיפולים חדשניים כדי לשפר את ההתאוששות התפקודית לאחר שבץ.
בהתחשב ביכולת של מודלים במבחנה לשכפל את האינטראקציות המורכבות של המוח, מודלים של בעלי חיים חיוניים למחקר שבץ פרה-אקליני. עכברים הם המודל החייתי הנפוץ ביותר בתחום חקר השבץ. רוב מודלי העכבר האלה שואפים לגרום אוטמים על ידי חסימת זרימת הדם בתוך העורק המוחי האמצעי (MCA) שכן רוב נגעי שבץ אנושיים ממוקמים בשטח MCA2. למרות מודלים אלה טוב יותר recapitulate נגעים שבץ אנושי, הם כרוכים ניתוחים convulated עם שונות נפח אוטם גבוהה.
מאז ההצעה של רוזנבלום ואל-סבן של המודל הפוטו-טרומבוטי בשנת 19773, ומאוחר יותר היישום של מודל זה לחולדות ווטסון ואח‘4, זה הפך להיות בשימוש נרחב במחקר שבץ איסכמי5,6. מודל השבץ הפוטו-טרומבוטי גורמת לאוטם קליפת המוח המקומי והמוגדר כתוצאה מפוטואקטיבציה של צבע רגיש לאור שהוזרק בעבר לזרימת הדם. זה גורם פקקת מקומית של כלי הדם באזורים החשופים לאור. בקצרה, עם חשיפה לאור מן הצבע הרגיש לאור מוזרק, פגיעה חמצונית מקומית של קרום התא אנדותל מושרה, מה שמוביל צבירה טסיות דם היווצרות פקקת, ואחריו הפרעה מקומית של זרימת הדם המוחי7.
היתרון העיקרי של טכניקה זו שקוע בפשטות הביצוע שלה ובאפשרות לכוון את הנגע לאזור הרצוי. שלא כמו מודלים אחרים של שבץ ניסיוני, יש צורך במומחיות כירורגית קלה כדי לבצע את מודל השבץ הפוטו-טרומבוטי מכיוון שהניכוע מושרה באמצעות הארת הגולגולת של שלמה. יתר על כן, הגבולות המופרדים היטב (איור 2A ואיור 5B) והגמישות לגרום לפגיעה באזור מוח מסוים יכולים להקל על חקר התגובות התאיות באזור קליפת המוח האיסכמי או השלם8. מסיבות אלה, גישה זו מתאימה לחקר מנגנונים תאיים ומולקולריים של פלסטיות קליפת המוח.
במהלך העשורים האחרונים, החשש הגובר לגבי חוסר רבייה בין קבוצות מחקר נטבע מה שנקרא משברשכפול 9. לאחר התיאום של מחקר ניסוי רב מרכזי מבוקר פרה קליני הראשון בשנת 201510, כלי מוצע לשיפור המחקר הקדם קליני11,12,13, אושר כי סיבה אחת לשכפול נכשל בין מחקרים פרה קליניים ממעבדות עצמאיות היה היעדר תקינה מספקת של מודלים שבץ ניסיוני ופרמטריתוצאה 14. בהתאם, כאשר הוקם קונסורציום ImmunoStroke (https://immunostroke.de/), שיתוף פעולה שמטרתו להבין אינטראקציות בין המוח לחיסון שבבסיס העקרונות המכניסטיים של התאוששות שבץ, התקינה של כל מודלי השבץ הניסיוניים בין כל קבוצת מחקר הייתה חיונית.
מתואר כאן ההליך הסטנדרטי עבור אינדוקציה של המודל photothrombotic כפי המשמש קונסורציום המחקר הנ”ל. בקצרה, בעל חיים עבר הרדמה, קיבל זריקת רוז בנגלית (10 μL/g) תוך-איטראטון, והגולגולת שלם, 3 מ”מ שנותרה ברגמה, הוארה מיד על ידי לייזר 561 ננומטר במשך 20 דקות(איור 1). בנוסף, דווח על שיטה היסתולוגית והתנהגותית קשורה לניתוח תוצאת השבץ במודל זה. כל השיטות מבוססות על נהלי הפעלה סטנדרטיים שפותחו ונעשה בהם שימוש במעבדה.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרוטוקול המוצג מתאר את מודל השבץ הניסיוני של פוטותרומבוזיס על ידי הארת הגולגולת שלם בלייזר 561 ננומטר, עם זריקה תוך-אישית קודמת של רוז בנגל. עד לאחרונה, השימוש במודל זה היה נמוך אך גדל בהתמדה.
התמותה במהלך אינדוקציה שבץ במודל זה נעדרת. התמותה הכוללת של פחות מ -5% מתעוררת במהלך ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים לכל שותפינו לשיתוף הפעולה של קונסורציום אימונוסטרוק (עבור 2879, מתאי מערכת החיסון ועד להתאוששות שבץ) על הצעות ודיונים. עבודה זו מומנה על ידי דויטשה Forschungsgemeinschaft (DFG, קרן המחקר הגרמנית) במסגרת אשכול מינכן לנוירולוגיה של מערכות (EXC 2145 SyNergy – ID 390857198) ותחת המענקים LI-2534/6-1, LI-2534/7-1 ו- LL-112/1-1.
Materials
| 561 nm wavelenght laser | Solna | Cobolt HS-03 | |
| Acetic Acid | Sigma Life Science | 695092 | |
| Anesthesia system for isoflurane | Drager | ||
| ApopTag Peroxidase In Situ Apoptosis Detection Kit | Millipore | S7100 | |
| Bepanthen pomade | Bayer | 1578681 | |
| C57Bl/6J mice | Charles River | 000664 | |
| Collimeter | Thorlabs | F240APC-A | |
| Cotons | NOBA Verbondmitel Danz | 974116 | |
| Cresyl violet | Sigma Life Science | C5042-10G | |
| Cryostat | Thermo Scientific CryoStarNX70 | ||
| Ethanol 70% | CLN Chemikalien Laborbedorf | 521005 | |
| Ethanol 96% | CLN Chemikalien Laborbedorf | 522078 | |
| Ethanol 99% | CLN Chemikalien Laborbedorf | ETO-5000-99-1 | |
| Filter paper | Macherey-Nagel | 432018 | |
| Fine Scissors | FST | 15000-00 | |
| Forceps | FST | 11616-15 | |
| Heating blanket | FHC DC Temperature Controller | 40-90-8D | |
| Isoflurane | Abbot | B506 | |
| Isopentane | Fluka | 59070 | |
| Ketamine | Inresa Arzneimittel GmbH | ||
| Laser Speckle | Perimed | PeriCam PSI HR | |
| Mayor Scissors | FST | 1410-15 | |
| Phosphate Buffered Saline PH: 7.4 | Apotheke Innestadt Uni Munchen | P32799 | |
| Protective glasses | Laser 2000 | NIR-ZS2-38 | |
| Rose Bengal | Sigma Aldrich | 198250-5G | |
| Roti-Histokit mounting medium | Roth | 6638.1 | |
| Saline solution | Braun | 131321 | |
| Stereomikroskop | Zeiss | Stemi DV4 | |
| Stereotactic frame | Stoelting | 51500U | |
| Superfrost Plus Slides | Thermo Scientific | J1800AMNZ | |
| Xylacine | Albrecht |
Referências
- GBD 2016 Causes of Death Collaborators. Global, regional, and national age-sex specific mortality for 264 causes of death, 1980-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. Lancet. 390 (10100), 1151-1210 (2017).
- Carmichael, S. T. Rodent models of focal stroke: size, mechanism, and purpose. NeuroRx: The Journal of the American Society for Experimental Neuro Therapeutics. 2 (3), 396-409 (2005).
- Rosenblum, W. I., El-Sabban, F. Platelet aggregation in the cerebral microcirculation: effect of aspirin and other agents. Circulation Research. 40 (3), 320-328 (1977).
- Watson, B. D., Dietrich, W. D., Busto, R., Wachtel, M. S., Ginsberg, M. D. Induction of reproducible brain infarction by photochemically initiated thrombosis. Annals of Neurology. 17 (5), 497-504 (1985).
- Bergeron, M. Inducing photochemical cortical lesions in rat brain. Current Protocols in Neuroscience. , (2003).
- Lee, J. K., et al. Photochemically induced cerebral ischemia in a mouse model. Surgical Neurology. 67 (6), 620-625 (2007).
- Dietrich, W. D., Watson, B. D., Busto, R., Ginsberg, M. D., Bethea, J. R. Photochemically induced cerebral infarction. I. Early microvascular alterations. Acta Neuropathologica. 72 (4), 315-325 (1987).
- Labat-gest, V., Tomasi, S. Photothrombotic ischemia: a minimally invasive and reproducible photochemical cortical lesion model for mouse stroke studies. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (76), e50370 (2013).
- McNutt, M. Journals unite for reproducibility. Science. 346 (6210), 679 (2014).
- Llovera, G., et al. Results of a preclinical randomized controlled multicenter trial (pRCT): Anti-CD49d treatment for acute brain ischemia. Science Translational Medicine. 7 (299), (2015).
- Dirnagl, U., et al. A concerted appeal for international cooperation in preclinical stroke research. Stroke. 44 (6), 1754-1760 (2013).
- Bath, P. M., Macleod, M. R., Green, A. R. Emulating multicentre clinical stroke trials: a new paradigm for studying novel interventions in experimental models of stroke. International Journal of Stroke: Official Journal of the INternational Stroke Society. 4 (6), 471-479 (2009).
- Kilkenny, C., Browne, W. J., Cuthill, I. C., Emerson, M., Altman, D. G. Improving bioscience research reporting: The ARRIVE guidelines for reporting animal research. Journal of Pharmacology & Pharmacotherapeutics. 1 (2), 94-99 (2010).
- Llovera, G., Liesz, A. The next step in translational research: lessons learned from the first preclinical randomized controlled trial. Journal of Neurochemistry. 139, 271-279 (2016).
- Gnyawali, S. C., et al. Retooling laser speckle contrast analysis algorithm to enhance non-invasive high resolution laser speckle functional imaging of cutaneous microcirculation. Scientific Reports. 7, 41048 (2017).
- Swanson, G. M., Satariano, E. R., Satariano, W. A., Threatt, B. A. Racial differences in the early detection of breast cancer in metropolitan Detroit, 1978 to 1987. Cancer. 66 (6), 1297-1301 (1990).
- Clark, W. M., Lessov, N. S., Dixon, M. P., Eckenstein, F. Monofilament intraluminal middle cerebral artery occlusion in the mouse. Neurological Research. 19 (6), 641-648 (1997).
- Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 20 (1), 84-91 (1989).
- Engel, O., Kolodziej, S., Dirnagl, U., Prinz, V. Modeling stroke in mice – middle cerebral artery occlusion with the filament model. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (47), e2423 (2011).
- Tamura, A., Graham, D. I., McCulloch, J., Teasdale, G. M. Focal cerebral ischaemia in the rat: 1. Description of technique and early neuropathological consequences following middle cerebral artery occlusion. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism: Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 1 (1), 53-60 (1981).
- Chen, S. T., Hsu, C. Y., Hogan, E. L., Maricq, H., Balentine, J. D. A model of focal ischemic stroke in the rat: reproducible extensive cortical infarction. Stroke. 17 (4), 738-743 (1986).
- Tureyen, K., Vemuganti, R., Sailor, K. A., Dempsey, R. J. Infarct volume quantification in mouse focal cerebral ischemia: a comparison of triphenyltetrazolium chloride and cresyl violet staining techniques. Journal of Neuroscience Methods. 139 (2), 203-207 (2004).
- Llovera, G., Roth, S., Plesnila, N., Veltkamp, R., Liesz, A. Modeling stroke in mice: permanent coagulation of the distal middle cerebral artery. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (89), e511729 (2014).
- Cramer, J. V., et al. In vivo widefield calcium imaging of the mouse cortex for analysis of network connectivity in health and brain disease. Neuroimage. 199, 570-584 (2019).
- Heindl, S., et al. Automated morphological analysis of microglia after stroke. Frontiers in Cellular Neuroscience. 12, 106 (2018).
- Nih, L. R., Gojgini, S., Carmichael, S. T., Segura, T. Dual-function injectable angiogenic biomaterial for the repair of brain tissue following stroke. Nature Materials. 17 (7), 642-651 (2018).
- Rust, R., et al. Nogo-A targeted therapy promotes vascular repair and functional recovery following stroke. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (28), 14270-14279 (2019).
- Kitano, H., Kirsch, J. R., Hurn, P. D., Murphy, S. J. Inhalational anesthetics as neuroprotectants or chemical preconditioning agents in ischemic brain. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism: Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 27 (6), 1108-1128 (2007).
- Farr, T. D., Whishaw, I. Q. Quantitative and qualitative impairments in skilled reaching in the mouse (Mus musculus) after a focal motor cortex stroke. Stroke. 33 (7), 1869-1875 (2002).
- Kassem-Moussa, H., Graffagnino, C. Nonocclusion and spontaneous recanalization rates in acute ischemic stroke: a review of cerebral angiography studies. Archives of Neurology. 59 (12), 1870-1873 (2002).
- Sigler, A., Goroshkov, A., Murphy, T. H. Hardware and methodology for targeting single brain arterioles for photothrombotic stroke on an upright microscope. Journal of Neuroscience Methods. 170 (1), 35-44 (2008).
