En modificeret transkraniel midterste cerebral arterieokklusionsmodel til undersøgelse af slagtilfælderesultater hos ældre mus
Summary
Denne protokol demonstrerer en unik museslagmodel med et mellemstort infarkt og en fremragende overlevelsesrate. Denne model gør det muligt for prækliniske slagtilfældeforskere at forlænge iskæmiens varighed, bruge ældre mus og vurdere langsigtede funktionelle resultater.
Abstract
I eksperimentel slagtilfældeforskning anvendes midterste cerebral arterieokklusion (MCAO) med et intraluminalt filament i vid udstrækning til at modellere iskæmisk slagtilfælde hos mus. MCAO-filamentmodellen udviser typisk et massivt cerebralt infarkt i C57Bl/6-mus, der undertiden inkluderer hjernevæv i det område, der leveres af den bageste cerebrale arterie, hvilket i vid udstrækning skyldes en høj forekomst af posterior kommunikerende arterieatresi. Dette fænomen anses for at være en væsentlig bidragyder til den høje dødelighed, der observeres hos C57Bl/6-mus under langvarig slagtilfælde efter filament MCAO. Således udnytter mange kroniske slagtilfældeundersøgelser distale MCAO-modeller. Imidlertid producerer disse modeller normalt kun infarkt i cortexområdet, og derfor kan vurderingen af neurologiske underskud efter slagtilfælde være en udfordring. Denne undersøgelse har etableret en modificeret transkraniel MCAO-model, hvor MCA ved bagagerummet er delvist lukket enten permanent eller forbigående via et lille kranievindue. Da okklusionsstedet er relativt proksimalt til MCA’s oprindelse, genererer denne model hjerneskade i både cortex og striatum. Omfattende karakterisering af denne model har vist en fremragende langsigtet overlevelsesrate, selv hos ældre mus, såvel som let påviselige neurologiske underskud. Derfor repræsenterer MCAO-musemodellen, der er beskrevet her, et værdifuldt værktøj til eksperimentel slagtilfældeforskning.
Introduction
Næsten 800.000 mennesker lider af et slagtilfælde i USA hvert år, og de fleste af disse slagtilfælde er iskæmiske i naturen1. Tidlig genopretning af cerebral blodgennemstrømning med vævsplasminogenaktivator (tPA) og / eller trombektomi er i øjeblikket den mest effektive behandling for slagtilfældepatienter; Imidlertid er fuld genopretning af neurologiske funktioner på lang sigt sjælden 2,3. Således er søgning efter ny slagtilfældebehandling, der er målrettet mod funktionel forbedring, et intenst forskningsområde, der kræver klinisk relevante dyremodeller for slagtilfælde.
Den mest almindelige iskæmiske slagtilfælde model hos gnavere bruger intraluminal midterste cerebral arterieokklusion (MCAO) til at inducere slagtilfælde. I denne model, oprindeligt udviklet af Zea Longa i 1989, indføres en nylonfilament i den indre halspulsåre (ICA) for at blokere blodgennemstrømningen til den midterste hjernearterie (MCA)4. Denne model har dog begrænsninger. For det første, når filamentet indsættes i ICA, kan blodgennemstrømningen til den bageste cerebrale arterie (PCA) også delvist blokeres, især hos mus. Kritisk er den bageste kommunikerende arterie (PcomA), en lille arterie, der forbinder forreste og bageste cerebrale kredsløb, ofte underudviklet i nogle musestammer, såsom C57Bl / 6, stammen overvejende anvendt i eksperimentel slagtilfældeforskning. Denne patency af PcomA menes at bidrage til variabiliteten i læsionsstørrelse hos mus efter slagtilfælde5. Når blodgennemstrømningen til PCA falder brat under MCAO, og PcomA ikke er i stand til at tilvejebringe tilstrækkelig sikkerhedsstillelse blodgennemstrømning, kan slagtilfældeinfarkt ekspandere ind i PCA’s område. Desuden fører en lang varighed af iskæmi i denne model til en højere chance for dødelighed hos mus. Derfor bruges en kort MCAO-varighed på 30-60 min typisk til mus. Imidlertid oplever de fleste slagtilfældepatienter et par timers iskæmi før reperfusionsbehandling. Således er en museslagmodel med en forlænget varighed af iskæmi af høj klinisk relevans.
Det overordnede mål med denne procedure er at modellere iskæmisk slagtilfælde hos mus, der har et mellemstort infarkt og en fremragende overlevelsesrate. Denne transkranielle MCAO-model adresserer kritiske egenskaber ved klinisk slagtilfælde, da langvarig iskæmi kan udføres, og ældre mus tolererer denne model godt, hvilket muliggør den langsigtede vurdering af funktionel genopretning.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den første transkranielle MCA-okklusionsmodel blev etableret hos rotter i 1981 11,12 og erstattet af MCAO-modellen uden kranikomi i1989 4. Den oprindelige transkranielle MCA-okklusion havde et bredt kirurgisk felt, således at hele den zygomatiske bue blev fjernet, og musklerne trukket sideværts. Lokale væv var hævede efter operationen, hvilket forårsagede stress og nedsat fødeindtagelse for dyrene. I vores modificerede transkraniell…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker Kathy Gage for hendes redaktionelle støtte. Skemafigurer blev oprettet med BioRender.com. Denne undersøgelse blev støttet af midler fra Institut for Anæstesiologi (Duke University Medical Center) og NIH-tilskud (NS099590, HL157354, NS117973 og NS127163).
Materials
| 0.25% bupivacaine | Hospira | NDC 0409-1159-18 | |
| 0.9% sodium chloride | ICU Medical | NDC 0990-7983-03 | |
| 2,3,5-Triphenyltetrazolium Chloride (TTC) | Sigma or any available vendor | ||
| 20 G IV catheter | BD | 381534 | 20 GA 1.6 IN |
| 30 G needle | BD | 305106 | |
| 4-0 silk suture | Look | SP116 | Black braided silk |
| 8-0 suture with needle | Ethilon | 2822G | |
| Alcohol swabs | BD | 326895 | |
| Anesthesia induction box | Any suitable vendor | Pexiglass make | |
| Electrical grinder | JSDA | JD 700 | |
| High temperature cautery loop tip | Bovie | AA03 | |
| Isoflurane | Covetrus | NDC 11695-6777-2 | |
| Laser doppler perfusion monitor | Moor Instruments | moorVMS-LDF1 | |
| Lubricant eye ointment | Bausch + Lomb | 339081 | |
| Mouse rectal probe | Physitemp | RET-3 | |
| Nitrous Oxide | Airgas | UN1070 | |
| Otoscope | Welchallyn | 728 | 2.5 mm Speculum |
| Oxygen | Airgas | UN1072 | |
| Povidone-iodine | CVS | 955338 | |
| Recovery box | Brinsea | TLC eco | |
| Rimadyl (carprofen) | Zoetis | 6100701 | Injectable 50 mg/mL |
| Rodent ventilator | Harvard | Model 683 | |
| Temperature controller | Physitemp | TCAT-2DF | |
| Triple antibioric & pain relief | CVS | NDC 59770-823-56 | |
| Vaporizer | RWD | R583S |
Referências
- Tsao, C. W., et al. Heart disease and stroke statistics-2022 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 145 (8), e153 (2022).
- Nogueira, R. G., et al. Thrombectomy 6 to 24 hours after stroke with a mismatch between deficit and infarct. The New England Journal of Medicine. 378 (1), 11-21 (2018).
- Fisher, M., Savitz, S. I. Pharmacological brain cytoprotection in acute ischaemic stroke-renewed hope in the reperfusion era. Nature Reviews Neurology. 18 (4), 193-202 (2022).
- 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).
- Knauss, S., et al. A semiquantitative non-invasive measurement of PcomA patency in C57BL/6 mice explains variance in ischemic brain damage in filament MCAo. Frontiers in Neuroscience. 14, 576741 (2020).
- Yang, Z., et al. Post-ischemia common carotid artery occlusion worsens memory loss, but not sensorimotor deficits, in long-term survived stroke mice. Brain Research Bulletin. 183, 153-161 (2022).
- Wang, Z., et al. Increasing O-GlcNAcylation is neuroprotective in young and aged brains after ischemic stroke. Experimental Neurology. 339, 113646 (2021).
- Jiang, M., et al. XBP1 (X-box-binding protein-1)-dependent O-GlcNAcylation Is neuroprotective in ischemic stroke in young mice and its impairment in aged mice is rescued by thiamet-G. Stroke. 48 (6), 1646-1654 (2017).
- Li, X., et al. Single-cell transcriptomic analysis of the immune cell landscape in the aged mouse brain after ischemic stroke. Journal of Neuroinflammation. 19 (1), 83 (2022).
- Li, X., et al. Beneficial effects of neuronal ATF6 activation in permanent ischemic stroke. Frontiers in Cellular Neuroscience. 16, 1016391 (2022).
- Tamura, A., Graham, D. I., McCulloch, J., Teasdale, G. M. Focal cerebral ischaemia in the rat: 2. Regional cerebral blood flow determined by [14C]iodoantipyrine autoradiography following middle cerebral artery occlusion. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 1 (1), 61-69 (1981).
- 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 & Metabolism. 1 (1), 53-60 (1981).
