Analyse av cerebral vasospasme i en murine modell av subarachnoid blødning med høyfrekvent transkraniell dupleks ultralyd
Summary
Målet med dette manuskriptet er å presentere en sonografibasert metode som tillater in vivo-avbildning av blodstrømmen i cerebral arterier hos mus. Vi demonstrerer dens anvendelse for å bestemme endringer i blodstrømshastigheter forbundet med vasospasme i murinmodeller av subarachnoid blødning (SAH).
Abstract
Cerebral vasospasme som oppstår i ukene etter subarachnoid blødning, en type hemorragisk slag, bidrar til forsinket cerebral iskemi. Et problem som oppstår i eksperimentelle studier ved hjelp av murine modeller av SAH er at metoder for in vivo overvåking av cerebral vasospasme hos mus mangler. Her demonstrerer vi anvendelsen av høyfrekvent ultralyd for å utføre transkranielle duplex sonografiundersøkelser på mus. Ved hjelp av metoden kunne de interne halspulsårene (ICA) identifiseres. Blodstrømshastighetene i de intrakranielle ICAene ble akselerert betydelig etter induksjon av SAH, mens blodstrømshastighetene i de ekstrakranielle ICAene forble lave, noe som indikerer cerebral vasospasme. Til slutt tillater metoden som er demonstrert her funksjonell, ikke-invasiv in vivo-overvåking av cerebral vasospasme i en murin SAH-modell.
Introduction
Spontan subarachnoid blødning (SAH) er en form for hemorragisk slag hovedsakelig forårsaket av brudd på en intrakraniell aneurisme1. Det nevrologiske utfallet påvirkes hovedsakelig av to faktorer: tidlig hjerneskade (EBI), som skyldes effekten av blødningen og den tilhørende forbigående globale cerebral iskemi, og forsinket cerebral iskemi (DCI), som oppstår i ukene etter blødningen2,3. DCI ble rapportert å påvirke opptil 30 % av SAH-pasientene2. Patofysiologien til DCI innebærer angiografisk cerebral vasospasme, en forstyrret mikrosirkulasjon forårsaket av mikrovasospasmer og mikrotrombose, kortikale spredningsdepresjoner og effekter utløst av betennelse4. Dessverre er den eksakte patofysiologien fortsatt uklar, og det er ingen behandling tilgjengelig som effektivt forhindrer DCI3. Derfor undersøkes DCI i mange kliniske og eksperimentelle studier.
I dag bruker de fleste eksperimentelle studier på SAH små dyremodeller, spesielt hos mus5,6,7,8,9,10,11,12,13. I slike studier undersøkes cerebral vasospasme ofte som et endepunkt. Det er vanlig å bestemme graden av vasospasme ex vivo. Dette skyldes at ikke-invasive metoder for in vivo undersøkelse av cerebral vasospasme som krever kort anestesitid og pålegger bare liten nød på dyrene mangler. Imidlertid vil undersøkelse av cerebral vasospasme in vivo være fordelaktig. Dette er fordi det ville tillate langsgående in vivo studier på vasospasme hos mus (dvs. avbildning av cerebral vasospasme på forskjellige tidspunkter i løpet av dagene etter induksjon av SAH). Dette vil forbedre sammenlignbarheten av data som er samlet inn på forskjellige tidspunkter. Videre er bruk av en langsgående studiedesign en strategi for å redusere dyretallene.
Her demonstrerer vi bruken av høyfrekvent transkraniell ultralyd for å bestemme blodstrømmen i cerebral arterier hos mus. Vi viser at, i likhet med transkraniell Doppler sonografi (TCD) eller transkraniell fargekodet Duplex sonografi (TCCD) i klinisk praksis14,15,16,17,18, kan denne metoden brukes til å overvåke cerebral vasospasme ved å måle blodstrømmens hastigheter i intrakranielle arterier etter SAH-induksjon i murinmodellen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Så vidt vi vet, er denne studien den første til å presentere en protokoll for overvåking av cerebral vasospasme i en murinmodell av SAH med høyfrekvent transkraniell fargekodet dupleks ultralyd. Vi viser at denne metoden kan måle en økning i intrakranielle blodstrømshastigheter etter SAH-induksjon hos mus. I human medisin er dette fenomenet kjent3,15. Flere kliniske studier har vist at forhøyede blodstrømshastigheter i de store intrakranielle arteriene …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne vil takke Stefan Kindel for utarbeidelsen av illustrasjonene i videoen. PW, MM og SHK ble støttet av det tyske føderale departementet for utdanning og forskning (BMBF 01EO1503). Verket ble støttet av et stort instrumenteringsstipend fra den tyske forskningsstiftelsen (DFG INST 371/47-1 FUGG). MM ble støttet av et stipend 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 |
References
- 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).
