Skapande av två sackulära elastassmälta aneurysmer med olika hemodynamik i en kanin
Summary
Detta protokoll beskriver stegen för skapandet av en kaninmodell med två elastassmälta aneurysmer med olika hemodynamik (stubb- och bifurkationskonstellation). Detta möjliggör testning av nya endovaskulära enheter i aneurysmer med olika angioarkitektur och hemodynamiska förhållanden inom ett enda djur.
Abstract
Prekliniska djurmodeller med hemodynamiska, morfologiska och histologiska egenskaper nära humana intrakraniella aneurysmer spelar en nyckelroll i förståelsen av de patofysiologiska processerna och utvecklingen och testningen av nya terapeutiska strategier. Denna studie syftar till att beskriva en ny kaninaneurysmmodell som möjliggör skapandet av två elastassmälta sackulära aneurysmer med olika hemodynamiska förhållanden inom samma djur.
Fem kvinnliga Nya Zeeland vita kaniner med en medelvikt på 4,0 (± 0,3) kg och medelålder på 25 (±5) veckor genomgick mikrokirurgisk stubbe och bifurcation aneurysm skapande. En aneurysm (stubbe) skapades av höger vanlig halspulsåder (CCA) exponering vid sitt ursprung vid brachiocephalic stammen. Ett tillfälligt klipp applicerades vid CCA-ursprunget och ett annat, 2 cm ovanför. Detta segment behandlades med en lokal injektion av 100 U elastas i 20 minuter. En andra aneurysm (bifurcation) skapades genom suturering av en elastasbehandlad artärpåse i end-to-side-anastomosen av höger CCA till vänster CCA. Patency kontrollerades av fluorescensangiografi omedelbart efter skapandet.
Den genomsnittliga operationstiden var 221 min. Skapandet av två aneurysmer i samma djur var framgångsrikt hos alla kaniner utan komplikationer. Alla aneurysmer patenterades omedelbart efter operationen förutom en bifurkationsaneurysm, som visade en extrem vävnadsreaktion på grund av elastasinukubation och en omedelbar intraluminal trombos. Ingen dödlighet observerades under operation och upp till en månads uppföljning. Sjukligheten var begränsad till ett övergående vestibulärt syndrom (en kanin), som återhämtade sig spontant inom en dag.
Demonstreras här för första gången är möjligheten att skapa en två-aneurysm kaninmodell med stubbe och bifurcation hemodynamiska egenskaper och mycket degenererade väggförhållanden. Denna modell möjliggör studier av den naturliga kursen och potentiella behandlingsstrategier på grundval av aneurysmbiologi under olika flödesförhållanden.
Introduction
Intrakraniell aneurysm är ett allvarligt tillstånd med en dödlighet efter bristning som når 50% och långvarig funktionshinder hos 10-20% av patienterna1. Det senaste decenniet har sett en snabb utveckling av endovaskulära behandlingsalternativ men samtidigt också en ökande återfallsfrekvens med upp till 33% av aneurysmrecanalisering efter spolning 2,3. För att bättre förstå patofysiologin bakom aneurysmocklusion och recanalisering, liksom för utveckling och testning av nya endovaskulära enheter, finns det för närvarande ett behov av tillförlitliga prekliniska modeller vars hemodynamiska, morfologiska och histologiska egenskaper efterliknar de hos humana intrakraniella aneurysmer 4,5,6 . Från och med idag finns det ingen definierad modell som standard för preklinisk prövning, och ett stort antal arter och tekniker är tillgängliga för forskare 7,8.
Kaninen är emellertid en art av särskilt intresse på grund av storleken och hemodynamiska likheter mellan dess nackartärer och de mänskliga cerebrala kärlen, liksom dess liknande koagulations- och trombolysprofiler. Flera modeller med elastassmälta sackulära aneurysmer på de vanliga halspulsådrorna (CCA) har visat kvalitativa och kvantitativa likheter med humana intrakraniella aneurysmer när det gäller flödesförhållanden, geometriska egenskaper och väggegenskaper 9,10,11,12. Denna studie syftar till att beskriva en teknik för att skapa en ny kaninaneurysmmodell med både stubb- och bifurkationselastassmälta aneurysmer i samma djur. De kirurgiska teknikerna är inspirerade av Hoh et al.13 och Wanderer et al.14 med små modifieringar för att ge en god standardisering och reproducerbarhet och för att säkerställa låg dödlighet och sjuklighet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den vanligaste tekniken för att skapa aneurysm innebär skapandet av en stubbaneurysm vid ursprunget till rätt CCA, antingen genom en öppen eller en endovaskulär metod. Modellen har validerats för att vara ett stabilt icke-växande aneurysm som förblir öppet med tiden20,21. Den andra möjliga tekniken involverar mikrokirurgisk skapande av en arteriell bifurkationsaneurysm genom att anastomosera den högra CCA till vänster och suturera en aneurysmpåse på…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna tackar professor Hans Rudolf Widmer, Dr Luca Remonda och Prof Javier Fandino för deras vetenskapliga stöd och tekniska bidrag till detta arbete. Ett särskilt tack till Olgica Beslac för hennes råd under procedurerna och Kay Nettelbeck för hans hjälp. Dessutom tackar vi Daniela Casoni DVM, PhD och med. veterinär. Luisana Garcia, PD Dr Alessandra Bergadano och Dr Carlotta Detotto för deras dedikerade veterinärstöd.
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 |
References
- 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).
- Raymond, J., et al. Long-term angiographic recurrences after selective endovascular treatment of aneurysms with detachable coils. Stroke. 34 (6), 1398-1403 (2003).
- 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).
- Thompson, J. W., et al. In vivo cerebral aneurysm models. Neurosurgical Focus. 47 (1), 20 (2019).
- Bouzeghrane, F., et al. In vivo experimental intracranial aneurysm models: a systematic review. American Journal of Neuroradiology. 31 (3), 418-423 (2010).
- Strange, F., Gruter, B. E., Fandino, J., Marbacher, S. Preclinical intracranial aneurysm models: a systematic review. Brain Sciences. 10 (3), 134 (2020).
- 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).
- Fahed, R., et al. Testing flow diversion in animal models: a systematic review. Neuroradiology. 58 (4), 375-382 (2016).
- 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).
- Ding, Y. H., et al. Long-term patency of elastase-induced aneurysm model in rabbits. American Journal of Neuroradiology. 27 (1), 139-141 (2006).
- 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).
- 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).
- 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).
- Wanderer, S., et al. Arterial pouch microsurgical bifurcation aneurysm model in the rabbit. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (159), e61157 (2020).
- Percie du Sert, N., et al. Reporting animal research: Explanation and elaboration for the ARRIVE guidelines 2.0. PLoS Biology. 18 (7), 3000411 (2020).
- Prescott, M. J., Lidster, K. Improving quality of science through better animal welfare: the NC3Rs strategy. Lab Animal. 46 (4), 152-156 (2017).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Bavinzski, G., et al. Experimental bifurcation aneurysm: a model for in vivo evaluation of endovascular techniques. Minimally Invasive Neurosurgery. 41 (3), 129-132 (1998).
- 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).
- Wang, K., et al. Neck injury is critical to elastase-induced aneurysm model. American Journal of Neuroradiology. 30 (9), 1685-1687 (2009).
- Cesar, L., et al. Neurological deficits associated with the elastase-induced aneurysm model in rabbits. Neurological Research. 31 (4), 414-419 (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
- Marbacher, S., et al. The Helsinki rat microsurgical sidewall aneurysm model. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (92), e51071 (2014).
- 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).
- 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).
- Gruter, B. E., et al. Testing bioresorbable stent feasibility in a rat aneurysm model. Journal of Neurointerventional Surgery. 11 (10), 1050-1054 (2019).
- 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).
- 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).
- Wanderer, S., et al. Aspirin treatment prevents inflammation in experimental bifurcation aneurysms in New Zealand White rabbits. Journal of NeuroInterventional Surgery. , (2021).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
