Brug af en cellesporingsinjektion til at undersøge oprindelsen af neointima-dannende celler i en rottesakkulære sidevægsmodel
Summary
Vi udførte en en-punkts, lipofil celle-sporstofinjektion for at spore endotelceller, efterfulgt af en arteriotomi og suturering af sidevægsaneurismer på abdominal rotte aorta. Neointima dannelse syntes afhængig af moderarterien i decellulariserede aneurismer og blev fremmet ved rekruttering fra aneurismevægceller i vitale cellerrige vægge.
Abstract
Mikrokirurgisk klipning skaber en efterfølgende barriere for blodgennemstrømning i intraknale aneurismer, mens endovaskulær behandling er afhængig af neointima og trombosedannelse. Kilden til endotelceller, der dækker det endoluminale lag af neointima, forbliver uklar. Formålet med dette studie var derfor at undersøge oprindelsen af neointimadannende celler efter cellesporingsinjektion i den allerede veletablerede Helsinki-rottemikrokirurgiske sidevægsaneurismemodel.
Sidevægsaneurismer blev skabt ved at suturere decellulariserede eller vitale arterielle poser ende-til-side til aorta hos mandlige Lewis-rotter. Før arteriotomi med aneurismesutur blev der udført en cellesporingsinjektion indeholdende CM-Dil-farvestof i det fastspændte aorta for at mærke endotelceller i det tilstødende kar og spore deres spredning under opfølgning (FU). Behandling efterfulgt af coiling (n = 16) eller stenting (n = 15). Ved FU (7 dage eller 21 dage) gennemgik alle rotter fluorescensangiografi efterfulgt af aneurismehøst og makroskopisk og histologisk evaluering med immunohistologiske celletal for specifikke regioner af interesse.
Ingen af de 31 aneurismer var brudt ved opfølgningen. Fire dyr døde for tidligt. Makroskopisk resterende perfusion blev observeret hos 75,0% oprullede og 7,0% af stented rotter. Mængden af celle-sporstof-positive celler var signifikant forhøjet i decellulariseret stented sammenlignet med oprullede aneurismer med hensyn til trombose på dag 7 (p = 0,01) og neointima på dag 21 (p = 0,04). Der blev ikke fundet signifikante forskelle i trombose eller neointima i vitale aneurismer.
Disse resultater bekræfter værre helbredende mønstre i coiled sammenlignet med stented aneurismer. Neointima dannelse synes særligt afhængig af moderarterien i decellulariserede aneurismer, mens den understøttes af rekruttering fra aneurismevægceller i vitale cellerrige vægge. Med hensyn til oversættelse kan stentbehandling være mere hensigtsmæssig for stærkt degenererede aneurismer, mens coiling alene kan være tilstrækkelig til aneurismer med for det meste sunde karvægge.
Introduction
Subarachnoid blødning forårsaget af brud på en intrakraniel aneurisme (IA) er en ødelæggende neurokirurgisk tilstand forbundet med høj sygelighed og dødelighed 1,2,3,4. Ud over mikrokirurgisk klipning, som giver direkte endotel-til-endotelkontakt, har endovaskulære enheder fået stigende betydning i løbet af de sidste årtier til behandling af bristede og tilfældigt opdagede IA’er. Det helbredende respons i endovaskulært behandlede IA’er afhænger hovedsageligt af neointimadannelse og tromboseorganisation. Begge er synergiske processer, afhængigt af cellemigration fra det tilstødende kar og aneurismevæggen. 5 Hidtil er oprindelsen af endotelceller i neointimadannelse af endovaskulære behandlede aneurismer fortsat uklar. Der er en løbende debat i litteraturen om den kilde, hvorfra neointima-dannende celler rekrutteres.
Ved at anvende en cellesporingsinjektion af CM-Dil-farvestof (se materialetabellen) i rotternes abdominale aorta havde vi til formål at analysere endotelcellernes rolle med oprindelse i moderarterien i neointimadannelse på to forskellige FU-tidspunkter (dag 7 og dag 21) (figur 1). En fordel ved modellen er den direkte lokale cellesporingsinkubation in vivo i en moderarterie før aneurismesutur, hvilket tillader FU på senere tidspunkter. In vivo-injektionsteknikker , såsom cellesporingsinkubation, er ikke beskrevet i litteraturen. En fordel ved denne teknik er den direkte, etpunkts, intraoperative, in vivo-injektion , som gør modellen robust og reproducerbar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne undersøgelse viser, at neointimadannelse medieres via endotelceller med oprindelse i aneurismekompleksets moderarterie, men understøttes af rekruttering af celler afledt af aneurismevæggen i vitale aneurismer. Ikke desto mindre er rollen som cirkulerende stamceller i aneurismeheling fortsat kontroversiel12,13. Samlet set blev 31 mandlige Lewis-rotter inkluderet i denne undersøgelse; kun 4 døde for tidligt (12,9% dødelighed).
<p class="jove_content…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker Alessandra Bergadano, DVM, ph.d., for det dedikerede tilsyn med langsigtet dyresundhed. Dette arbejde blev støttet af forskningsmidlerne fra Forskningsrådet, Kantonsspital Aarau, Aarau, Schweiz og den schweiziske nationale videnskabsfond SNF (310030_182450).
Materials
| 3-0 resorbable suture | Ethicon Inc., USA | VCP428G | |
| 4-0 non-absorbable suture | B. Braun, Germany | G0762563 | |
| 6-0 non-absorbable suture | B. Braun, Germany | C0766070 | |
| 9-0 non-absorbable suture | B. Braun, Germany | G1111140 | |
| Atipamezol | Arovet AG, Switzerland | ||
| Bandpass filter blue | Thorlabs | FD1B | any other |
| Bandpass filter green | Thorlabs | FGV9 | any other |
| Bipolar forceps | any other | ||
| Bicycle spotlight | any other | ||
| Board (20 x 10 cm) | any other | ||
| Buprenorphine | Indivior, Switzerland | 1014197 | |
| Camera | Sony NEX-5R, Sony, Tokyo, Japan | ||
| Cannula (27-1/2 G) | any other | ||
| Cell count software | Image-J version 1.52n, U.S. National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA, https://imagej.nih.gov/ij/ | ||
| CellTracker CM-Dil dye | ThermoFisher SCIENTIFIC, USA | C7000 | |
| Coil-Device | Styker, Kalamazoo, MI, USA | 2 cm of Target 360 TM Ultra, 2-mm diameter | |
| Desinfection | any other | ||
| Eye-lubricant | any other | ||
| Fentanyl | Sintetica, S.A., Switzerland | 98683 | any generic |
| Flumazenil | Labatec-Pharma, Switerzland | ||
| Fluoresceine | Curatis AG | 5030376 | any generic |
| Fluorescence microscope | Olympus BX51, Hamburg, Germany; Cell Sens Dimension Imaging software v1.8 | ||
| Foil mask | any other | ||
| Glucose (5%) | any other | ||
| Heating pad | Homeothermic Control Unit, Harvard, Edenbridge, England | any other | |
| Isotonic sodium chloride solution (0.9%) | Fresenius KABI | 336769 | any generic |
| Isoflurane | any generic | ||
| Longuettes | any other | ||
| Meloxicam | Boehringer Ingelheim | P7626406 | any generic |
| Medetomidine | Virbac, Switzerland | QN05CM91 | |
| Micro needle holder | any other | ||
| Midazolam | Roche, Switzerland | ||
| Monitoring-system | Starr Life Sciences Corp., 333 Allegheny Ave, Oakmont, PA 15139, United States | ||
| Needle holder | any other | ||
| O2-Face mask | any other | ||
| Operation microscope | OPMI, Carl Zeiss AG, Oberkochen, Germany | any other | |
| Oxygen | any other | ||
| Rectal temperature probe | any other | ||
| Scalpell | Swann-Morton | 210 | any other |
| Small animal shaver | any other | ||
| Smartphone | any other | ||
| Sodium dodecyl sulfate (0.1%) | Sigma-Aldrich | 11667289001 | |
| Soft feed | Emeraid Omnivore | any generic | |
| Soft tissue forceps | any other | ||
| Soft tissue spreader | any other | ||
| Stainless steel sponge bowls | any other | ||
| Stent-Device | Biotroni, Bülach, Switzerland | modified magmaris device, AMS with polymer coating, 6-mm length, 2-mm diameter | |
| Sterile micro swabs | any other | ||
| Straight and curved microforceps | any other | ||
| Straight and curved microscissors | any other | ||
| Straight and curved forceps | any other | ||
| Surgery drape | any other | ||
| Surgical scissors | any other | ||
| Syringes 1 mL, 2 mL, and 5 mL | any other | ||
| Tape | any other | ||
| Vascular clip applicator | B. Braun, Germany | FT495T | |
| Yasargil titan standard clip (2x) | B. Braun Medical AG, Aesculap, Switzerland | FT242T | temporary |
References
- Vergouwen, M. D., et al. Definition of delayed cerebral ischemia after aneurysmal subarachnoid hemorrhage as an outcome event in clinical trials and observational studies: proposal of a multidisciplinary research group. Stroke. 41 (10), 2391-2395 (2010).
- Macdonald, R. L., et al. Preventing vasospasm improves outcome after aneurysmal subarachnoid hemorrhage: rationale and design of CONSCIOUS-2 and CONSCIOUS-3 trials. Neurocritical Care. 13 (3), 416-424 (2010).
- Wanderer, S., et al. Levosimendan as a therapeutic strategy to prevent neuroinflammation after aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Journal of Neurointerventional Surgery. , (2021).
- Wanderer, S., et al. Aspirin treatment prevents inflammation in experimental bifurcation aneurysms in New Zealand White rabbits. Journal of Neurointerventional Surgery. 14 (2), 189-195 (2021).
- 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).
- Kilkenny, C., et al. Animal research: reporting in vivo experiments: the ARRIVE guidelines. British Journal of Pharmacology. 160 (7), 1577-1579 (2010).
- Tornqvist, E., et al. Strategic focus on 3R principles reveals major reductions in the use of animals in pharmaceutical toxicity testing. PLoS One. 9 (7), 101638 (2014).
- Nevzati, E., et al. Aneurysm wall cellularity affects healing after coil embolization: assessment in a rat saccular aneurysm model. Journal of Neurointerventional Surgery. 12 (6), 621-625 (2020).
- Marbacher, S., et al. The Helsinki rat microsurgical sidewall aneurysm model. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (92), e51071 (2014).
- Nevzati, E., et al. Biodegradable magnesium stent treatment of saccular aneurysms in a rt model – introduction of the surgical technique. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (128), e56359 (2017).
- Gruter, B. E., et al. Testing bioresorbable stent feasibility in a rat aneurysm model. Journal of Neurointerventional Surgery. 11 (10), 1050-1054 (2019).
- Kadirvel, R., et al. Cellular mechanisms of aneurysm occlusion after treatment with a flow diverter. Radiology. 270 (2), 394-399 (2014).
- Li, Z. F., et al. Endothelial progenitor cells contribute to neointima formation in rabbit elastase-induced aneurysm after flow diverter treatment. CNS Neuroscience & Therapeutics. 19 (5), 352-357 (2013).
- Marbacher, S., et al. Intraluminal cell transplantation prevents growth and rupture in a model of rupture-prone saccular aneurysms. Stroke. 45 (12), 3684-3690 (2014).
- Frosen, J., et al. Contribution of mural and bone marrow-derived neointimal cells to thrombus organization and wall remodeling in a microsurgical murine saccular aneurysm model. Neurosurgery. 58 (5), 936-944 (2006).
- 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).
- Frosen, J. Smooth muscle cells and the formation, degeneration, and rupture of saccular intracranial aneurysm wall–a review of current pathophysiological knowledge. Translational Stroke Research. 5 (3), 347-356 (2014).
- Fang, X., et al. Bone marrow-derived endothelial progenitor cells are involved in aneurysm repair in rabbits. Journal of Clinical Neuroscience. 19 (9), 1283-1286 (2012).
- Morel, S., et al. Sex-related differences in wall remodeling and intraluminal thrombus resolution in a rat saccular aneurysm model. Journal of Neurosurgery. , 1-14 (2019).
- 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).
- 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).
- Ravindran, K., et al. Mechanism of action and biology of flow diverters in the treatment of intracranial aneurysms. Neurosurgery. 86, 13-19 (2020).
- 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).
- Morosanu, C. O., et al. Neurosurgical cadaveric and in vivo large animal training models for cranial and spinal approaches and techniques – systematic review of current literature. Neurologia i Neurochirurgia Polska. 53 (1), 8-17 (2019).
- Wanderer, S., et al. Arterial pouch microsurgical bifurcation aneurysm model in the rabbit. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (159), e61157 (2020).
