Модифицированная транскраниальная модель окклюзии средней мозговой артерии для изучения исходов инсульта у пожилых мышей
Summary
Этот протокол демонстрирует уникальную модель инсульта мыши с инфарктом средних размеров и отличной выживаемостью. Эта модель позволяет исследователям доклинического инсульта увеличивать продолжительность ишемии, использовать старых мышей и оценивать долгосрочные функциональные результаты.
Abstract
В экспериментальных исследованиях инсульта окклюзия средней мозговой артерии (MCAO) с помощью внутрипросветной нити широко используется для моделирования ишемического инсульта у мышей. Филаментная модель MCAO обычно демонстрирует массивный инфаркт головного мозга у мышей C57Bl/6, который иногда включает мозговую ткань на территории, снабжаемой задней мозговой артерией, что в значительной степени обусловлено высокой частотой атрезии задней соединительной артерии. Это явление считается основным фактором, способствующим высокой смертности, наблюдаемой у мышей C57Bl/6 во время длительного восстановления после инсульта после MCAO. Таким образом, во многих исследованиях хронического инсульта используются дистальные модели MCAO. Однако эти модели обычно вызывают инфаркт только в области коры головного мозга, и, следовательно, оценка постинсультного неврологического дефицита может быть сложной задачей. В этом исследовании была создана модифицированная транскраниальная модель MCAO, в которой MCA в туловище частично окклюзируется либо постоянно, либо временно через небольшое краниальное окно. Поскольку место окклюзии находится относительно проксимальнее начала MCA, эта модель вызывает повреждение головного мозга как в коре, так и в полосатом теле. Обширная характеристика этой модели продемонстрировала отличную долгосрочную выживаемость, даже у пожилых мышей, а также легко обнаруживаемый неврологический дефицит. Таким образом, описанная здесь модель мыши MCAO представляет собой ценный инструмент для экспериментальных исследований инсульта.
Introduction
Почти 800 000 человек в США страдают от инсульта каждый год, и большинство этих инсультов имеют ишемическуюприроду. Своевременное восстановление мозгового кровотока тканевым активатором плазминогена (tPA) и/или тромбэктомией в настоящее время является наиболее эффективным методом лечения пациентов с инсультом; Однако полное восстановление неврологических функций в долгосрочной перспективе встречается редко 2,3. Таким образом, поиск новой терапии инсульта, направленной на функциональное улучшение, является интенсивной областью исследований, требующей клинически значимых моделей инсульта на животных.
Наиболее распространенная модель ишемического инсульта у грызунов использует внутрипросветную окклюзию средней мозговой артерии (MCAO) для индуцирования инсульта. В этой модели, первоначально разработанной Зеа Лонга в 1989 году, нейлоновая нить вводится во внутреннюю сонную артерию (ВСА) для блокировки кровотока к средней мозговой артерии (МЦА)4. Однако у этой модели есть ограничения. Во-первых, когда нить вводится в ВСА, приток крови к задней мозговой артерии (ППА) также может быть частично заблокирован, особенно у мышей. Важно отметить, что задняя соединительная артерия (PcomA), маленькая артерия, которая соединяет переднее и заднее мозговое кровообращение, часто недоразвита у некоторых линий мышей, таких как C57Bl/6, штамм, преимущественно используемый в экспериментальных исследованиях инсульта. Считается, что эта проходимость PcomA способствует вариабельности размера поражения у мышей после инсульта5. Действительно, когда приток крови к PCA резко падает во время MCAO, и PcomA не может обеспечить достаточный коллатеральный кровоток, инсультный инфаркт может распространиться на территорию PCA. Более того, в этой модели длительная продолжительность ишемии приводит к более высокой вероятности смертности у мышей. Следовательно, у мышей обычно используется короткая продолжительность MCAO 30-60 минут. Тем не менее, большинство пациентов, перенесших инсульт, испытывают ишемию в течение нескольких часов перед реперфузионной терапией. Таким образом, модель мышиного инсульта с увеличенной длительностью ишемии имеет высокую клиническую значимость.
Общей целью этой процедуры является моделирование ишемического инсульта у мышей с инфарктом среднего размера и отличной выживаемостью. Эта транскраниальная модель MCAO учитывает критические признаки клинического инсульта, поскольку может быть проведена длительная ишемия, и пожилые мыши хорошо переносят эту модель, что позволяет оценить долгосрочное функциональное восстановление.
Protocol
Representative Results
Discussion
Первая транскраниальная модель окклюзии MCA была создана у крыс в 1981 г.11,12 и заменена моделью MCAO без краниэктомии в 1989 г.4. Первоначальная транскраниальная окклюзия MCA имела широкое хирургическое поле, так что вся скуловая дуга была удалена, а м?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарят Кэти Гейдж за редакционную поддержку. Схемы фигур были созданы с помощью BioRender.com. Это исследование было поддержано средствами кафедры анестезиологии (Медицинский центр Университета Дьюка) и грантами NIH (NS099590, HL157354, NS117973 и 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 |
References
- 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).
