En modifierad transkraniell ocklusionsmodell för mellersta hjärnartären för att studera strokeresultat hos åldrade möss
Summary
Detta protokoll demonstrerar en unik musslagsmodell med en medelstor infarkt och en utmärkt överlevnadsgrad. Denna modell gör det möjligt för prekliniska strokeforskare att förlänga ischemins varaktighet, använda åldrade möss och bedöma långsiktiga funktionella resultat.
Abstract
I experimentell strokeforskning används mellersta cerebral artärocklusion (MCAO) med ett intraluminalt filament i stor utsträckning för att modellera ischemisk stroke hos möss. Filament MCAO-modellen uppvisar vanligtvis en massiv hjärninfarkt hos C57Bl/6-möss som ibland inkluderar hjärnvävnad i det territorium som tillhandahålls av den bakre hjärnartären, vilket till stor del beror på en hög förekomst av bakre kommunicerande artäratresi. Detta fenomen anses vara en viktig bidragande orsak till den höga dödlighet som observerats hos C57Bl/6-möss under långvarig återhämtning efter filament MCAO. Således utnyttjar många studier av kronisk stroke distala MCAO-modeller. Dessa modeller ger dock vanligtvis bara infarkt i cortex-området, och följaktligen kan bedömningen av neurologiska brister efter stroke vara en utmaning. Denna studie har etablerat en modifierad transkraniell MCAO-modell där MCA vid bålen delvis är ockluderad antingen permanent eller tillfälligt via ett litet kranialfönster. Eftersom ocklusionsplatsen är relativt proximal till MCA:s ursprung, genererar denna modell hjärnskador i både cortex och striatum. Omfattande karakterisering av denna modell har visat en utmärkt långtidsöverlevnad, även hos åldrade möss, samt lätt detekterbara neurologiska brister. Därför representerar MCAO-musmodellen som beskrivs här ett värdefullt verktyg för experimentell strokeforskning.
Introduction
Nästan 800 000 människor drabbas av stroke i USA varje år, och de flesta av dessa stroke är ischemiskatill sin natur. Snabb återställning av det cerebrala blodflödet med vävnadsplasminogenaktivator (tPA) och/eller trombektomi är för närvarande den mest effektiva behandlingen för strokepatienter. Fullständig återhämtning av neurologiska funktioner på lång sikt är dock sällsynt 2,3. Att söka efter ny strokebehandling som syftar till funktionell förbättring är därför ett intensivt forskningsområde som kräver kliniskt relevanta djurmodeller av stroke.
Den vanligaste ischemiska strokemodellen hos gnagare använder intraluminal mellersta cerebral artärocklusion (MCAO) för att inducera stroke. I denna modell, som ursprungligen utvecklades av Zea Longa 1989, förs ett nylonfilament in i den inre halspulsådern (ICA) för att blockera blodflödet till den mellersta hjärnartären (MCA)4. Den här modellen har dock begränsningar. För det första, när filamentet sätts in i ICA, kan blodflödet till den bakre hjärnartären (PCA) också delvis blockeras, särskilt hos möss. Den bakre kommunicerande artären (PcomA), en liten artär som förbinder främre och bakre hjärncirkulationen, är ofta underutvecklad hos vissa musstammar, såsom C57Bl/6, den stam som främst används i experimentell strokeforskning. Denna patens hos PcomA tros bidra till variationen i lesionsstorlek hos möss efter stroke5. Faktum är att när blodflödet till PCA sjunker brant under MCAO, och PcomA inte kan ge tillräckligt kollateralt blodflöde, kan strokeinfarkten expandera till PCA:s territorium. Dessutom, i denna modell, leder en lång varaktighet av ischemi till en högre risk för dödlighet hos möss. Följaktligen används vanligtvis en kort MCAO-varaktighet på 30-60 minuter på möss. De flesta strokepatienter upplever dock några timmars ischemi före reperfusionsbehandling. Således är en musslagmodell med förlängd varaktighet av ischemi av hög klinisk relevans.
Det övergripande målet med denna procedur är att modellera ischemisk stroke hos möss som har en medelstor infarkt och en utmärkt överlevnadsgrad. Denna transkraniella MCAO-modell adresserar kritiska attribut för klinisk stroke, eftersom långvarig ischemi kan utföras, och åldrade möss tolererar denna modell väl, vilket möjliggör långsiktig bedömning av funktionell återhämtning.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den första transkraniella MCA-ocklusionsmodellen etablerades hos råttor 198111,12 och ersattes av den icke-kraniektomi MCAO-modellen 19894. Den initiala transkraniella MCA-ocklusionen hade ett brett kirurgiskt fält, så att hela den zygomatiska bågen togs bort och musklerna drogs i sidled. Lokala vävnader svullnade upp efter operationen, vilket orsakade stress och minskat födointag för djuren. I vår modifierade transkraniella MCAO-…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna tackar Kathy Gage för hennes redaktionella stöd. Schemafigurer skapades med BioRender.com. Denna studie stöddes av medel från Department of Anesthesiology (Duke University Medical Center) och NIH-anslag (NS099590, HL157354, NS117973 och 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 |
Referenzen
- 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).
