Ein modifiziertes transkranielles Modell für den Verschluss der mittleren Hirnarterie zur Untersuchung von Schlaganfallergebnissen bei gealterten Mäusen
Summary
Dieses Protokoll demonstriert ein einzigartiges Mausschlagmodell mit einem mittelgroßen Infarkt und einer ausgezeichneten Überlebensrate. Dieses Modell ermöglicht es präklinischen Schlaganfallforschern, die Dauer der Ischämie zu verlängern, gealterte Mäuse zu verwenden und langfristige funktionelle Ergebnisse zu bewerten.
Abstract
In der experimentellen Schlaganfallforschung wird der Verschluss der mittleren Hirnarterie (MCAO) mit einem intraluminalen Filament häufig verwendet, um einen ischämischen Schlaganfall bei Mäusen zu modellieren. Das Filament-MCAO-Modell zeigt typischerweise einen massiven Hirninfarkt bei C57Bl/6-Mäusen, der manchmal Hirngewebe in dem Gebiet umfasst, das von der hinteren Hirnarterie versorgt wird, was weitgehend auf eine hohe Inzidenz von posteriore kommunizierenden Arterienatresie zurückzuführen ist. Dieses Phänomen wird als ein wesentlicher Faktor für die hohe Mortalitätsrate angesehen, die bei C57Bl/6-Mäusen während der langfristigen Schlaganfallerholung nach Filament-MCAO beobachtet wurde. Daher nutzen viele Studien zu chronischen Schlaganfällen distale MCAO-Modelle. Diese Modelle erzeugen jedoch in der Regel nur einen Infarkt im Bereich der Großhirnrinde, so dass die Beurteilung neurologischer Defizite nach einem Schlaganfall eine Herausforderung darstellen könnte. In dieser Studie wurde ein modifiziertes transkranielles MCAO-Modell etabliert, bei dem das MCA am Rumpf entweder dauerhaft oder vorübergehend über ein kleines Schädelfenster teilweise verschlossen ist. Da die Okklusionsstelle relativ nahe am Ursprung des MCA liegt, erzeugt dieses Modell Hirnschäden sowohl im Kortex als auch im Striatum. Eine umfangreiche Charakterisierung dieses Modells hat eine hervorragende Langzeitüberlebensrate, auch bei gealterten Mäusen, sowie leicht nachweisbare neurologische Defizite gezeigt. Daher stellt das hier beschriebene MCAO-Mausmodell ein wertvolles Werkzeug für die experimentelle Schlaganfallforschung dar.
Introduction
Fast 800.000 Menschen erleiden in den USA jedes Jahr einen Schlaganfall, und die meisten dieser Schlaganfälle sind ischämischer Natur1. Die rechtzeitige Wiederherstellung des zerebralen Blutflusses mit einem Gewebeplasminogenaktivator (tPA) und/oder einer Thrombektomie ist derzeit die wirksamste Behandlung für Schlaganfallpatienten. Die vollständige Wiederherstellung neurologischer Funktionen auf lange Sicht ist jedoch selten 2,3. Daher ist die Suche nach neuartigen Schlaganfalltherapien, die auf eine funktionelle Verbesserung abzielen, ein intensives Forschungsgebiet, das klinisch relevante Tiermodelle für Schlaganfälle erfordert.
Das häufigste ischämische Schlaganfallmodell bei Nagetieren verwendet den intraluminalen Verschluss der mittleren Hirnarterie (MCAO), um einen Schlaganfall zu induzieren. Bei diesem Modell, das ursprünglich 1989 von Zea Longa entwickelt wurde, wird ein Nylonfilament in die Arteria carotis interna (ICA) eingeführt, um den Blutfluss zur mittleren Hirnarterie (MCA) zu blockieren4. Dieses Modell hat jedoch seine Grenzen. Erstens, wenn das Filament in das ICA eingeführt wird, könnte auch der Blutfluss zur hinteren Hirnarterie (PCA) teilweise blockiert werden, insbesondere bei Mäusen. Kritisch ist, dass die hintere kommunizierende Arterie (PcomA), eine kleine Arterie, die den vorderen und hinteren Hirnkreislauf verbindet, bei einigen Mausstämmen häufig unterentwickelt ist, wie z. B. C57Bl/6, dem Stamm, der hauptsächlich in der experimentellen Schlaganfallforschung verwendet wird. Es wird angenommen, dass diese Durchgängigkeit des PcomA zur Variabilität der Läsionsgröße bei Mäusen nach Schlaganfallbeiträgt 5. In der Tat, wenn der Blutfluss zur PCA während der MCAO steil abfällt und die PcomA nicht in der Lage ist, einen ausreichenden kollateralen Blutfluss bereitzustellen, kann sich der Schlaganfallinfarkt in das Territorium der PCA ausdehnen. Darüber hinaus führt in diesem Modell eine lange Dauer der Ischämie zu einer höheren Mortalitätswahrscheinlichkeit bei Mäusen. Folglich wird bei Mäusen typischerweise eine kurze MCAO-Dauer von 30-60 Minuten verwendet. Bei den meisten Schlaganfallpatienten kommt es jedoch einige Stunden vor der Reperfusionsbehandlung zu einer Ischämie. Daher ist ein Mausschlagmodell mit einer verlängerten Dauer der Ischämie von hoher klinischer Relevanz.
Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, den ischämischen Schlaganfall bei Mäusen zu modellieren, die einen mittelgroßen Infarkt und eine ausgezeichnete Überlebensrate haben. Dieses transkranielle MCAO-Modell adressiert kritische Merkmale des klinischen Schlaganfalls, da eine verlängerte Ischämie durchgeführt werden kann und ältere Mäuse dieses Modell gut vertragen, was eine langfristige Beurteilung der funktionellen Erholung ermöglicht.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das erste transkranielle MCA-Okklusionsmodell wurde 1981 bei Ratten etabliert 11,12 und1989 durch das MCAO-Modell ohne Kraniektomie ersetzt4. Der initiale transkranielle MCA-Verschluss hatte ein weites Operationsfeld, so dass der gesamte Jochbogen entfernt und die Muskulatur seitlich gezogen wurde. Das lokale Gewebe war nach der Operation geschwollen, was zu Stress und einer verringerten Nahrungsaufnahme für die Tiere führte. In unserem …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Kathy Gage für ihre redaktionelle Unterstützung. Mit BioRender.com wurden Schemafiguren erstellt. Diese Studie wurde durch Mittel der Abteilung für Anästhesiologie (Duke University Medical Center) und NIH-Zuschüsse (NS099590, HL157354, NS117973 und NS127163) unterstützt.
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 |
Referencias
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- 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).
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