Laserinduzierte Hirnverletzung im Motor Cortex von Ratten

Weltweit ist Schlaganfall die zweithäufigste Todesursache und die dritthäufigste Ursache für Behinderung¹. Schlaganfall führt auch zu schweren Behinderungen, die oft zusätzliche Betreuung durch medizinisches Personal und Angehörige erfordern. Es besteht daher die Notwendigkeit, die Mit der Störung verbundenen Komplikationen zu verstehen und das Potenzial für positivere Ergebnisse zu verbessern.

Die Verwendung von Tiermodellen ist der erste Schritt zum Verständnis von Krankheiten. Um die besten Forschungsergebnisse zu gewährleisten, würde ein typisches Modell eine einfache Technik, Erschwinglichkeit, hohe Reproduzierbarkeit und minimale Variabilität umfassen. Die Determinanten in ischämischen Schlaganfall-Modellen sind Dasasidemvolumen, Infarktgröße, das Ausmaß des Blut-Hirn-Barrieren-Abbaus (BBB) und funktionelle Beeinträchtigungen, die in der Regel über neurologische^{Schweregrad-Score 2}ausgewertet werden.

Die am weitesten verbreitete Schlaganfall-Induktionstechnik in Nagetiermodellen versperrt die mittlere Hirnschlagader (MCA) vorübergehend oder dauerhaft³. Diese Technik erzeugt ein Schlagmodell ähnlich dem beim Menschen: Es hat einen Penumbra, der den gestrichelten Bereich umgibt, ist hoch reproduzierbar und reguliert Ischämiedauer und Reperfusion⁴. Dennoch hat die MCAO-Methode einige Komplikationen. Die Technik ist anfällig für intrakranielle Blutungen und Verletzungen der ipsilateralen Netzhaut mit einer Dysfunktion des visuellen Kortex und häufige Hyperthermie, die oft zu zusätzlichen Ergebnissen führen^5,6,7. Weitere Einschränkungen sind hohe Variationen des induzierten Schlaganfalls (die sich aus der wahrscheinlichen Ausdehnung der Ischämie auf unbeabsichtigte Regionen, wie die äußere Halsschlagaderregion, eine unzureichende Okklusion des MCA und eine vorzeitige Reperfusion ergeben. Auch Ratten unterschiedlicher Sorten und Größen weisen verschiedene Infarktvolumina^{auf 8}. Zusätzlich zu allen genannten Nachteilen kann das MCAO-Modell keine kleinen isolierten Schlaganfälle in tiefen Hirnbereichen auslösen, da es technisch in Bezug auf seine Anforderung an die mindeste Gefäßgröße für die Katheterisierung begrenzt ist. Umso wichtiger ist die Notwendigkeit eines alternativen Modells. Eine andere Methode, die Photothrombose, bietet eine mögliche Alternative zu MCAO-Verfahren, verbessert aber nicht die Effizienz⁹. Diese Technik zielt auf Schlag mit Licht und bietet einige Verbesserungen gegenüber den vorherigen Modellen. Die Photothrombose erfordert jedoch eine invasive Kraniotomie, die mit sekundären Compications⁹verbunden ist.

Angesichts der umrissenen Mängel bietet das hier vorgestellte Protokoll eine leistungsfähige alternative Lasertechnik zur Induktion von Hirnverletzungen bei Nagetieren. Der Wirkmechanismus der Lasertechnik basiert auf den photothermischen Effekten des Lasers, die auf lebende Gewebe vermittelt werden, was zur Absorption von Lichtstrahlen durch Körpergewebe und deren Umwandlung in Wärme führt. Die Vorteile einer Lasertechnik sind ihre Sicherheit und einfache Manipulation. Die Fähigkeit eines Lasers, Wärme zu erzeugen, um Blutungen zu stoppen, macht ihn in der Medizin sehr wichtig, während seine Fähigkeit, verschiedene Strahlen an einem bestimmten Treffpunkt zu verstärken, sicherstellt, dass Laser die Zerstörung gesunder Gewebe vermeiden, die dem Zielpunkt¹⁰im Weg stehen. Der in diesem Protokoll verwendete Laserstrahl kann ein flüssigkeitsarmes Medium, wie z. B. Knochen, passieren, ohne seine Energie zu emittieren und/oder Zerstörungen zu verursachen. Sobald es ein hohes flüssiges Medium erreicht, wie Gehirngewebe, es verbraucht seine Energie, um das Zielgewebe zu zerstören. Die Technik kann daher nur im entsprechenden Bereich des Gehirns Hirnverletzungen auslösen.

Die hier vorgestellte Technik zeigte eine enorme Fähigkeit, ihre Bestrahlungsniveaus zu regulieren, was die gewählten Variationen von Hirnverletzungen produzierte, die von Anfang an beabsichtigt waren. Im Gegensatz zum ursprünglichen MCAO, das sowohl den Kortex als auch das Striatum beeinflusst, war die Lasertechnik in der Lage, die Auswirkungen von Hirnverletzungen zu regulieren, was verletzungende nur auf den beabsichtigten motorischen Kortex ausführte. Hierin werden das laserinduzierte Hirnverletzungsprotokoll und eine Zusammenfassung der repräsentativen Ergebnisse für das Verfahren an der Großhirnrinde von Ratten bereitgestellt.