概要

Un modello per il trattamento dell'encefalomiosinangiosi dopo ictus indotto da occlusione dell'arteria cerebrale media nei topi

Published: June 22, 2022
doi:

概要

Il protocollo mira a fornire metodi per l’encefalomiosinangiosi – innesto di un lembo muscolare temporale vascolare sulla superficie piale del tessuto cerebrale ischemico – per il trattamento dell’ictus ischemico acuto non moyamoya. L’efficacia dell’approccio nell’aumentare l’angiogenesi viene valutata utilizzando un modello transitorio di occlusione dell’arteria cerebrale media nei topi.

Abstract

Non esiste un trattamento efficace disponibile per la maggior parte dei pazienti affetti da ictus ischemico, rendendo imperativo lo sviluppo di nuove terapie. La capacità del cervello di auto-guarire dopo l’ictus ischemico è limitata da un inadeguato apporto di sangue nell’area colpita. L’encefalomiosinangiosi (EMS) è una procedura neurochirurgica che raggiunge l’angiogenesi nei pazienti con malattia di moyamoya. Si tratta di craniotomia con posizionamento di un innesto muscolare temporale vascolare sulla superficie ischemica del cervello. L’EMS non è mai stato studiato nel contesto dell’ictus ischemico acuto nei topi. L’ipotesi alla base di questo studio è che l’EMS migliora l’angiogenesi cerebrale sulla superficie corticale che circonda l’innesto muscolare. Il protocollo qui illustrato descrive la procedura e fornisce i dati iniziali a supporto della fattibilità e dell’efficacia dell’approccio EMS. In questo protocollo, dopo 60 minuti di occlusione transitoria dell’arteria cerebrale media (MCAo), i topi sono stati randomizzati al trattamento MCAo o MCAo + EMS. L’EMS è stato eseguito 3-4 ore dopo l’occlusione. I topi sono stati sacrificati 7 o 21 giorni dopo il trattamento MCAo o MCAo + EMS. La vitalità dell’innesto temporale è stata misurata utilizzando il saggio della nicotinammide adenina dinucleotide ridotto-tetrazolium reduttasi. Un array di angiogenesi murina ha quantificato l’espressione proteica angiogenica e neuromodulante. L’immunoistochimica è stata utilizzata per visualizzare il legame del trapianto con la corteccia cerebrale e il cambiamento nella densità dei vasi. I dati preliminari qui suggeriscono che il muscolo innestato è rimasto vitale 21 giorni dopo l’EMS. L’immunocolorazione ha mostrato un impianto di innesto riuscito e un aumento della densità dei vasi vicino all’innesto muscolare, indicando un aumento dell’angiogenesi. I dati mostrano che l’EMS aumenta il fattore di crescita dei fibroblasti (FGF) e diminuisce i livelli di osteopontina dopo l’ictus. Inoltre, l’EMS dopo l’ictus non ha aumentato la mortalità, suggerendo che il protocollo è sicuro e affidabile. Questa nuova procedura è efficace e ben tollerata e ha il potenziale per fornire informazioni su nuovi interventi per migliorare l’angiogenesi dopo ictus ischemico acuto.

Introduction

L’ictus ischemico è una lesione neurovascolare acuta con sequele croniche devastanti. La maggior parte dei sopravvissuti all’ictus, 650.000 all’anno, negli Stati Uniti soffre di disabilità funzionale permanente1. Nessuno dei trattamenti disponibili conferisce neuroprotezione e recupero funzionale dopo la fase acuta dell’ictus ischemico. Dopo un ictus ischemico acuto, sia l’apporto di sangue diretto che quello collaterale sono diminuiti, il che porta alla disfunzione delle cellule e delle reti cerebrali, con conseguenti improvvisi deficit neurologici 2,3. Il ripristino dell’afflusso di sangue alla regione ischemica rimane l’obiettivo principale della terapia dell’ictus. Pertanto, migliorare l’angiogenesi per promuovere l’afflusso di sangue nel territorio ischemico è un approccio terapeutico promettente; Tuttavia, i metodi precedentemente studiati per promuovere l’angiogenesi post-ictus, tra cui eritropoietina, statine e fattori di crescita, sono stati limitati da livelli inaccettabili di tossicità o traducibilità4.

L’encefalomiosinangiosi (EMS) è una procedura chirurgica che migliora l’angiogenesi cerebrale negli esseri umani con malattia di moyamoya, una condizione delle arterie craniche ristrette che spesso porta all’ictus. L’EMS comporta il distacco parziale di una sezione vascolare del muscolo temporale del paziente dal cranio, seguito da craniotomia e innesto del muscolo sulla corteccia interessata. Questa procedura è ben tollerata e induce l’angiogenesi cerebrale, riducendo il rischio di ictus ischemico nei pazienti con malattia di moyamoya 5,6. Pertanto, la procedura svolge in gran parte un ruolo preventivo in questi pazienti. L’angiogenesi causata da questa procedura può anche avere un ruolo nel promuovere la protezione neurovascolare e il recupero nel contesto dell’ictus ischemico. Questo rapporto supporta l’ipotesi che l’angiogenesi causata dall’EMS abbia il potenziale per espandere la comprensione e le opzioni terapeutiche per l’ischemia cerebrale.

Oltre all’EMS, ci sono diversi approcci farmacologici e chirurgici per migliorare l’angiogenesi, ma hanno diversi limiti. Approcci farmacologici come la somministrazione del fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF) sono risultati insufficienti o addirittura dannosi a causa di diverse limitazioni, tra cui la formazione di plessi vascolari caotici, disorganizzati, permeabili e primitivi, che assomigliano a quelli trovati nei tessuti tumorali 7,8 e non hanno effetti benefici negli studi clinici9.

Gli approcci chirurgici comprendono l’anastomosi diretta come l’anastomosi superficiale dell’arteria temporale-media cerebrale, l’anastomosi indiretta come l’encefalo-duro arterio-sinangiosi (EDAS), l’encefalomiosinangiosi (EMS) e combinazioni di anastomosi diretta e indiretta10. Tutte queste procedure sono molto impegnative dal punto di vista tecnico e impegnative nei piccoli animali, ad eccezione dell’EMS. Mentre le altre procedure richiedono anastomosi vascolare complessa, EMS richiede un innesto muscolare relativamente semplice. Inoltre, la vicinanza del muscolo temporale alla corteccia lo rende una scelta naturale per l’innesto, in quanto non ha bisogno di essere completamente asportato o scollegato dal suo apporto di sangue, come sarebbe necessario se un muscolo più distante fosse utilizzato per l’innesto.

L’EMS è stato studiato in modelli di ipoperfusione cerebrale cronica nei ratti 7,11. Tuttavia, l’EMS che utilizza un innesto muscolare temporale non è mai stato studiato nell’ictus ischemico acuto nei roditori. Qui, descriviamo un nuovo protocollo di EMS nei topi dopo un ictus ischemico tramite il modello di occlusione dell’arteria cerebrale media (MCAo). Questo manoscritto serve come descrizione dei metodi e dei primi dati per questo nuovo approccio di EMS nei topi dopo MCAo.

Protocol

Tutti gli esperimenti sono stati approvati dall’Institutional Animal Care and Use Committee di UConn Health e condotti in conformità con le linee guida statunitensi. Il seguente protocollo dovrebbe funzionare in qualsiasi specie o ceppo di roditore. Qui, sono stati utilizzati topi maschi selvatici C57BL / 6 di età e peso corrispondenti. I topi sono stati nutriti con dieta standard di chow e acqua ad libitum. Le condizioni abitative standard sono state mantenute a 72,3 ° F e 30% -70% di umidità relativa con u…

Representative Results

Un totale di 41 topi sono stati utilizzati per questo studio. Dopo tre mortalità, una in MCAo e due in MCAo + EMS, un totale di 38 topi sono stati utilizzati per ottenere i risultati mostrati. StatisticaI dati di ciascun esperimento sono presentati come media ± deviazione standard (S.D.). La significatività è stata determinata utilizzando il test t dello studente spaiato per confrontare due gruppi o ANOVA unidirezionale per più di due gruppi, con un test post-hoc di N…

Discussion

Questo protocollo descrive una procedura EMS di successo in un modello murino di ictus indotto da MCAo. I dati mostrano che il tessuto innestato rimane vitale e può formare legami con la corteccia cerebrale molto tempo dopo l’intervento chirurgico EMS. Questi risultati supportano il razionale per l’utilizzo di un innesto muscolare cerebrale per sviluppare gradualmente un ambiente trofico riccamente vascolare nel sito dell’ictus. L’EMS è una terapia promettente per riparare potenzialmente il tessuto cerebrale infartuato…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Questo lavoro è stato supportato da Research Excellence Program-UConn Health (a Ketan R Bulsara e Rajkumar Verma) e UConn Health start-up (a Rajkumar Verma).

Materials

6-0 monocryl suture Ethilon 697G
70% ethanol to sanitize operating surface Walgreen
Bupivacaine 0.25% solution Midwest Vet
Clamps for tissue retraction Roboz
Doccal suture with Nylon coating Doccal corporation Sharon MA 602145PK10Re
Electric heating pad for operating surface
Isoflurane anesthesia Piramal Critical Care Inc
Isoflurane delivery apparatus –B6Surgivet (Isotech 4)
Micro drill Harvard Apparatus
Microdissecting tweezers, curved x2 Piramal Critical Care Inc
mouse angiogenesis panel arrat R& D biotech ARY015
Needle driver Ethilon
Ointment for eye protection walgreen
Operating microscope Olympus
Operating surface Olympus
Povidone iodine solution walgreen
Rectal thermometer world precison instrument
Saline or 70% ethanol for irrigation walgreen
Small electric razor to shave operative site generic
Surgical scissors Roboz

参考文献

  1. Stroke, Last updated 10/22/20. , (2020).
  2. Cipolla, M. J., McCall, A. L., Lessov, N., Porter, J. M. Reperfusion decreases myogenic reactivity and alters middle cerebral artery function after focal cerebral ischemia in rats. Stroke. 28 (1), 176-180 (1997).
  3. Arai, K., et al. Cellular mechanisms of neurovascular damage and repair after stroke. Journal of Child Neurology. 26 (9), 1193-1198 (2011).
  4. Ergul, A., Alhusban, A., Fagan, S. C. Angiogenesis: a harmonized target for recovery after stroke. Stroke. 43 (8), 2270-2274 (2012).
  5. Imai, H., et al. The importance of encephalo-myo-synangiosis in surgical revascularization strategies for moyamoya disease in children and adults. World Neurosurgery. 83 (5), 691-699 (2015).
  6. Ravindran, K., Wellons, J. C., Dewan, M. C. Surgical outcomes for pediatric moyamoya: a systematic review and meta-analysis. Journal of Neurosurgery: Pediatrics. 24 (6), 663-672 (2019).
  7. Kim, H. S., et al. The neovascularization effect of bone marrow stromal cells in temporal muscle after encephalomyosynangiosis in chronic cerebral ischemic rats. Journal of Korean Neurosurgical Society. 44 (4), 249-255 (2008).
  8. Srivastava, P., et al. Neuroprotective and neuro-rehabilitative effects of acute purinergic receptor P2X4 (P2X4R) blockade after ischemic stroke. Experimental Neurology. , 329 (2020).
  9. Cao, R., et al. VEGFR1-mediated pericyte ablation links VEGF and PlGF to cancer-associated retinopathy. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (2), 856-861 (2010).
  10. Hedlund, E., Hosaka, K., Zhong, Z., Cao, R., Cao, Y. Malignant cell-derived PlGF promotes normalization and remodeling of the tumor vasculature. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (41), 17505-17510 (2009).
  11. Cao, Y. Therapeutic angiogenesis for ischemic disorders: what is missing for clinical benefits. Discovery Medicine. 9 (46), 179-184 (2010).
  12. Verma, R., et al. Inhibition of miR-141-3p ameliorates the negative effects of poststroke social isolation in aged mice. Stroke. 49 (7), 1701-1707 (2018).
  13. 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).
  14. Engel, O., Kolodziej, S., Dirnagl, U., Prinz, V. Modeling stroke in mice-middle cerebral artery occlusion with the filament model. Journal of Visualized Experiments. 47 (47), 2423 (2011).
  15. Pétrault, M., et al. Neither nefopam nor acetaminophen can be used as postoperative analgesics in a rat model of ischemic stroke. Fundam Clin Pharmacol. (2), 194-200 (2017).
  16. Khansari PS, ., Halliwell RF, . Mechanisms Underlying Neuroprotection by the NSAID Mefenamic Acid in an Experimental Model of Stroke. (64), (2019).
  17. Mishra, V., Verma, R., Raghubir, R. Neuroprotective effect of flurbiprofen in focal cerebral ischemia: the possible role of ASIC1a. Neuropharmacology. 59 (7-8), 582-588 (2010).
  18. Chen, T. Y., Goyagi, T., Toung, T. J., Kirsch, J. R., Hurn, P. D., Koehler, R. C., Bhardwaj, A. Prolonged opportunity for ischemic neuroprotection with selective kappa-opioid receptor agonist in rats. Stroke. 35 (5), 1180-1185 (2004).
  19. Turóczi, Z., et al. Muscle fiber viability, a novel method for the fast detection of ischemic muscle injury in rats. PLoS ONE. 9 (1), e84783 (2014).
  20. Im, K., Mareninov, S., Diaz, M. F. P., Yong, W. H. An introduction to performing immunofluorescence staining. Methods in Molecular Biology. , 299-311 (2019).
  21. Zheng, J., et al. Protective roles of adenosine A1, A2A, and A3 receptors in skeletal muscle ischemia and reperfusion injury. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 293 (6), H3685-H3691 (2007).
  22. Jiao, C., et al. Visualization of mouse choroidal and retinal vasculature using fluorescent tomato lectin perfusion. Translational Vision Science and Technology. 9 (1), (2020).
  23. Simard, J. M., Sahuquillo, J., Sheth, K. N., Kahle, K. T., Walcott, B. P. Managing malignant cerebral infarction. Current Treatment Options in Neurology. 13 (2), 217-229 (2011).
  24. Liu, X., et al. Osteoclasts protect bone blood vessels against senescence through the angiogenin/plexin-B2 axis. Nature Communications. 12 (1), 1832 (2021).
  25. Paro, M., Gamiotea-Turro, D., Blumenfeld, L., Bulsara KR, ., Verma, R. A Novel Model for Encephalomyosynangiosis Surgery after Middle Cerebral Artery Occlusion-Induced Stroke in Mice. BioXriv. 10, (2021).
  26. Venkat, P., et al. Treatment with an Angiopoietin-1 mimetic peptide promotes neurological recovery after stroke in diabetic rats. CNS Neuroscience & Therapeutics. 27 (1), 48-59 (2021).
  27. Cheng, X., et al. Acidic fibroblast growth factor delivered intranasally induces neurogenesis and angiogenesis in rats after ischemic stroke. Neurological Research. 33 (7), 675-680 (2011).
  28. Xu, H. Protective effects of mutant of acidic fibroblast growth factor against cerebral ischaemia-reperfusion injury in rats. Injury. 40 (9), 963-967 (2009).
  29. Tsai, M. J., et al. Acidic FGF promotes neurite outgrowth of cortical neurons and improves neuroprotective effect in a cerebral ischemic rat model. 神経科学. 305, 238-247 (2015).
  30. Meller, R., et al. Neuroprotection by osteopontin in stroke. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 25 (2), 217-225 (2005).
  31. Meseguer, E., et al. Osteopontin predicts three-month outcome in stroke patients treated by reperfusion therapies. Journal of Clinical Medicine. 9 (12), 4028 (2020).
  32. Zhu, Z., et al. Plasma osteopontin levels and adverse clinical outcomes after ischemic stroke. Atherosclerosis. 332, 33-40 (2021).

Play Video

記事を引用
Paro, M. R., Gamiotea Turro, D., Mcgonnigle, M., Bulsara, K. R., Verma, R. A Model for Encephalomyosynangiosis Treatment after Middle Cerebral Artery Occlusion-Induced Stroke in Mice. J. Vis. Exp. (184), e63951, doi:10.3791/63951 (2022).

View Video