概要

Um modelo para o tratamento da encefalomiossinangiose após acidente vascular cerebral induzido pela oclusão da artéria cerebral média em camundongos

Published: June 22, 2022
doi:

概要

O protocolo tem como objetivo fornecer métodos para encefalomiossinangiose – enxerto de um retalho vascular do músculo temporal na superfície pial do tecido cerebral isquêmico – para o tratamento de acidente vascular cerebral isquêmico agudo não-moyamoya. A eficácia da abordagem no aumento da angiogênese é avaliada usando um modelo transitório de oclusão da artéria cerebral média em camundongos.

Abstract

Não há tratamento eficaz disponível para a maioria dos pacientes que sofrem de acidente vascular cerebral isquêmico, tornando imperativo o desenvolvimento de novas terapêuticas. A capacidade do cérebro de se auto-curar após o acidente vascular cerebral isquêmico é limitada pelo suprimento inadequado de sangue na área afetada. A encefalomiossinangiose (EMS) é um procedimento neurocirúrgico que atinge a angiogênese em pacientes com doença de moyamoya. Envolve craniotomia com colocação de um enxerto de músculo temporal vascular na superfície cerebral isquêmica. EMS nunca foi estudado no contexto de acidente vascular cerebral isquêmico agudo em camundongos. A hipótese que conduz este estudo é que o EMS aumenta a angiogênese cerebral na superfície cortical ao redor do enxerto muscular. O protocolo mostrado aqui descreve o procedimento e fornece dados iniciais que apoiam a viabilidade e a eficácia da abordagem EMS. Neste protocolo, após 60 min de oclusão transitória da artéria cerebral média (MCAo), os camundongos foram randomizados para o tratamento com MCAo ou MCAo + EMS. O EMS foi realizado 3-4 h após a oclusão. Os camundongos foram sacrificados 7 ou 21 dias após o tratamento com MCAo ou MCAo + EMS. A viabilidade do enxerto temporal foi medida usando o ensaio de nicotinamida adenina dinucleotídeo redutase reduzida-tetrazólio. Uma matriz de angiogênese de camundongo quantificou a expressão de proteínas angiogênicas e neuromoduladoras. A imuno-histoquímica foi utilizada para visualizar a ligação do enxerto com o córtex cerebral e a alteração na densidade dos vasos. Os dados preliminares aqui apresentados sugerem que o músculo enxertado permaneceu viável 21 dias após a EMS. A imunocoloração mostrou sucesso no implante do enxerto e aumento da densidade dos vasos próximos ao enxerto muscular, indicando aumento da angiogênese. Os dados mostram que o EMS aumenta o fator de crescimento de fibroblastos (FGF) e diminui os níveis de osteopontina após o acidente vascular cerebral. Além disso, a EMS após acidente vascular cerebral não aumentou a mortalidade, sugerindo que o protocolo é seguro e confiável. Este novo procedimento é eficaz e bem tolerado e tem o potencial de fornecer informações de novas intervenções para angiogênese aumentada após acidente vascular cerebral isquêmico agudo.

Introduction

O acidente vascular cerebral isquêmico é uma lesão neurovascular aguda com sequelas crônicas devastadoras. A maioria dos sobreviventes de AVC, 650.000 por ano, nos EUA sofre de incapacidade funcional permanente1. Nenhum dos tratamentos disponíveis confere neuroproteção e recuperação funcional após a fase aguda do AVC isquêmico. Após um acidente vascular cerebral isquêmico agudo, os estoques sanguíneos diretos e colaterais são diminuídos, o que leva à disfunção das células e redes cerebrais, resultando em déficits neurológicos súbitos 2,3. A restauração do suprimento de sangue para a região isquêmica continua sendo o principal objetivo da terapia de AVC. Assim, o aumento da angiogênese para promover o suprimento sanguíneo no território isquêmico é uma abordagem terapêutica promissora; no entanto, métodos previamente estudados para promover a angiogênese pós-AVC, incluindo eritropoietina, estatinas e fatores de crescimento, têm sido limitados por níveis inaceitáveis de toxicidade ou traduzibilidade4.

A encefalomiossinangiose (EMS) é um procedimento cirúrgico que aumenta a angiogênese cerebral em humanos com doença de moyamoya, uma condição de artérias cranianas estreitadas que muitas vezes leva a acidente vascular cerebral. EMS envolve o descolamento parcial de uma seção vascular do músculo temporal do paciente do crânio, seguido de craniotomia e enxerto do músculo no córtex afetado. Esse procedimento é bem tolerado e induz angiogênese cerebral, reduzindo o risco de acidente vascular cerebral isquêmico em pacientes com doença de moyamoya 5,6. Assim, o procedimento serve em grande parte um papel preventivo nesses pacientes. A angiogênese provocada por esse procedimento também pode ter um papel na promoção da proteção e recuperação neurovascular no contexto de acidente vascular cerebral isquêmico. Este relatório apoia a hipótese de que a angiogênese provocada pela EMS tem o potencial de expandir a compreensão e as opções terapêuticas para isquemia cerebral.

Além do EMS, existem várias abordagens farmacológicas e cirúrgicas para melhorar a angiogênese, mas elas têm várias limitações. Abordagens farmacológicas, como a administração de fator de crescimento endotelial vascular (VEGF), mostraram-se insuficientes ou mesmo prejudiciais devido a diversas limitações, incluindo a formação de plexos vasculares caóticos, desorganizados, com vazamento e primitivos, que se assemelham aos encontrados nos tecidos tumorais 7,8 e não têm efeitos benéficos em ensaios clínicos9.

As abordagens cirúrgicas incluem anastomose direta, como anastomose superficial da artéria temporal média-artéria cerebral, anastomose indireta, como encefalo-duro arterio-synangiose (EDAS), encefalomiossinangiose (EMS) e combinações de anastomose direta e indireta10. Todos esses procedimentos são tecnicamente muito desafiadores e exigentes em pequenos animais, exceto no EMS. Enquanto os outros procedimentos requerem anastomose vascular complexa, o EMS requer um enxerto muscular relativamente simples. Além disso, a proximidade do músculo temporal com o córtex o torna uma escolha natural para o enxerto, pois não precisa ser completamente excisado ou desconectado de seu suprimento sanguíneo, como seria necessário se um músculo mais distante fosse usado para enxerto.

A EMS tem sido estudada em modelos de hipoperfusão cerebral crônica em ratos 7,11. No entanto, o EMS usando um enxerto de músculo temporal nunca foi estudado no acidente vascular cerebral isquêmico agudo em roedores. Aqui, descrevemos um novo protocolo de EMS em camundongos após um acidente vascular cerebral isquêmico via modelo de oclusão da artéria cerebral média (MCAo). Este manuscrito serve como uma descrição de métodos e dados iniciais para esta nova abordagem de EMS em camundongos após MCAo.

Protocol

Todos os experimentos foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da UConn Health e conduzidos de acordo com as diretrizes dos EUA. O protocolo a seguir deve funcionar em qualquer espécie ou cepa de roedor. Aqui, foram utilizados camundongos machos C57BL/6 do tipo selvagem C57BL/6 de 8 a 12 semanas de idade, idade e peso. Os ratos foram alimentados com dieta de ração padrão e água ad libitum. As condições padrão de alojamento foram mantidas a 72,3 °F e 30%-70% de umidade rela…

Representative Results

Um total de 41 camundongos foram utilizados para este estudo. Após três mortalidades, uma em MCAo e duas em MCAo + EMS, um total de 38 camundongos foram utilizados para a obtenção dos resultados apresentados. EstatísticaOs dados de cada experimento são apresentados como média ± desvio padrão (S.D.). A significância foi determinada usando o teste t de Student não pareado para comparar dois grupos ou ANOVA one-way para mais de dois grupos, com um teste post-hoc de…

Discussion

Este protocolo descreve um procedimento EMS bem-sucedido em um modelo de camundongo de acidente vascular cerebral induzido por MCAo. Os dados mostram que o tecido enxertado permanece viável e pode formar ligações com o córtex cerebral muito tempo após a cirurgia EMS. Esses achados apoiam a lógica para o uso de um enxerto muscular cerebral para desenvolver gradualmente um ambiente trófico ricamente vascular no local do acidente vascular cerebral. EMS é uma terapia promissora para potencialmente reparar o tecido ce…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi apoiado pelo Research Excellence Program-UConn Health (para Ketan R Bulsara e Rajkumar Verma) e UConn Health start-up (para 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).

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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).

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