概要

Индукция острого ишемического инсульта у мышей с использованием техники окклюзии дистального отдела средней артерии

Published: December 15, 2023
doi:

概要

В данной работе мы представляем протокол для установления модели дистальной окклюзии средней мозговой артерии (dMCAO) с помощью транскраниальной электрокоагуляции у мышей C57BL/6J и оценки последующего неврологического поведения и гистопатологических особенностей.

Abstract

Ишемический инсульт остается преобладающей причиной смертности и функциональных нарушений среди взрослого населения во всем мире. Только меньшинство пациентов с ишемическим инсультом имеют право на получение внутрисосудистого тромболизиса или механической тромбэктомии в течение оптимального временного окна. Среди тех, кто пережил инсульт, около двух третей страдают от неврологических дисфункций в течение длительного периода времени. Создание стабильной и повторяемой экспериментальной модели ишемического инсульта чрезвычайно важно для дальнейшего изучения патофизиологических механизмов и разработки эффективных терапевтических стратегий при ишемическом инсульте. Средняя мозговая артерия (МКА) представляет собой преобладающее место ишемического инсульта у человека, при этом окклюзия МКА служит часто используемой моделью фокальной ишемии головного мозга. В данном протоколе мы описываем методологию создания модели дистальной окклюзии MCA (dMCAO) с помощью транскраниальной электрокоагуляции у мышей C57BL/6. Поскольку сайт окклюзии расположен в корковой ветви МЦА, эта модель генерирует умеренное инфарктное поражение, ограниченное корой. Неврологические поведенческие и гистопатологические характеристики продемонстрировали видимую двигательную дисфункцию, дегенерацию нейронов и выраженную активацию микроглии и астроцитов в этой модели. Таким образом, эта мышиная модель dMCAO представляет собой ценный инструмент для исследования ишемического инсульта и достойна популяризации.

Introduction

Инсульт является распространенным острым цереброваскулярным заболеванием, характеризующимся высокой частотой инвалидности и летального исхода1. Из всех случаев инсульта почти 80% относятся к ишемическому инсульту2. До настоящего времени внутривенный тромболизис остается одним из ограниченного числа продуктивных подходов к лечению острого ишемического инсульта. Однако эффективность тромболитического лечения ограничена узким эффективным временным окном и возникновением геморрагической трансформации3. На этапе долгосрочной реабилитации после ишемического инсульта у значительного числа пациентов вероятны стойкие неврологические дисфункции4. Срочно необходимы дальнейшие исследования, чтобы разгадать основные патофизиологические механизмы ишемического инсульта, а также способствовать разработке новых терапевтических стратегий, нацеленных на ишемический инсульт. Создание надежной и воспроизводимой модели ишемического инсульта имеет решающее значение для фундаментальных исследований, а также для последующих трансляционных исследований в области ишемического инсульта.

В 1981 году Tamura et al. разработали модель фокальной ишемии головного мозга с использованием транскраниальной электрокоагуляции в проксимальном участке средней мозговой артерии (МКА)5. С тех пор многие исследователи использовали различные методологии, такие как лигирование, компрессия или клиппинг, для индуцирования дистальной окклюзии MCA (dMCAO) для создания моделей транзиторного или постоянного ишемического инсульта 6,7,8. По сравнению с филаментной моделью, модель dMCAO демонстрирует заметные преимущества, такие как меньший размер инфаркта и более высокая выживаемость, что делает ее более подходящей для исследования долгосрочного функционального восстановления после ишемического инсульта9. Кроме того, модель dMCAO демонстрирует более высокую выживаемость у пожилых грызунов по сравнению с филаментной моделью, что делает ее предпочтительным инструментом для исследования ишемического инсульта у пожилых и коморбидных животных моделей10. Было продемонстрировано, что фототромботическая (ПТ) модель инсульта обладает характеристиками меньшей хирургической травматичности и значительно более низкой смертности. Тем не менее, модель PT демонстрирует большую степень клеточного некроза и отека тканей по сравнению с моделью dMCAO, что приводит к отсутствию коллатерального кровообращения11. Кроме того, следует отметить, что ишемические поражения, наблюдаемые в модели ПТ, преимущественно возникают в результате микрососудистой окклюзии, которая существенно отличается от ишемии головного мозга, вызванной эмболией крупных сосудов в модели dMCAO12.

В этой статье мы представляем методологию индукции мышиной модели dMCAO путем коагуляции дистального отдела MCA с помощью краниотомии малого костного окна. Кроме того, мы провели гистологические исследования и поведенческие оценки, чтобы всесторонне охарактеризовать ишемические повреждения и исходы инсульта в этой экспериментальной модели. Мы стремимся познакомить исследователей с этой моделью и способствовать дальнейшим исследованиям патологических механизмов ишемического инсульта.

Protocol

Протокол эксперимента был одобрен Комитетом по уходу за животными и их использованию Цзянханьского университета и проводился в соответствии с Этическими рекомендациями по экспериментальным животным, выпущенными Центром по контролю и профилактике заболеваний Китая. В этом протоколе…

Representative Results

Основными инструментами, используемыми для проведения dMCAO, являются набор микрохирургических инструментов, вапорайзер изофлурана и монополярный микрохирургический генератор электрокоагуляции, показанный на рисунке 1. Экспериментальная методика данного исследовани?…

Discussion

В настоящем протоколе краниотомической модели электрокоагуляции dMCAO хирургические процедуры проводятся с минимальной инвазивностью, при этом отделяется только часть височной мышцы для смягчения неблагоприятного воздействия на жевательную функцию. Все мыши хорошо восстановились по…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Это исследование было поддержано грантами Фонда естественных наук провинции Хубэй (2022CFC057).

Materials

2,3,5-Triphenyltetrazolium
Chloride (TTC)
Sigma-Aldrich 108380 Dye for TTC staining
24-well culture plate Corning (USA) CLS3527 Vessel for TTC staining
4% paraformaldehyde Wuhan Servicebio Technology
Co., Ltd.
G1101 Tissue fixation
5% bovine serum albumin Wuhan BOSTER Bio Co., Ltd. AR004 Non-specific antigen blocking
5-0 Polyglycolic acid suture Jinhuan Medical Co., Ltd KCR531 Material for surgery
Anesthesia machine Midmark Corporation VMR Anesthetized animal
Antifade mounting medium Beyotime Biotech P0131 Seal for IF staining
Automation-tissue-dehydrating 
machine
Leica Biosystems (Germany) TP1020 Dehydrate tissue
Depilatory cream Veet (France) 20220328 Material for surgery
Diclofenac sodium gel Wuhan Ma Yinglong Pharmaceutical
 Co., Ltd.
H10950214 Analgesia for animal
Drill tip (0.8 mm) Rwd Life Science Co., Ltd. Equipment for surgery
Eosin staining solution Wuhan Servicebio Technology
Co., Ltd.
G1001 Dye for H&E staining
Eye ointment Guangzhou Pharmaceutical Co., Ltd H44023098 Material for surgery
Fluorescence microscope Olympus (Japan) BX51 Image acquisition
GFAP Mouse monoclonal antibody Cell Signaling Technology Inc.
(Danvers, MA, USA)
3670 Primary antibody for IF staining
Goat anti-mouse Alexa
488-conjugated IgG
Cell Signaling Technology Inc.
(Danvers, MA, USA)
4408 Second antibody for IF staining
Goat anti-rabbit Alexa
594-conjugated IgG
Cell Signaling Technology Inc.
(Danvers, MA, USA)
8889 Second antibody for IF staining
Grip strength meter Shanghai Xinruan Information Technology Co., Ltd. XR501 Equipment for behavioral test
Hematoxylin staining solution Wuhan Servicebio Technology
Co., Ltd.
G1004 Dye for H&E staining
Iba1 Rabbit monoclonal antibody Abcam ab178846 Primary antibody for IF staining
Isoflurane Rwd Life Science Co., Ltd. R510-22-10 Anesthetized animal
Laser doppler blood flow meter Moor Instruments (UK) moorVMS Blood flow monitoring
Meloxicam Boehringer-Ingelheim J20160020 Analgesia for animal
Microdrill Rwd Life Science Co., Ltd. 78001 Equipment for surgery
Microsurgical instruments set Rwd Life Science Co., Ltd. SP0009-R Equipment for surgery
Microtome Thermo Fisher Scientific (USA) HM325 Tissue section production
Microtome blade Leica Biosystems (Germany) 819 Tissue section production
Monopolar electrocoagulation generator Spring Scenery Medical Instrument
Co., Ltd.
CZ0001 Equipment for surgery
Mupirocin ointment Tianjin Smith Kline & French
Laboratories Ltd.
H10930064 Anti-infection for animal
NeuN Rabbit monoclonal antibody Cell Signaling Technology Inc.
(Danvers, MA, USA)
24307 Primary antibody for IF staining
Neutral balsam Absin Bioscience abs9177 Seal for H&E staining
Paraffin embedding center Thermo Fisher Scientific (USA) EC 350 Produce paraffin blocks
Pentobarbital sodium Sigma-Aldrich P3761 Euthanized animal
Phosphate buffered saline Shanghai Beyotime Biotech Co., Ltd C0221A Rinsing for tissue section
Shaver Shenzhen Codos Electrical Appliances
Co.,Ltd.
CP-9200 Equipment for surgery
Sodium citrate solution Shanghai Beyotime Biotech Co., Ltd. P0083 Antigen retrieval for IF staining

参考文献

  1. Patel, P., Yavagal, D., Khandelwal, P. Hyperacute management of ischemic strokes: JACC Focus Seminar. J Am Coll Cardiol. 75 (15), 1844-1856 (2020).
  2. GBD 2016 Stroke Collaborators. Global, regional, and national burden of stroke, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease study 2016. Lancet Neurol. 18 (5), 439-458 (2019).
  3. Joo, H., Wang, G., George, M. G. A literature review of cost-effectiveness of intravenous recombinant tissue plasminogen activator for treating acute ischemic stroke. Stroke Vasc Neurol. 2 (2), 73-83 (2017).
  4. Jones, A. T., O’Connell, N. K., David, A. S. Epidemiology of functional stroke mimic patients: a systematic review and meta-analysis. Eur J Neurol. 27 (1), 18-26 (2020).
  5. Tamura, A., et al. Focal cerebral ischaemia in the rat: Description of technique and early neuropathological consequences following middle cerebral artery occlusion. J Cereb Blood Flow Metab. 1 (1), 53-60 (1981).
  6. Kuraoka, M., et al. Direct experimental occlusion of the distal middle cerebral artery induces high reproducibility of brain ischemia in mice. Exp Anim. 58 (1), 19-29 (2009).
  7. Orset, C., et al. Mouse model of in situ thromboembolic stroke and reperfusion. Stroke. 38 (10), 2771-2778 (2007).
  8. Fluri, F., Schuhmann, M. K., Kleinschnitz, C. Animal models of ischemic stroke and their application in clinical research. Drug Des Devel Ther. 9, 3445-3454 (2015).
  9. Candelario-Jalil, E., Paul, S. Impact of aging and comorbidities on ischemic stroke outcomes in preclinical animal models: A translational perspective. J Exp Neurol. 335, 113494 (2021).
  10. Zuo, X., et al. Attenuation of secondary damage and Aβ deposits in the ipsilateral thalamus of dMCAO rats through reduction of cathepsin B by bis(propyl)-cognitin, a multifunctional dimer. Neuropharmacology. 162, 107786 (2020).
  11. Shabani, Z., Farhoudi, M., Rahbarghazi, R., Karimipour, M., Mehrad, H. Cellular, histological, and behavioral pathological alterations associated with the mouse model of photothrombotic ischemic stroke. J Chem Neuroanat. 130, 102261 (2023).
  12. Caleo, M. Rehabilitation and plasticity following stroke: Insights from rodent models. 神経科学. 311, 180-194 (2015).
  13. Llovera, G., Roth, S., Plesnila, N., Veltkamp, R., Liesz, A. Modeling stroke in mice: permanent coagulation of the distal middle cerebral artery. J Vis Exp. (89), e51729 (2014).
  14. Lavayen, B. P., et al. Neuroprotection by the cannabidiol aminoquinone VCE-004.8 in experimental ischemic stroke in mice. Neurochem Int. 165, 105508 (2023).
  15. Hu, K., et al. Cathepsin B knockout confers significant brain protection in the mouse model of stroke. J Exp Neurol. 368, 114499 (2023).
  16. Yu, S. P., et al. Optochemogenetic stimulation of transplanted iPS-NPCs enhances neuronal repair and functional recovery after ischemic stroke. J Neurosci. 39 (33), 6571-6594 (2019).
  17. Lin, Y. H., et al. Opening a new time window for treatment of stroke by targeting HDAC2. J Neurosci. 37 (28), 6712-6728 (2017).
  18. Shi, X. F., Ai, H., Lu, W., Cai, F. SAT: Free software for the semi-automated analysis of rodent brain sections with 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride staining. Front Neurosci. 13, 102 (2019).
  19. Jensen, E. C., et al. Quantitative analysis of histological staining and fluorescence using ImageJ. Anat Rec. 296 (3), 378-381 (2013).
  20. Donahue, J., Wintermark, M. Perfusion CT and acute stroke imaging: foundations, applications, and literature review. J Neuroradiol. 42 (1), 21-29 (2015).
  21. Sun, M., et al. Long-term L-3-n-butylphthalide pretreatment attenuates ischemic brain injury in mice with permanent distal middle cerebral artery occlusion through the Nrf2 pathway. Heliyon. 8 (7), e09909 (2022).
  22. Balkaya, M. G., Trueman, R. C., Boltze, J., Corbett, D., Jolkkonen, J. Behavioral outcome measures to improve experimental stroke research. Behav Brain Res. 352, 161-171 (2018).
  23. Hao, T., et al. Inflammatory mechanism of cerebral ischemia-reperfusion injury with treatment of stepharine in rats. Phytomedicine. 79, 153353 (2020).
  24. Pietrogrande, G., et al. Low oxygen post conditioning prevents thalamic secondary neuronal loss caused by excitotoxicity after cortical stroke. Sci Rep. 9 (1), 4841 (2019).
  25. Shi, X., et al. Stroke subtype-dependent synapse elimination by reactive gliosis in mice. Nat Commun. 12 (1), 6943 (2021).
  26. Chen, W. C., et al. Aryl hydrocarbon receptor modulates stroke-induced astrogliosis and neurogenesis in the adult mouse brain. JNeuroinflammation. 16 (1), 187 (2019).

Play Video

記事を引用
Leng, C., Li, Y., Sun, Y., Liu, W. Induction of Acute Ischemic Stroke in Mice Using the Distal Middle Artery Occlusion Technique. J. Vis. Exp. (202), e66134, doi:10.3791/66134 (2023).

View Video