概要

中大脳動脈閉塞再灌流のための修正モデル調製

Published: May 31, 2024
doi:

概要

このプロトコルは、総頸動脈を介した中大脳動脈閉塞再灌流の準備プロセスを説明しています。

Abstract

中大脳動脈閉塞再灌流(MCAO/R)モデルは、脳卒中の病理学的メカニズムを理解し、医薬品開発に不可欠です。しかし、一般的に使用されているモデリング手法の中で、小泉法は総頸動脈(CCA)の結紮と適切な再灌流を達成できないため、しばしば精査に直面します。同様に、ロンガ法は、外頸動脈(ECA)を切断して結紮することで批判されてきました。この研究は、ECAの完全性を維持する修正モデル調製方法を紹介することを目的としており、CCAを介してモノフィラメントナイロン縫合糸を挿入し、結紮されたCCA切開を修復し、CCAからの再灌流を維持します。血流の再灌流は、レーザースペックルフローイメージングを用いて確認した。ロンガスケール、修正神経重症度スコア、塩化トリフェニルテトラゾリウム(TTC)染色、ニューロンの免疫蛍光標識などの評価方法は、このアプローチが安定した虚血性神経損傷を誘発できることを実証しました。この修正されたMCAO/Rモデルプロトコルはシンプルで安定しており、脳虚血の分野の開業医に貴重なガイダンスを提供します。

Introduction

世界保健機関(WHO)によると、脳卒中は過去10年間、世界で2番目に多い死因であり続けており、高い発生率、高い死亡率、高い障害率1,2。世界人口の高齢化に伴い、脳卒中の発生率は発展途上国で増加すると予想されており、成人の早期死亡や障害の主な原因になる可能性があります。さらに、脳卒中は3歳未満で発生する傾向があります。脳卒中による労働力の喪失は、家族や社会にも大きな負担をかけています4。そのため、脳卒中研究において、安全で効果的な治療法の開発は大きな課題となっています。

動物モデルは、ヒトの疾患の予防と治療を研究するための重要なツールとして機能します。脳卒中治療戦略の翻訳が成功するかどうかは、脳卒中動物モデルの再現性と信頼性にかかっています5,6。中大脳動脈(MCA)は臨床脳梗塞の一般的な部位であり、MCAOモデルはヒトの虚血性脳卒中に最も近いモデルとなっています。縫合法を使用して調製されたMCAOモデルは、開頭術が不要で虚血時間の制御が容易であるなどの利点により、研究者に好まれています。これは、神経保護実験の40%以上で利用されています7。しかし、その多くの利点にもかかわらず、このモデルの運用上の詳細は、多くの研究者にとって物議を醸すトピックのままです。

縫合糸誘発中大脳動脈閉塞 (MCAO) モデルでは、縫合糸を抜くことで再灌流が行われます。現在、縫合糸の挿入には、コイズミの方法8 とロンガの方法9の2つの主要な方法が使用されています。小泉氏の方法では、縫合糸は主に総頸動脈(CCA)切開部から内頸動脈(ICA)に入りますが、ロンガ氏の方法では、切断された外頸動脈(ECA)を通過してICAに入ります。再灌流中、小泉法はCCA切開部を永久にライゲーションする必要があり、再灌流10についてはウィリスの円に依存する。ただし、一部の研究では、CCA供給を失った後、ウィリスの円の代償供給だけでは効果的な再灌流を達成できないことが示唆されています。さらに、ウィリスの輪は、特にC57Bl/6マウスで高い解剖学的変動性を示し、梗塞の変動性を高め、実験データの信頼性を低下させます。その結果、この方法は研究者によってますます疑問視されています11

Longaの方法は、切断されたECAに縫合糸を挿入し、縫合糸が抜かれたら内頸動脈(ICA)を永久に結紮することを含みます。これにより、CCAの開存性が維持され、ベースライン値の100%までの血液灌流が可能になります。しかし、この方法では、外頸動脈と小さな動脈枝を分離したり、切り取ったり、電気凝固させたりする必要があるため、手続きが難しくなります。また、臨床患者の状態とは異なる脳の完全な血流構造を混乱させます12。重要なことに、ECAの切断または結紮は、咀嚼と嚥下を制御する筋肉に虚血性病変を引き起こし、動物の食事に影響を与え、ラット13,14の術後動物の死亡と重度の感覚および運動障害につながる可能性があることを研究が示しています。

したがって、これらの問題に対処するためには、修正されたモデル準備方法が緊急に必要とされています。本研究では、CCA挿入切開部を修復し、効果的な再灌流を実現する修正MCAOモデリング法を紹介する。この処置は、シンプルで実用的、かつ実現可能であり、重大な神経学的損傷と再現可能な梗塞病変を誘発し、脳卒中研究者に貴重なガイダンスを提供します。

Protocol

実験プロトコルは、成都中医薬大学の実験動物の使用および施設用動物管理および使用委員会のガイドラインに準拠して実施されました(記録番号:2019-DL-002)。すべての動物実験データは、ARRIVE(Animal Research: Reporting In Vivo Experiments)ガイドラインに従って文書化されています。この研究では、体重250g±20g、生後6〜8週齢の雄のSprague Dawley(SD)ラットを利用しました。使用する動物、試薬、およ…

Representative Results

レーザースペックルフローイメージングにより、モノフィラメントナイロン縫合糸の閉塞前に、中大脳動脈(MCA)領域に豊富な血流があり、ラットのベースライン血流値が記録されたことが示されました。MCAの閉塞後、脳の虚血側の血流値は急速に減少しました。縫合糸を抜く前に、虚血側の血流値を再確認して、縫合糸がMCAを閉塞しているかどうかを確認しました。結果は、血流のわずかな?…

Discussion

モノフィラメントナイロン縫合糸によって誘発される中大脳動脈閉塞(MCAO)モデルは、MCAOモデルの準備に使用される最も一般的な方法です。このアプローチは前臨床試験で広く採用されており、そのシンプルさ、開頭術の必要性の欠如、最小限の外科的外傷、および再灌流を達成する能力により、多くの開業医から認められています。

管腔内フィラメントMCAOには、小泉法…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究は、中国国家自然科学基金会(82173781および82373835)、ポスドク研究プロジェクト(BKS212055)、佛山科学技術局の科学技術イノベーションプロジェクト(2320001007331)、広東省基礎応用基礎研究基金会(2019A1515010806)、広東省の一般大学の主要フィールドプロジェクト(インテリジェント製造)(2020ZDZX2057)、および一般科学研究プロジェクト(特性イノベーション)の支援を受けました。広東省の大学(2019KTSCX195)。

Materials

Animal anesthesia system Rayward Life Technology Co., Ltd R500IE
Animal temperature maintainer Rayward Life Technology Co., Ltd 69020
Cy3 secondary antibody Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd GB21303
DAP1 antibody Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd G1012
DCX antibody Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd GB13434
Goat serum Beyotime Biotechnology Co., LTD C0265
GraphPad Prism GraphPad Software GraphPad Prism 8.0
ImageJ National Institutes of Health (NIH) ImageJ software
Isofluran Rayward Life Technology Co., Ltd R510-22
Laser speckle blood flow imaging system Rayward Life Technology Co., Ltd PeriCam PSI NR
MAP-2 antibody Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd GB11128
Miniature hand-held skull drill Rayward Life Technology Co., Ltd 87001
monofilament suture Rayward Life Technology Co., Ltd 250-280g
NeuN antibody Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd GB11138
OCT embedding agent BIOSHARP BL557A
Penicillin sodium Chengdu Kelong Chemical Co., Ltd. 17121709-2
Quick Antigen Retrieval Solution for Frozen Sections Beyotime Biotechnology Co., LTD P0090
SD rats SPF ( Beijing ) Biotechnology Co.,Ltd. 250-280g
Triton X-100 Beyotime Biotechnology Co., LTD ST795
TTC Chengdu Kelong Chemical Co., Ltd. 2019030101

参考文献

  1. Paul, S., Candelario-Jalil, E. Emerging neuroprotective strategies for the treatment of ischemic stroke: An overview of clinical and preclinical studies. Exp Neurol. 335, 113518 (2021).
  2. Feigin, V. L., Owolabi, M. O. Pragmatic solutions to reduce the global burden of stroke: a World Stroke Organization-Lancet Neurology Commission. Lancet Neurol. 22 (12), 1160-1206 (2023).
  3. Putaala, J. Ischemic Stroke in Young Adults. Continuum (Minneapolis, Minn). 26 (2), 386-414 (2020).
  4. Girotra, T., Lekoubou, A., Bishu, K. G., Ovbiagele, B. A contemporary and comprehensive analysis of the costs of stroke in the United States. J Neurol Sci. 410, 116643 (2020).
  5. Howells, D. W., et al. Different strokes for different folks: The rich diversity of animal models of focal cerebral ischemia. JCBFM. 30 (8), 1412-1431 (2010).
  6. Matur, A. V., et al. Translating animal models of ischemic stroke to the human condition. Transl Stroke Res. 14 (6), 842-853 (2023).
  7. O’Collins, V. E., et al. 1,026 experimental treatments in acute stroke. Ann Neurol. 59 (3), 467-477 (2006).
  8. Koizumi, J., Yoshida, Y., Nakazawa, T., Ooneda, G. Experimental studies of ischemic brain edema 1. A new experimental model of cerebral embolism in rats in which recirculation can be introduced in the ischemic area. Nosotchu. , 1-7 (1986).
  9. 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).
  10. Faber, J. E., Moore, S. M., Lucitti, J. L., Aghajanian, A., Zhang, H. Sex differences in the cerebral collateral circulation. Transl Stroke Res. 8 (3), 273-283 (2017).
  11. Justić, H., et al. Redefining the Koizumi model of mouse cerebral ischemia: A comparative longitudinal study of cerebral and retinal ischemia in the Koizumi and Longa middle cerebral artery occlusion models. J Cereb Blood Flow Metab. 42 (11), 2080-2094 (2022).
  12. Li, Y., et al. Comparison of cerebral microcirculation perfusion in rat models of middle cerebral artery occlusion prepared through common carotid artery insertion and external carotid artery insertion. CJTER. 27 (11), 1683-1691 (2023).
  13. Dittmar, M., Spruss, T., Schuierer, G., Horn, M. External carotid artery territory ischemia impairs outcome in the endovascular filament model of middle cerebral artery occlusion in rats. Stroke. 34 (9), 2252-2257 (2003).
  14. Trueman, R. C., et al. A critical re-examination of the intraluminal filament MCAO model: impact of external carotid artery transection. Transl Stroke Res. 2 (4), 651-661 (2011).
  15. Ziegler, K. A., et al. Local sympathetic denervation attenuates myocardial inflammation and improves cardiac function after myocardial infarction in mice. Cardiovasc Res. 114 (2), 291-299 (2018).
  16. Pitoulis, F. G., et al. Remodelling of adult cardiac tissue subjected to physiological and pathological mechanical load in vitro. Cardiovasc Res. 118 (3), 814-827 (2022).
  17. Ma, R., et al. Animal models of cerebral ischemia: A review. Biomed Pharmacother. 131, 110686 (2020).
  18. Belayev, L., et al. Docosanoids promote neurogenesis and angiogenesis, blood-brain barrier integrity, penumbra protection, and neurobehavioral recovery after experimental ischemic stroke. Mol Neurobiol. 55 (8), 7090-7106 (2018).
  19. Guo, H., et al. Carthamin yellow improves cerebral ischemia-reperfusion injury by attenuating inflammation and ferroptosis in rats. Int J Mol Med. 47 (4), 52 (2021).
  20. Chia, N. H., et al. Determining the number of ischemic strokes potentially eligible for endovascular thrombectomy: a population-based study. Stroke. 47 (5), 1377-1380 (2016).
  21. Henninger, N., Fisher, M. Extending the time window for endovascular and pharmacological reperfusion. Transl Stroke Res. 7 (4), 284-293 (2016).
  22. Zhang, P. L., et al. Use of Intravenous thrombolytic therapy in acute ischemic stroke patients: evaluation of clinical outcomes. Cell Biochem Biophys. 72 (1), 11-17 (2015).
  23. Morris, G. P., et al. A comparative study of variables influencing ischemic injury in the Longa and Koizumi methods of intraluminal filament middle cerebral artery occlusion in mice. PLOS One. 11 (2), e0148503 (2016).
  24. Smith, H. K., Russell, J. M., Granger, D. N., Gavins, F. N. Critical differences between two classical surgical approaches for middle cerebral artery occlusion-induced stroke in mice. J Neurosci Methods. 249, 99-105 (2015).
  25. Dittmar, M. S., et al. The role of ECA transection in the development of masticatory lesions in the MCAO filament model. Exp Neurol. 195 (2), 372-378 (2005).
  26. Lourbopoulos, A., et al. Inadequate food and water intake determine mortality following stroke in mice. J Cereb Blood Flow Metab. 37 (6), 2084-2097 (2017).
  27. Ogishima, H., et al. Ligation of the pterygopalatine and external carotid arteries induces ischemic damage in the murine retina. Invest Ophth Vis Sci. 52 (13), 9710-9720 (2011).
  28. Irvine, H. J., et al. Reperfusion after ischemic stroke is associated with reduced brain edema. J Cereb Blood Flow Metab. 38 (10), 1807-1817 (2018).
  29. Carmichael, S. T. Rodent models of focal stroke: Size, mechanism, and purpose. NeuroRx. 2 (3), 396-409 (2005).
  30. Dirnagl, U., Dirnagl, U. Bench to bedside: The quest for quality in experimental stroke research. J Cereb Blood Flow Metab. 26 (12), 1465-1478 (2006).
  31. Ingberg, E., Dock, H., Theodorsson, E., Theodorsson, A., Ström, J. O. Method parameters’ impact on mortality and variability in mouse stroke experiments: A meta-analysis. Sci Rep. 6, 21086 (2016).
  32. McColl, B. W., Carswell, H. V., McCulloch, J., Horsburgh, K. Extension of cerebral hypoperfusion and ischaemic pathology beyond MCA territory after intraluminal filament occlusion in C57Bl/6J mice. Brain Res. 997 (1), 15-23 (2004).
  33. Kitagawa, K., et al. Cerebral ischemia after bilateral carotid artery occlusion and intraluminal suture occlusion in mice: Evaluation of the patency of the posterior communicating artery. J Cereb Blood Flow Metab. 18 (5), 570-579 (1998).
  34. Trotman-Lucas, M., Kelly, M. E., Janus, J., Fern, R., Gibson, C. L. An alternative surgical approach reduces variability following filament induction of experimental stroke in mice. Dis Model Mech. 10 (7), 931-938 (2017).

Play Video

記事を引用
Ma, R., Yang, H., Liang, J., Lu, D., Xie, Q., Zeng, X., Guo, J. A Modified Model Preparation for Middle Cerebral Artery Occlusion Reperfusion. J. Vis. Exp. (207), e67060, doi:10.3791/67060 (2024).

View Video