نموذج لعلاج التهاب الأوعية الدموية الدماغية بعد السكتة الدماغية الناجمة عن انسداد الشريان الدماغي الأوسط في الفئران
Summary
يهدف البروتوكول إلى توفير طرق لتطعيم العضلة العجزية الصدغية الوعائية على السطح العمودي لأنسجة المخ الإقفارية – لعلاج السكتة الدماغية الإقفارية الحادة غير المويامويا. يتم تقييم فعالية النهج في زيادة تولد الأوعية الدموية باستخدام نموذج انسداد الشريان الدماغي الأوسط العابر في الفئران.
Abstract
لا يوجد علاج فعال متاح لمعظم المرضى الذين يعانون من السكتة الدماغية الإقفارية ، مما يجعل تطوير علاجات جديدة أمرا حتميا. قدرة الدماغ على الشفاء الذاتي بعد السكتة الدماغية الإقفارية محدودة بسبب عدم كفاية إمدادات الدم في المنطقة المتأثرة. Encephalomyosynangiosis (EMS) هو إجراء جراحي عصبي يحقق تولد الأوعية الدموية في المرضى الذين يعانون من مرض المويامويا. وهو ينطوي على بضع القحف مع وضع طعم العضلات الصدغية الوعائية على سطح الدماغ الإقفاري. لم تتم دراسة EMS أبدا في وضع السكتة الدماغية الإقفارية الحادة في الفئران. الفرضية التي تقود هذه الدراسة هي أن EMS يعزز تولد الأوعية الدماغية على السطح القشري المحيط بطعم العضلات. يصف البروتوكول الموضح هنا الإجراء ويوفر بيانات أولية تدعم جدوى وفعالية نهج EMS. في هذا البروتوكول ، بعد 60 دقيقة من انسداد الشريان الدماغي الأوسط العابر (MCAo) ، تم اختيار الفئران عشوائيا إما لعلاج MCAo أو MCAo + EMS. تم تنفيذ EMS 3-4 ساعة بعد الانسداد. تم التضحية بالفئران بعد 7 أو 21 يوما من علاج MCAo أو MCAo + EMS. تم قياس جدوى الكسب غير المشروع Temporalis باستخدام فحص النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد المختزل المختزل للرباعي. قامت مصفوفة تكوين الأوعية الدموية بالفئران بتحديد حجم تعبير البروتين الوعائي والتعديل العصبي. تم استخدام الكيمياء النسيجية المناعية لتصور الترابط غير المشروع مع قشرة الدماغ والتغير في كثافة الأوعية. تشير البيانات الأولية هنا إلى أن العضلات المطعمة ظلت قابلة للحياة بعد 21 يوما من EMS. أظهر التلطيخ المناعي نجاحا في زرع الكسب غير المشروع وزيادة في كثافة الأوعية بالقرب من الطعم العضلي ، مما يشير إلى زيادة تكوين الأوعية. تشير البيانات إلى أن EMS يزيد من عامل نمو الخلايا الليفية (FGF) ويقلل من مستويات osteopontin بعد السكتة الدماغية. بالإضافة إلى ذلك ، لم يزيد EMS بعد السكتة الدماغية من معدل الوفيات مما يشير إلى أن البروتوكول آمن وموثوق. هذا الإجراء الجديد فعال وجيد التحمل ولديه القدرة على توفير معلومات عن التدخلات الجديدة لتعزيز تكوين الأوعية الدموية بعد السكتة الدماغية الإقفارية الحادة.
Introduction
السكتة الدماغية الإقفارية هي إصابة عصبية وعائية حادة مع عقابيل مزمنة مدمرة. يعاني معظم الناجين من السكتة الدماغية ، 650،000 سنويا ، في الولايات المتحدة من إعاقة وظيفية دائمة1. لا يمنح أي من العلاجات المتاحة الحماية العصبية والتعافي الوظيفي بعد المرحلة الحادة من السكتة الدماغية الإقفارية. بعد السكتة الدماغية الإقفارية الحادة ، تتضاءل إمدادات الدم المباشرة والجانبية مما يؤدي إلى خلل وظيفي في خلايا الدماغ وشبكاته ، مما يؤدي إلى عجز عصبي مفاجئ 2,3. لا تزال استعادة إمدادات الدم إلى المنطقة الإقفارية الهدف الأول لعلاج السكتة الدماغية. وبالتالي ، فإن تعزيز تكوين الأوعية الدموية لتعزيز إمدادات الدم في المنطقة الإقفارية هو نهج علاجي واعد ؛ ومع ذلك ، فإن الطرق التي تمت دراستها سابقا لتعزيز تكوين الأوعية الدموية بعد السكتة الدماغية ، بما في ذلك الإريثروبويتين والستاتين وعوامل النمو ، كانت محدودة بمستويات غير مقبولة من السمية أو قابلية الترجمة4.
Encephalomyosynangiosis (EMS) هو إجراء جراحي يعزز تولد الأوعية الدماغية لدى البشر المصابين بمرض المويامويا ، وهي حالة من الشرايين القحفية الضيقة التي غالبا ما تؤدي إلى السكتة الدماغية. يتضمن EMS انفصالا جزئيا لقسم الأوعية الدموية من العضلة الصدغية للمريض من الجمجمة ، يليه بضع القحف وتطعيم العضلات على القشرة المصابة. هذا الإجراء جيد التحمل ويحفز تولد الأوعية الدماغية ، مما يقلل من خطر الإصابة بالسكتة الدماغية الإقفارية في المرضى الذين يعانون من مرض المويامويا 5,6. وبالتالي ، فإن الإجراء يخدم إلى حد كبير دورا وقائيا في هؤلاء المرضى. قد يكون لتكوين الأوعية الدموية الناجم عن هذا الإجراء أيضا دور في تعزيز الحماية العصبية الوعائية والتعافي في وضع السكتة الدماغية الإقفارية. يدعم هذا التقرير الفرضية القائلة بأن تولد الأوعية الدموية الناجم عن EMS لديه القدرة على توسيع فهم والخيارات العلاجية لنقص التروية الدماغية.
بجانب EMS ، هناك العديد من الأساليب الدوائية والجراحية لتحسين تولد الأوعية الدموية ، ولكن لديهم العديد من القيود. تم العثور على النهج الدوائية مثل إدارة عامل النمو البطاني الوعائي (VEGF) غير كافية أو حتى ضارة بسبب العديد من القيود ، بما في ذلك تشكيل الضفائر الوعائية الفوضوية وغير المنظمة والمتسربة والبدائية ، والتي تشبه تلك الموجودة في أنسجة الورم 7,8 وليس لها آثار مفيدة في التجارب السريرية9.
تشمل الأساليب الجراحية مفاغرة مباشرة مثل مفاغرة الشريان الصدغي السطحي – الشريان الدماغي الأوسط ، والمفاغرة غير المباشرة مثل مفاغرة الشرايين الدماغية – الشرايين – الشرايين (EDAS) ، و encephalomyosyniangiosis (EMS) ، ومجموعات من المفاغرة المباشرة وغير المباشرة10. كل هذه الإجراءات صعبة للغاية من الناحية الفنية وتتطلب في الحيوانات الصغيرة ، باستثناء EMS. في حين أن الإجراءات الأخرى تتطلب مفاغرة الأوعية الدموية المعقدة ، يتطلب EMS ترقيعا عضليا بسيطا نسبيا. علاوة على ذلك ، فإن قرب العضلة الصدغية من القشرة يجعلها خيارا طبيعيا للتطعيم ، حيث لا تحتاج إلى استئصالها أو فصلها تماما عن إمدادات الدم ، كما هو ضروري إذا تم استخدام عضلة أبعد للتطعيم.
تمت دراسة EMS في نماذج نقص التروية الدماغية المزمنة في الفئران 7,11. ومع ذلك ، لم تتم دراسة EMS باستخدام طعم العضلات الصدغي في السكتة الدماغية الإقفارية الحادة في القوارض. هنا ، نصف بروتوكولا جديدا ل EMS في الفئران بعد السكتة الدماغية الإقفارية عبر نموذج انسداد الشريان الدماغي الأوسط (MCAo). هذه المخطوطة بمثابة وصف للطرق والبيانات المبكرة لهذا النهج الجديد من EMS في الفئران بعد MCAo.
Protocol
Representative Results
Discussion
يصف هذا البروتوكول إجراء EMS ناجحا في نموذج الماوس للسكتة الدماغية التي يسببها MCAo. تظهر البيانات أن الأنسجة المطعمة لا تزال قابلة للحياة ويمكن أن تشكل روابط مع قشرة الدماغ بعد فترة طويلة من جراحة EMS. تدعم هذه النتائج الأساس المنطقي لاستخدام طعم العضلات الدماغية لتطوير بيئة غذائية غنية بالأ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من قبل برنامج التميز البحثي – UConn Health (إلى Ketan R Bulsara و Rajkumar Verma) وبدء تشغيل UConn Health (إلى 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 |
References
- Stroke, Last updated 10/22/20. , (2020).
- 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).
- Arai, K., et al. Cellular mechanisms of neurovascular damage and repair after stroke. Journal of Child Neurology. 26 (9), 1193-1198 (2011).
- Ergul, A., Alhusban, A., Fagan, S. C. Angiogenesis: a harmonized target for recovery after stroke. Stroke. 43 (8), 2270-2274 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- Srivastava, P., et al. Neuroprotective and neuro-rehabilitative effects of acute purinergic receptor P2X4 (P2X4R) blockade after ischemic stroke. Experimental Neurology. , 329 (2020).
- 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).
- 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).
- Cao, Y. Therapeutic angiogenesis for ischemic disorders: what is missing for clinical benefits. Discovery Medicine. 9 (46), 179-184 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Khansari PS, ., Halliwell RF, . Mechanisms Underlying Neuroprotection by the NSAID Mefenamic Acid in an Experimental Model of Stroke. (64), (2019).
- 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).
- 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).
- 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).
- Im, K., Mareninov, S., Diaz, M. F. P., Yong, W. H. An introduction to performing immunofluorescence staining. Methods in Molecular Biology. , 299-311 (2019).
- 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).
- Jiao, C., et al. Visualization of mouse choroidal and retinal vasculature using fluorescent tomato lectin perfusion. Translational Vision Science and Technology. 9 (1), (2020).
- 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).
- Liu, X., et al. Osteoclasts protect bone blood vessels against senescence through the angiogenin/plexin-B2 axis. Nature Communications. 12 (1), 1832 (2021).
- 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).
- 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).
- 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).
- Xu, H. Protective effects of mutant of acidic fibroblast growth factor against cerebral ischaemia-reperfusion injury in rats. Injury. 40 (9), 963-967 (2009).
- Tsai, M. J., et al. Acidic FGF promotes neurite outgrowth of cortical neurons and improves neuroprotective effect in a cerebral ischemic rat model. 신경과학. 305, 238-247 (2015).
- Meller, R., et al. Neuroprotection by osteopontin in stroke. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 25 (2), 217-225 (2005).
- Meseguer, E., et al. Osteopontin predicts three-month outcome in stroke patients treated by reperfusion therapies. Journal of Clinical Medicine. 9 (12), 4028 (2020).
- Zhu, Z., et al. Plasma osteopontin levels and adverse clinical outcomes after ischemic stroke. Atherosclerosis. 332, 33-40 (2021).
