Analyse van cerebrale vasospasme in een murien model van subarachnoïdale bloeding met hoogfrequente transcraniële duplex echografie
Summary
Het doel van dit manuscript is om een sonografie-gebaseerde methode te presenteren die in vivo beeldvorming van de bloedstroom in cerebrale slagaders bij muizen mogelijk maakt. We demonstreren de toepassing ervan om veranderingen in de bloedstroomsnelheden te bepalen die verband houden met vasospasme in muriene modellen van subarachnoïdale bloeding (SAH).
Abstract
Cerebrale vasospasme die optreedt in de weken na subarachnoïdale bloeding, een soort hemorragische beroerte, draagt bij aan vertraagde cerebrale ischemie. Een probleem dat wordt aangetroffen in experimentele studies met muriene modellen van SAH is dat methoden voor in vivo monitoring van cerebrale vasospasme bij muizen ontbreken. Hier demonstreren we de toepassing van hoogfrequente echografie om transcraniële Duplex sonografie-onderzoeken op muizen uit te voeren. Met behulp van de methode konden de interne halsslagaders (ICA) worden geïdentificeerd. De bloedstroomsnelheden in de intracraniële ICAs werden aanzienlijk versneld na inductie van SAH, terwijl de bloedstroomsnelheden in de extracraniële ICA’s laag bleven, wat wijst op cerebrale vasospasme. Concluderend, de hier gedemonstreerde methode maakt functionele, niet-invasieve in vivo monitoring van cerebrale vasospasme in een murien SAH-model mogelijk.
Introduction
Spontane subarachnoïdale bloeding (SAH) is een vorm van hemorragische beroerte meestal veroorzaakt door de ruptuur van een intracranieel aneurysma1. De neurologische uitkomst wordt voornamelijk beïnvloed door twee factoren: vroeg hersenletsel (EBI), dat wordt veroorzaakt door de effecten van de bloeding en de bijbehorende voorbijgaande globale cerebrale ischemie, en vertraagde cerebrale ischemie (DCI), die optreedt in de weken na de bloeding2,3. DCI werd gemeld bij maximaal 30% van de SAH-patiënten2. De pathofysiologie van DCI omvat angiografisch cerebraal vasospasme, een verstoorde microcirculatie veroorzaakt door microvasospasmen en microtrombose, corticale verspreiding van depressies en effecten veroorzaakt door ontsteking4. Helaas blijft de exacte pathofysiologie onduidelijk en is er geen behandeling beschikbaar die effectief DCI3voorkomt. Daarom wordt DCI onderzocht in veel klinische en experimentele studies.
Tegenwoordig gebruiken de meeste experimentele studies over SAH modellen voor kleine dieren, vooral bij muizen5,6,7,8,9,10,11,12,13. In dergelijke studies wordt cerebrale vasospasme vaak onderzocht als eindpunt. Het is gebruikelijk om de mate van vasospasme ex vivo te bepalen. Dit komt omdat niet-invasieve methoden voor in vivo onderzoek van cerebrale vasospasme die korte anesthesietijd vereisen en slechts weinig leed aan de dieren opleggen, ontbreken. Onderzoek van cerebrale vasospasme in vivo zou echter voordelig zijn. Dit komt omdat het longitudinale in vivo studies naar vasospasme bij muizen mogelijk zou maken (d.w.z. beeldvorming van cerebrale vasospasme op verschillende tijdstippen tijdens de dagen na inductie van SAH). Dit zou de vergelijkbaarheid van gegevens die op verschillende tijdstippen zijn verkregen, vergroten. Bovendien is het gebruik van een longitudinaal studieontwerp een strategie om het aantal dieren te verminderen.
Hier demonstreren we het gebruik van hoogfrequente transcraniële echografie om de bloedstroom in cerebrale slagaders bij muizen te bepalen. We laten zien dat, vergelijkbaar met transcraniële Doppler sonografie (TCD) of transcraniële kleurgecodeerde Duplex sonografie (TCCD) in klinische praktijk14,15,16,17,18, deze methode kan worden gebruikt om cerebrale vasospasme te controleren door de bloedstroomsnelheden van de intracraniële slagaders na SAH-inductie in het muriene model te meten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Voor zover wij weten, is deze studie de eerste die een protocol presenteert voor het monitoren van cerebrale vasospasme in een murien model van SAH met hoogfrequente transcraniële kleurgecodeerde Duplex echografie. We laten zien dat deze methode een toename van intracraniële bloedstroomsnelheden kan meten na SAH-inductie bij muizen. In de menselijke geneeskunde is dit fenomeen bekend3,15. Verschillende klinische studies hebben aangetoond dat verhoogde bloedstro…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen Stefan Kindel bedanken voor de voorbereiding van de illustraties in de video. PW, MM en SHK werden ondersteund door het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek (BMBF 01EO1503). Het werk werd ondersteund door een large instrumentation grant van de German Research Foundation (DFG INST 371/47-1 FUGG). MM werd gesteund door een subsidie van Else Kröner-Fresenius-Stiftung (2020_EKEA.144).
Materials
| Balea hair removal creme | Balea; Germany | ASIN B0759XM39V | hair removal creme |
| C57BL/6N mice | Janvier; Saint-Berthevin Cedex, France | n.a. | mice |
| Corneregel | Bausch&Lomb; Rochester, NY, USA | REF 81552983 | eye ointment, lube |
| cotton swabs | Hecht Assistent; Sondenheim vor der Röhn, Germany | REF 44302010 | cotton swabs |
| Ecco-XS razor | Tondeo; Soligen, Germany | DE 28693396 | razor |
| Electrode cream | GE; Boston, MA, USA | REF 21708318 | conductive paste |
| Heating plate | Medax; Kiel, Germany | 2005-205-01 | |
| Isoflurane | Abvie; Wiesbaden, Germany | n.a. | volatile anesthetic |
| Leukofix | BSN medical; Hamburg, Germany | REF 02137-00 | tape |
| Mechanical arm + micromanipulator | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | P/N 11277 | |
| Microbac tissues | Paul Hartmann AG; Hamburg, Germany | REF 981387 | antimicrobial tissues |
| MZ400, 38 MHz linear array transducer | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | REF 51068-30 | ultrasound transducer |
| Sonosid | ASID Bonz GmbH; Herrenberg, Germany | REF 782010 | ultrasonography gel |
| Ultrasound platform with heating plate and ECG-recording | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | P/N 11179 | |
| UniVet-Porta | Groppler; Oberperasberg, Germany | S/N BKGM0437 | isoflurane vaporizer |
| Vevo3100 | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | REF 51073-45 | ultrasonography device |
| VevoLab software | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | n.a. | evaluation software |
References
- Macdonald, R. L., Schweizer, T. A. Spontaneous subarachnoid haemorrhage. Lancet. 389 (10069), 655-666 (2017).
- Macdonald, R. L. Delayed neurological deterioration after subarachnoid haemorrhage. Nature Reviews Neurology. 10 (1), 44-58 (2014).
- Francoeur, C. L., Mayer, S. A. Management of delayed cerebral ischemia after subarachnoid hemorrhage. Critical Care. 20 (1), 277 (2016).
- van Lieshout, J. H., et al. An introduction to the pathophysiology of aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Neurosurgical Review. , (2017).
- Altay, T., et al. A novel method for subarachnoid hemorrhage to induce vasospasm in mice. J Neurosci Methods. 183 (2), 136-140 (2009).
- Momin, E. N., et al. Controlled delivery of nitric oxide inhibits leukocyte migration and prevents vasospasm in haptoglobin 2-2 mice after subarachnoid hemorrhage. Neurosurgery. 65 (5), 937-945 (2009).
- Froehler, M. T., et al. Vasospasm after subarachnoid hemorrhage in haptoglobin 2-2 mice can be prevented with a glutathione peroxidase mimetic. Journal of Clinical Neuroscience. 17 (9), 1169-1172 (2010).
- Provencio, J. J., Altay, T., Smithason, S., Moore, S. K., Ransohoff, R. M. Depletion of Ly6G/C(+) cells ameliorates delayed cerebral vasospasm in subarachnoid hemorrhage. Journal of Neuroimmunology. 232 (1-2), 94-100 (2011).
- Kamp, M. A., et al. Evaluation of a murine single-blood-injection SAH model. PLoS One. 9 (12), 114946 (2014).
- Luh, C., et al. The Contractile Apparatus Is Essential for the Integrity of the Blood-Brain Barrier After Experimental Subarachnoid Hemorrhage. Translational Stroke Research. , (2018).
- Neulen, A., et al. A Volumetric Method for Quantification of Cerebral Vasospasm in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage. Journal of Visualized Experiments. (137), (2018).
- Neulen, A., et al. Large Vessel Vasospasm Is Not Associated with Cerebral Cortical Hypoperfusion in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage. Translational Stroke Research. , (2018).
- Neulen, A., et al. Neutrophils mediate early cerebral cortical hypoperfusion in a murine model of subarachnoid haemorrhage. Scientific Reports. 9 (1), 8460 (2019).
- Neulen, A., et al. Volumetric analysis of intracranial vessels: a novel tool for evaluation of cerebral vasospasm. Int J Comput Assist Radiol Surg. 14 (1), 157-167 (2019).
- Washington, C. W., Zipfel, G. J. Participants in the International Multi-disciplinary Consensus Conference on the Critical Care Management of Subarachnoid, H. Detection and monitoring of vasospasm and delayed cerebral ischemia: a review and assessment of the literature. NeuroCritical Care. 15 (2), 312-317 (2011).
- Greke, C., et al. Image-guided transcranial Doppler sonography for monitoring of defined segments of intracranial arteries. Journal of Neurosurgical Anesthesiology. 25 (1), 55-61 (2013).
- Neulen, A., Prokesch, E., Stein, M., Konig, J., Giese, A. Image-guided transcranial Doppler sonography for monitoring of vasospasm after subarachnoid hemorrhage. Clinical Neurology and Neurosurgery. 145, 14-18 (2016).
- Neulen, A., et al. Image-Guided Transcranial Doppler Ultrasound for Monitoring Posthemorrhagic Vasospasms of Infratentorial Arteries: A Feasibility Study. World Neurosurgery. 134, 284-291 (2020).
- Neulen, A., et al. Correlation of cardiac function and cerebral perfusion in a murine model of subarachnoid hemorrhage. Scientific Reports. 11 (1), 3317 (2021).
- Neulen, A., et al. A segmentation-based volumetric approach to localize and quantify cerebral vasospasm based on tomographic imaging data. PLoS One. 12 (2), 0172010 (2017).
- Marbacher, S., et al. Systematic Review of In Vivo Animal Models of Subarachnoid Hemorrhage: Species, Standard Parameters, and Outcomes. Translational Stroke Research. , (2018).
- Figueiredo, G., et al. Comparison of digital subtraction angiography, micro-computed tomography angiography and magnetic resonance angiography in the assessment of the cerebrovascular system in live mice. Clinical Neuroradiology. 22 (1), 21-28 (2012).
- Lindegaard, K. F., Nornes, H., Bakke, S. J., Sorteberg, W., Nakstad, P. Cerebral vasospasm diagnosis by means of angiography and blood velocity measurements. Acta Neurochirurgica. 100 (1-2), 12-24 (1989).
- Cassia, G. S., Faingold, R., Bernard, C., Sant’Anna, G. M. Neonatal hypoxic-ischemic injury: sonography and dynamic color Doppler sonography perfusion of the brain and abdomen with pathologic correlation. American Journal of Roentgenology. 199 (6), 743-752 (2012).
- Shen, Q., Stuart, J., Venkatesh, B., Wallace, J., Lipman, J. Inter observer variability of the transcranial Doppler ultrasound technique: impact of lack of practice on the accuracy of measurement. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 15 (3-4), 179-184 (1999).
