Farelerde Orta Serebral Arter Oklüzyonu Kaynaklı İnme Sonrası Ensefalomiyosinanjiyoz Tedavisi İçin Bir Model
Summary
Protokol, moyamoya dışı akut iskemik inmenin tedavisi için ensefalomiyosinanjiyozis-iskemik beyin dokusunun pial yüzeyine vasküler temporalis kas flebinin greftlenmesi için yöntemler sağlamayı amaçlamaktadır. Yaklaşımın anjiyogenezi arttırmadaki etkinliği, farelerde geçici bir orta serebral arter tıkanıklığı modeli kullanılarak değerlendirilir.
Abstract
İskemik inme geçiren hastaların çoğu için etkili bir tedavi mevcut değildir, bu da yeni terapötiklerin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Beynin iskemik inme sonrası kendi kendini iyileştirme yeteneği, etkilenen bölgedeki yetersiz kan akımı ile sınırlıdır. Ensefalomiyosinanjiyoz (EMS), moyamoya hastalığı olan hastalarda anjiyogenezi sağlayan nöroşirürjik bir prosedürdür. İskemik beyin yüzeyine vasküler temporalis kas greftinin yerleştirilmesi ile kraniyotomi içerir. EMS, farelerde akut iskemik inme ortamında hiç çalışılmamıştır. Bu çalışmayı yönlendiren hipotez, EMS’nin kas greftini çevreleyen kortikal yüzeyde serebral anjiyogenezi arttırmasıdır. Burada gösterilen protokol prosedürü açıklar ve EMS yaklaşımının fizibilitesini ve etkinliğini destekleyen ilk verileri sağlar. Bu protokolde, 60 dakikalık geçici orta serebral arter tıkanıklığından (MCAo) sonra, fareler MCAo veya MCAo + EMS tedavisine randomize edildi. EMS oklüzyondan 3-4 saat sonra yapıldı. Fareler, MCAo veya MCAo + EMS tedavisinden 7 veya 21 gün sonra kurban edildi. Temporalis greft canlılığı nikotinamid adenin dinükleotid indirgenmiş-tetrazolyum redüktaz testi kullanılarak ölçüldü. Bir fare anjiyogenez dizisi, anjiyojenik ve nöromodülatör protein ekspresyonunu ölçtü. İmmünohistokimya, beyin korteksi ile greft bağını ve damar yoğunluğundaki değişimi görselleştirmek için kullanıldı. Buradaki ön veriler, aşılanmış kasın EMS’den 21 gün sonra canlı kaldığını göstermektedir. İmmün boyama, başarılı greft implantasyonu ve kas greftinin yakınındaki damar yoğunluğunda artış gösterdi ve bu da anjiyogenezin arttığını gösterdi. Veriler, EMS’nin fibroblast büyüme faktörünü (FGF) arttırdığını ve inme sonrası osteopontin seviyelerini azalttığını göstermektedir. Ek olarak, inme sonrası EMS, protokolün güvenli ve güvenilir olduğunu düşündüren mortaliteyi arttırmamıştır. Bu yeni prosedür etkili ve iyi tolere edilir ve akut iskemik inme sonrası gelişmiş anjiyogenez için yeni müdahaleler hakkında bilgi sağlama potansiyeline sahiptir.
Introduction
İskemik inme, yıkıcı kronik sekelleri olan akut nörovasküler bir yaralanmadır. ABD’de inme mağdurlarının çoğu, yılda 650.000, kalıcı fonksiyonel sakatlıktan muzdariptir1. Mevcut tedavilerin hiçbiri, iskemik inmenin akut fazından sonra nöroproteksiyon ve fonksiyonel iyileşme sağlamaz. Akut iskemik inmeden sonra, hem doğrudan hem de kollateral kan kaynakları azalır, bu da beyin hücrelerinin ve ağlarının işlev bozukluğuna yol açar ve ani nörolojik defisitlere neden olur 2,3. İskemik bölgeye kan akışının restorasyonu, inme tedavisinin en önemli hedefi olmaya devam etmektedir. Bu nedenle, iskemik bölgede kan akışını teşvik etmek için anjiyogenezi arttırmak umut verici bir terapötik yaklaşımdır; Bununla birlikte, eritropoietin, statinler ve büyüme faktörleri de dahil olmak üzere inme sonrası anjiyogenezi teşvik etmek için daha önce çalışılan yöntemler, kabul edilemez toksisite veya çevrilebilirlik seviyeleri ile sınırlandırılmıştır4.
Ensefalomiyosinanjiyoz (EMS), sıklıkla inmeye yol açan daralmış kraniyal arterlerin bir durumu olan moyamoya hastalığı olan insanlarda serebral anjiyogenezi artıran cerrahi bir prosedürdür. EMS, hastanın temporalis kasının vasküler bir bölümünün kafatasından kısmen ayrılmasını, ardından kraniyotomi ve kasın etkilenen kortekse aşılanmasını içerir. Bu prosedür iyi tolere edilir ve serebral anjiyogenezi indükleyerek moyamoya hastalığı olan hastalarda iskemik inme riskini azaltır 5,6. Bu nedenle, prosedür bu hastalarda büyük ölçüde önleyici bir rol oynamaktadır. Bu işlemin getirdiği anjiyogenez, iskemik inme ortamında nörovasküler koruma ve iyileşmeyi teşvik etmede de rol oynayabilir. Bu rapor, EMS tarafından ortaya çıkarılan anjiyogenezin, serebral iskemi için anlayış ve terapötik seçenekleri genişletme potansiyeline sahip olduğu hipotezini desteklemektedir.
EMS’nin yanı sıra, anjiyogenezi iyileştirmek için çeşitli farmakolojik ve cerrahi yaklaşımlar vardır, ancak bunların birkaç sınırlaması vardır. Vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF) uygulaması gibi farmakolojik yaklaşımların, tümör dokularında bulunanlara benzeyen kaotik, düzensiz, sızıntılı ve ilkel vasküler pleksusların oluşumu da dahil olmak üzere çeşitli sınırlamalar nedeniyle yetersiz veya hatta zararlı olduğu bulunmuştur 7,8 ve klinik çalışmalarda yararlı etkileri yoktur9.
Cerrahi yaklaşımlar arasında yüzeyel temporal arter-orta serebral arter anastomozu gibi direkt anastomozlar, ensefalo-duro arterio-sinanjiyoz (EDAS), ensefalomiyosinanjiyoz (EMS) gibi indirekt anastomozlar ve direkt ve indirekt anastomoz kombinasyonları10 yer almaktadır. Tüm bu prosedürler, EMS hariç, küçük hayvanlarda teknik olarak çok zorlu ve talepkardır. Diğer prosedürler kompleks vasküler anastomoz gerektirirken, EMS nispeten basit bir kas grefti gerektirir. Dahası, temporalis kasının kortekse yakınlığı, aşılama için doğal bir seçim olmasını sağlar, çünkü aşılama için daha uzak bir kas kullanıldığında gerekli olacağı gibi, kan kaynağından tamamen eksize edilmesi veya ayrılması gerekmez.
EMS, sıçanlarda kronik serebral hipoperfüzyon modellerinde incelenmiştir 7,11. Bununla birlikte, temporalis kas grefti kullanan EMS, kemirgenlerde akut iskemik inmede hiç çalışılmamıştır. Burada, orta serebral arter tıkanıklığı modeli (MCAo) ile iskemik inme sonrası farelerde EMS’nin yeni bir protokolünü tanımladık. Bu makale, MCAo’dan sonra farelerde EMS’nin bu yeni yaklaşımı için yöntemlerin ve erken verilerin bir açıklaması olarak hizmet vermektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokol, MCAo kaynaklı inmenin fare modelinde başarılı bir EMS prosedürünü açıklar. Veriler, aşılanmış dokunun canlı kaldığını ve EMS ameliyatından çok sonra beyin korteksi ile bağlar oluşturabileceğini göstermektedir. Bu bulgular, inme bölgesinde yavaş yavaş zengin vasküler trofik bir ortam geliştirmek için serebral kas grefti kullanmanın mantığını desteklemektedir. EMS, aynı ortamda enfarktüslü serebral dokuyu potansiyel olarak onarmak için umut verici bir terapidir.
<p cl…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Araştırma Mükemmellik Programı-UConn Health (Ketan R Bulsara ve Rajkumar Verma’ya) ve UConn Health start-up’ı (Rajkumar Verma’ya) tarafından desteklenmiştir.
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. Neuroscience. 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).
