Modèle d’occlusion transitoire de l’artère cérébrale moyenne de l’AVC
Summary
Ce protocole décrit le modèle d’ischémie cérébrale focale transitoire chez la souris par occlusion intraluminale de l’artère cérébrale moyenne. De plus, des exemples d’évaluation des résultats sont présentés à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique et de tests comportementaux.
Abstract
L’AVC est l’une des principales causes de décès ou d’invalidité chronique dans le monde. Néanmoins, les traitements optimaux existants se limitent aux thérapies de reperfusion pendant la phase aiguë de l’AVC ischémique. Pour mieux comprendre la physiopathologie de l’AVC et développer des approches thérapeutiques innovantes, les modèles in vivo d’AVC chez les rongeurs jouent un rôle fondamental. La disponibilité d’animaux génétiquement modifiés a particulièrement favorisé l’utilisation de souris comme modèles expérimentaux d’AVC.
Chez les patients victimes d’un AVC, l’occlusion de l’artère cérébrale moyenne (ACM) est un phénomène fréquent. Par conséquent, le modèle expérimental le plus répandu implique l’occlusion intraluminale de l’ACM, une technique peu invasive qui ne nécessite pas de craniectomie. Cette procédure consiste à insérer un monofilament à travers l’artère carotide externe (ECA) et à le faire progresser à travers l’artère carotide interne (ICA) jusqu’à ce qu’il atteigne le point de ramification de l’ACM. Après une occlusion artérielle de 45 min, le monofilament est retiré pour permettre la reperfusion. Tout au long du processus, le flux sanguin cérébral est surveillé pour confirmer la réduction lors de l’occlusion et la récupération ultérieure lors de la reperfusion. Les résultats neurologiques et tissulaires sont évalués à l’aide de tests comportementaux et d’études d’imagerie par résonance magnétique (IRM).
Introduction
L’accident vasculaire cérébral est une maladie dévastatrice qui touche environ 15 millions de personnes dans le monde chaque année, selon l’OMS. Environ un tiers des patients succombent à la maladie, tandis qu’un autre tiers souffre d’une invalidité permanente. L’accident vasculaire cérébral est une pathologie complexe impliquant divers types de cellules, telles que les cellules immunitaires neurales et périphériques, le système vasculaire et les réponses systémiques1. Le réseau complexe de réactions déclenchées par un accident vasculaire cérébral au niveau du système ne peut actuellement pas être reproduit à l’aide de modèles in vitro . Ainsi, les modèles animaux expérimentaux sont essentiels pour approfondir les mécanismes de la maladie et pour développer et tester de nouvelles thérapies. À l’heure actuelle, la reperfusion tissulaire précoce est la seule intervention approuvée, soit par thrombolyse avec activateur du plasminogène de type tissulaire (tPA), soit par thrombectomieendovasculaire 1.
Les occlusions de l’artère cérébrale moyenne (ACM) sont fréquentes chez les patients victimes d’un AVC. Par conséquent, des modèles d’occlusion transitoire de MCA (tMCAo) chez les rongeurs ont été initialement développés chez le rat 2,3,4. De nos jours, les souris génétiquement modifiées sont les animaux les plus couramment utilisés dans les modèles expérimentaux d’AVC. Dans cette étude, nous décrivons un modèle mini-invasif de tMCAo intraluminal chez la souris. L’approche est réalisée par l’artère carotide au niveau du cou, sans craniectomie.
La durée de la période d’occlusion est un facteur critique qui détermine l’étendue de la lésion ischémique. Même de courtes occlusions de 10 minutes peuvent provoquer une mort neuronale sélective sans infarctus apparent, tandis que des occlusions plus longues, généralement d’une durée de 30 à 60 minutes, entraînent un certain degré d’infarctus cérébral. Contrairement aux branches proximales et distales de l’ACM qui alimentent le cortex et possèdent des collatérales, les artères lenticulo-striatales qui irriguent le striatum n’ont pas de collatérales5. En conséquence, il y a une plus grande réduction du flux sanguin dans le striatum que dans le cortex après tMCAo. Ainsi, les occlusions de 30 min ou moins affectent généralement le striatum mais pas le cortex, tandis que les occlusions plus longues, à partir de 45 min, génèrent souvent une lésion ischémique dans l’ensemble du territoire de l’ACM, y compris le striatum et le cortex dorsolatéral.
Pour assurer le bien-être des souris, nous administrons des analgésiques avant l’intervention et utilisons l’anesthésie pendant la chirurgie. Néanmoins, l’anesthésie peut potentiellement introduire des altérations artificielles dans la physiologie de la souris et affecter certaines mesures de résultats6. L’intervention chirurgicale, lorsqu’elle est effectuée par du personnel expérimenté, dure généralement environ 15 minutes pour induire le MCAo. Par la suite, la durée totale sous anesthésie dépend de la période d’occlusion. Pour les expériences où la minimisation de l’anesthésie est cruciale, une étape alternative de la procédure consiste à arrêter l’anesthésie pendant la période d’occlusion et à la limiter uniquement aux étapes chirurgicales d’insertion et de retrait du filament occlusant le MCA. Cette approche permet de réduire la durée de l’anesthésie et de minimiser ses effets artifiques potentiels sur le modèle expérimental 7,8. Par conséquent, la méthode d’induction de l’ischémie focale transitoire est présentée par occlusion intraluminale du MCA avec deux variantes : avec la souris anesthésiée pendant toute la période d’occlusion ou avec la souris éveillée pendant cette période. Dans les deux cas, une chirurgie simulée doit être réalisée en parallèle de l’intervention effectuée sur les souris ischémiques. De plus, des données sur l’évaluation des résultats sont fournies, mesurées par des tests comportementaux et une IRM à différents moments après la reperfusion. Enfin, les principaux facteurs à prendre en compte lors de la mise en œuvre de la procédure expérimentale sont discutés.
Protocol
Representative Results
Discussion
La procédure tMCAo intraluminale est le modèle le plus couramment utilisé d’ischémie cérébrale focale avec reperfusion dans la recherche fondamentale. À l’heure actuelle, les souris sont le modèle animal privilégié en raison de la disponibilité de souches génétiquement modifiées. Cependant, il est essentiel de reconnaître que les souris génétiquement modifiées et leurs antécédents génétiques peuvent avoir un impact sur la vascularisation du cerveau. La présence d’une circulation collatérale …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Etude financée par la subvention PID2020-113202RB-I00 financée par le Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN)/Agencia Estatal de Investigación (AEI), Gobierno de España/10.13039/501100011033 et le Fonds européen de développement régional (FEDER). Une façon de faire l’Europe ». NCC et MAR ont bénéficié de bourses prédoctorales (PRE2021-099481 et PRE2018-085737, respectivement) financées par MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033 et par le Fonds social européen (FSE) Investir dans votre avenir. Nous remercions Francisca Ruiz-Jaén et Leonardo Márquez-Kisinousky pour leur soutien technique. Nous remercions le soutien de l’installation d’imagerie IRM de l’Institut d’Investigation Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS). Le programme des Centres de Conscience de Catalogne (CERCA) de la Generalitat de Catalunya soutient l’IDIBAPS.
Materials
| 6/0 suture | Arago | Vascular ligatures | |
| 6/0 suture with curved needle | Arago | Skin sutures | |
| 9 mg/mL Saline | Fresenius Kabi | CN616003 EC | For hydration |
| Anaesthesia system | SurgiVet | ||
| Blunt retractors, 1 mm wide | Fine Science Tools | 18200-09 | |
| Buprenorfine | Buprex | For pain relief | |
| Clamp applying forceps | Fine Science Tools | S&T CAF4 | |
| Dumont mini forceps | Fine Science Tools | M3S 11200-10 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 91106-12 | |
| Glue | Loctite | To stick LDF probe to the skull | |
| Grip Strength Meter | IITC Life Science Inc. | #2200 | |
| Isoflurane | B-Braun | CN571105.8 | |
| LDF Perimed | Perimed | Periflux System 5000 | |
| LDF Probe Holders | Perimed | PH 07-4 | |
| Medical tape | |||
| MRI magnet | Bruker BioSpin, Ettlingen, Germany | BioSpec 70/30 horizontal animal scanner | |
| Needle Holder with Suture Cutter | Fine Science Tools | 12002-14 | |
| Nylon filament | Doccol | 701912PK5Re | |
| Recovery cage with heating pad | |||
| Sirgical scissors | Fine Science Tools | 91401-12 | |
| Small vessel cauterizer kit | Fine Science Tools | 18000-00 | |
| Stereomicroscope and cold light | Leica | M60 | |
| Suture tying forceps | Fine Science Tools | 18025-10 | |
| Thermostat, rectal probe and mouse pad | Letica Science Instruments | LE 13206 | |
| Vannas spring scissors (4mm cutting edge) | Fine Science Tools | 15019-10 | |
| Vascular clamps | Fine Science Tools | 00396-01 |
References
- Siddiqi, A. Z., Wadhwa, A. Treatment of acute stroke: current practices and future horizons. Cardiovascular Revascularization Medicine. 49, 56-65 (2023).
- Tamura, A., Graham, D. I., McCulloch, J., Teasdale, G. M. Focal cerebral ischemia in the rat: 1. Description of technique and early neuropathological consequences following middle cerebral artery occlusion. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 1, 53-60 (1981).
- Koizumi, J., Nakazawa, T., Ooneda, G. Experimental studies of ischemic brain edema. A new experimental model of cerebral embolism in rats in which recirculation can be introduced in the ischemic area. Japanese Journal of Stroke. 8, 1-8 (1986).
- Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, R., Cummins, R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 20 (1), 84-91 (1989).
- Hossmann, K. A. Cerebral ischemia: Models, methods, and outcomes. Neuropharmacology. 55, 257-270 (2008).
- Seto, A., et al. Induction of ischemic stroke in awake freely moving mice reveals that isoflurane anesthesia can mask the benefits of a neuroprotection therapy. Frontiers in Neuroenergetics. 6, 1 (2014).
- Díaz-Marugan, L., et al. Poststroke lung infection by opportunistic commensal bacteria is not mediated by their expansion in the gut microbiota. Stroke. 54 (7), 1875-1887 (2023).
- Xie, L., Kang, H., Nedergaard, M. A novel model of transient occlusion of the middle cerebral artery in awake mice. Journal of Natural Sciences. 2 (2), e176 (2016).
- Arbaizar-Rovirosa, M., et al. Aged lipid-laden microglia display impaired responses to stroke. EMBO Molecular Medicine. 15 (2), e17175 (2023).
- Orsini, F., et al. Targeting mannose-binding lectin confers long-lasting protection with a surprisingly wide therapeutic window in cerebral ischemia. Circulation. 126 (12), 1484-1494 (2012).
- Majid, A., et al. Differences in vulnerability to permanent focal cerebral ischemia among 3 common mouse strains. Stroke. 31, 2707-2714 (2000).
- Rogers, D. C., Campbell, C. A., Stretton, J. L., Mackay, K. B. Correlation between motor impairment and infarct volume after permanent and transient middle cerebral artery occlusion in the rat. Stroke. 28, 2060-2065 (1997).
- Hedna, V. S., et al. Validity of Laser Doppler flowmetry in predicting outcome in murine intraluminal middle cerebral artery occlusion stroke. Journal of Vascular and Interventional Neurology. 8 (3), 74-82 (2015).
- Yin, L., et al. Laser speckle contrast imaging for blood flow monitoring in predicting outcomes after cerebral ischemia-reperfusion injury in mice. BMC Neuroscience. 23, 80 (2022).
- Thakkar, P. C., et al. Therapeutic relevance of elevated blood pressure after ischemic stroke in the hypertensive rats. Hypertension. 75 (3), 740-747 (2020).
- Yu, X., Feng, Y., Liu, R., Chen, Q. Hypothermia protects mice against ischemic stroke by modulating macrophage polarization through upregulation of interferon regulatory factor-4. Journal of Inflammation Research. 14, 1271-1281 (2021).
- Denorme, F., Portier, I., Kosaka, Y., Campbell, R. A. Hyperglycemia exacerbates ischemic stroke outcome independent of platelet glucose uptake. Journal of Thrombosis and Haemostasis. 19, 536-546 (2021).
