Summary

Modelo de Oclusão Transitória da Artéria Cerebral Média do Acidente Vascular Encefálico

Published: August 11, 2023
doi:

Summary

Este protocolo descreve o modelo de isquemia cerebral focal transitória em camundongos através da oclusão intraluminal da artéria cerebral média. Além disso, exemplos de avaliação de resultados são mostrados usando ressonância magnética e testes comportamentais.

Abstract

O AVC é uma das principais causas de morte ou incapacidade crônica em todo o mundo. No entanto, os tratamentos ideais existentes são limitados às terapias de reperfusão durante a fase aguda do acidente vascular cerebral isquêmico. Para obter informações sobre a fisiopatologia do AVC e desenvolver abordagens terapêuticas inovadoras, modelos in vivo de roedores de AVC desempenham um papel fundamental. A disponibilidade de animais geneticamente modificados tem impulsionado particularmente o uso de camundongos como modelos experimentais de AVC.

Em pacientes com acidente vascular encefálico, a oclusão da artéria cerebral média (ACM) é uma ocorrência comum. Consequentemente, o modelo experimental mais prevalente envolve a oclusão intraluminal da ACM, uma técnica minimamente invasiva que não requer craniectomia. Esse procedimento consiste em inserir um monofilamento através da artéria carótida externa (ECA) e avançá-lo através da artéria carótida interna (ACI) até atingir o ponto de ramificação da ACM. Após 45 min de oclusão arterial, o monofilamento é removido para permitir a reperfusão. Durante todo o processo, o fluxo sanguíneo cerebral é monitorado para confirmar a redução durante a oclusão e posterior recuperação após a reperfusão. Os resultados neurológicos e teciduais são avaliados por meio de testes comportamentais e estudos de ressonância magnética (RM).

Introduction

O AVC é uma doença devastadora que afeta aproximadamente 15 milhões de pessoas em todo o mundo anualmente, de acordo com a OMS. Cerca de um terço dos pacientes sucumbe à condição, enquanto outro terço experimenta incapacidade permanente. O acidente vascular encefálico (AVE) é uma patologia complexa que envolve vários tipos celulares, como células imunes neurais e periféricas, vasculatura e respostassistêmicas1. A intrincada rede de reações desencadeadas pelo AVC em nível de sistemas não pode ser replicada atualmente usando modelos in vitro . Assim, modelos animais experimentais são essenciais para aprofundar os mecanismos da doença e desenvolver e testar novas terapias. Atualmente, a reperfusão tecidual precoce é a única intervenção aprovada, seja por meio de trombólise com ativador de plasminogênio tecidual (tPA) ou trombectomia endovascular1.

Oclusões da artéria cerebral média (ACM) são frequentes em pacientes com acidente vascular encefálico. Consequentemente, modelos roedores de oclusão transitória da MCA (tMCAo) foram inicialmente desenvolvidos emratos2,3,4. Atualmente, camundongos geneticamente modificados são os animais mais utilizados em modelos experimentais de AVC. Neste estudo, descrevemos um modelo minimamente invasivo de tMCAo intraluminal em camundongos. A abordagem é realizada através da artéria carótida ao nível do pescoço, sem craniectomia.

A duração do período de oclusão é um fator crítico que determina a extensão da lesão isquêmica. Mesmo oclusões curtas de 10 min podem causar morte neuronal seletiva sem um infarto aparente, enquanto oclusões mais longas, tipicamente com duração de 30 a 60 min, resultam em algum grau de infarto cerebral. Ao contrário dos ramos proximal e distal da ACM que suprem o córtex e possuem colaterais, as artérias lentículo-estriatais que fornecem sangue para o estriado carecem de colaterais5. Como consequência, há maior redução do fluxo sanguíneo no estriado do que no córtex após a tMCAo. Assim, oclusões de 30 min ou menos geralmente afetam o estriado, mas não o córtex, enquanto oclusões mais longas, a partir de 45 min, frequentemente geram uma lesão isquêmica em todo o território da ACM, incluindo o estriado e o córtex dorsolateral.

Para garantir o bem-estar dos camundongos, administramos analgésicos antes do procedimento e usamos anestesia durante a cirurgia. No entanto, a anestesia pode potencialmente introduzir alterações artificiais na fisiologia do camundongo e afetar algumas medidas de desfecho6. A intervenção cirúrgica, quando realizada por pessoal experiente, geralmente dura cerca de 15 min para indução de MCAo. Posteriormente, o tempo total de anestesia depende do período de oclusão. Para experimentos em que minimizar a anestesia é crucial, uma etapa alternativa do procedimento envolve a interrupção da anestesia durante o período de oclusão e limitá-la apenas às etapas cirúrgicas para inserir e retirar o filamento que oclui a ACM. Essa abordagem reduz a duração da anestesia e minimiza seus potenciais efeitos artefatuais no modelo experimental 7,8. Portanto, o método de indução de isquemia focal transitória é apresentado pela oclusão intraluminal da ACM com duas variantes: com o camundongo anestesiado durante todo o período de oclusão ou com o camundongo acordado durante esse período. Em ambos os casos, uma cirurgia simulada deve ser realizada em paralelo com a intervenção realizada nos camundongos isquêmicos. Além disso, dados sobre a avaliação do desfecho são fornecidos medidos por testes comportamentais e ressonância magnética em vários momentos após a reperfusão. Finalmente, os principais fatores a serem considerados na implementação do procedimento experimental são discutidos.

Protocol

O trabalho com animais foi realizado seguindo as leis catalãs e espanholas (Real Decreto 53/2013) e as diretivas europeias, com aprovação do comitê de ética (Comité Ètic d’Experimentació Animal, CEEA) da Universidade de Barcelona, e dos órgãos reguladores locais da Generalitat de Catalunya. Os estudos são reportados em conformidade com as diretrizes ARRIVE. Este procedimento foi projetado para ser realizado em camundongos adultos, a partir de 8 semanas de idade, sem limite de idade. Exemplos do procedimento ci…

Representative Results

Existem diferentes abordagens para avaliar o resultado do procedimento de tMCAo. Métodos de neuroimagem (RM) in vivo e testes comportamentais são utilizados aqui. Camundongos desenvolvem lesões isquêmicas no cérebro, afetando principalmente o território suprido pela ACM ipsilateral à oclusão, como o estriado e o córtex dorsolateral. Existem vários métodos para determinar a extensão da lesão, incluindo a coloração tecidual com cloreto de 2,3,5-trifeniltetrazólio (TTC), …

Discussion

O procedimento de tMCAo intraluminal é o modelo mais comumente utilizado de isquemia cerebral focal com reperfusão em pesquisa básica. Atualmente, camundongos são o modelo animal preferido devido à disponibilidade de linhagens geneticamente modificadas. No entanto, é essencial reconhecer que camundongos geneticamente modificados e suas origens genéticas podem afetar a vascularização cerebral. A presença de circulação colateral e anastomoses entre diferentes territórios arteriais pode influenciar significativ…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Estudo apoiado pela subvenção PID2020-113202RB-I00 financiado pelo Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN)/Agencia Estatal de Investigación (AEI), Gobierno de España/10.13039/501100011033 e “Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER). Uma forma de fazer a Europa”. NCC e MAR tiveram bolsas de pré-doutorado (PRE2021-099481 e PRE2018-085737, respectivamente) financiadas pelo MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033 e pelo “Fundo Social Europeu (FSE) Investir no seu futuro”. Agradecemos a Francisca Ruiz-Jaén e Leonardo Márquez-Kisinousky pelo apoio técnico. Agradecemos o apoio do serviço de imagem por RM do Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS). O Programa Centres de Recerca de Catalunya (CERCA) da Generalitat de Catalunya apoia o 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

  1. Siddiqi, A. Z., Wadhwa, A. Treatment of acute stroke: current practices and future horizons. Cardiovascular Revascularization Medicine. 49, 56-65 (2023).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Hossmann, K. A. Cerebral ischemia: Models, methods, and outcomes. Neuropharmacology. 55, 257-270 (2008).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Arbaizar-Rovirosa, M., et al. Aged lipid-laden microglia display impaired responses to stroke. EMBO Molecular Medicine. 15 (2), e17175 (2023).
  10. 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).
  11. Majid, A., et al. Differences in vulnerability to permanent focal cerebral ischemia among 3 common mouse strains. Stroke. 31, 2707-2714 (2000).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Thakkar, P. C., et al. Therapeutic relevance of elevated blood pressure after ischemic stroke in the hypertensive rats. Hypertension. 75 (3), 740-747 (2020).
  16. 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).
  17. 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).

Play Video

Cite This Article
Chaparro-Cabanillas, N., Arbaizar-Rovirosa, M., Salas-Perdomo, A., Gallizioli, M., Planas, A. M., Justicia, C. Transient Middle Cerebral Artery Occlusion Model of Stroke. J. Vis. Exp. (198), e65857, doi:10.3791/65857 (2023).

View Video