Summary

Modelo de oclusión transitoria de la arteria cerebral media de accidente cerebrovascular

Published: August 11, 2023
doi:

Summary

Este protocolo describe el modelo de isquemia cerebral focal transitoria en ratones a través de la oclusión intraluminal de la arteria cerebral media. Además, se muestran ejemplos de evaluación de resultados mediante resonancia magnética y pruebas de comportamiento.

Abstract

El accidente cerebrovascular es una de las principales causas de muerte o discapacidad crónica en todo el mundo. Sin embargo, los tratamientos óptimos existentes se limitan a las terapias de reperfusión durante la fase aguda del ictus isquémico. Para obtener información sobre la fisiopatología del ictus y desarrollar enfoques terapéuticos innovadores, los modelos in vivo de ictus en roedores desempeñan un papel fundamental. La disponibilidad de animales modificados genéticamente ha impulsado especialmente el uso de ratones como modelos experimentales de ictus.

En los pacientes con accidente cerebrovascular, la oclusión de la arteria cerebral media (ACM) es una ocurrencia común. En consecuencia, el modelo experimental más prevalente es la oclusión intraluminal del ACM, una técnica mínimamente invasiva que no requiere craneectomía. Este procedimiento consiste en insertar un monofilamento a través de la arteria carótida externa (ECA) y hacerlo avanzar a través de la arteria carótida interna (ACI) hasta llegar al punto de ramificación de la ACM. Después de una oclusión arterial de 45 minutos, se retira el monofilamento para permitir la reperfusión. A lo largo del proceso, se monitoriza el flujo sanguíneo cerebral para confirmar la reducción durante la oclusión y la posterior recuperación tras la reperfusión. Los resultados neurológicos y tisulares se evalúan mediante pruebas conductuales y estudios de imágenes por resonancia magnética (IRM).

Introduction

El accidente cerebrovascular es una enfermedad devastadora que afecta aproximadamente a 15 millones de personas en todo el mundo anualmente, según la OMS. Alrededor de un tercio de los pacientes sucumben a la enfermedad, mientras que otro tercio experimenta una discapacidad permanente. El accidente cerebrovascular es una patología compleja que involucra varios tipos de células, como las células inmunitarias neurales y periféricas, la vasculatura y las respuestas sistémicas1. La intrincada red de reacciones desencadenadas por el accidente cerebrovascular a nivel de sistemas no se puede replicar actualmente utilizando modelos in vitro . Por lo tanto, los modelos animales experimentales son esenciales para profundizar en los mecanismos de la enfermedad y para desarrollar y probar nuevas terapias. Actualmente, la reperfusión tisular precoz es la única intervención aprobada, ya sea mediante trombólisis con activador tisular del plasminógeno (tPA) o trombectomía endovascular1.

Las oclusiones de la arteria cerebral media (ACM) son frecuentes en los pacientes con ictus. En consecuencia, inicialmente se desarrollaron modelos de roedores de oclusión transitoria de MCA (tMCAo) en ratas 2,3,4. Hoy en día, los ratones modificados genéticamente son los animales más utilizados en modelos experimentales de ictus. En este estudio, describimos un modelo mínimamente invasivo de tMCAo intraluminal en ratones. El abordaje se realiza a través de la arteria carótida a nivel del cuello, sin craniectomía.

La duración del período de oclusión es un factor crítico que determina la extensión de la lesión isquémica. Incluso las oclusiones cortas de 10 minutos pueden causar muerte neuronal selectiva sin un infarto aparente, mientras que las oclusiones más largas, que suelen durar de 30 a 60 minutos, dan lugar a algún grado de infarto cerebral. A diferencia de las ramas proximal y distal de la ACM que irrigan la corteza y tienen colaterales, las arterias lenticulo-estriadas que suministran sangre al cuerpo estriado carecen de colaterales5. Como consecuencia, hay una mayor reducción del flujo sanguíneo en el cuerpo estriado que en la corteza después de la tMCAo. Así, las oclusiones de 30 min o menos afectan generalmente al cuerpo estriado pero no a la corteza, mientras que las oclusiones más largas, a partir de los 45 min, suelen generar una lesión isquémica en todo el territorio de la ACM, incluyendo el cuerpo estriado y la corteza dorsolateral.

Para garantizar el bienestar de los ratones, administramos analgésicos antes del procedimiento y utilizamos anestesia durante la cirugía. Sin embargo, la anestesia puede potencialmente introducir alteraciones artificiales en la fisiología del ratón y afectar algunas medidas de resultado6. La intervención quirúrgica, cuando es realizada por personal experimentado, suele durar unos 15 minutos para inducir la ACMo. Posteriormente, el tiempo total bajo anestesia depende del período de oclusión. Para los experimentos en los que minimizar la anestesia es crucial, un paso alternativo en el procedimiento implica suspender la anestesia durante el período de oclusión y limitarla solo a los pasos quirúrgicos para insertar y retirar el filamento que ocluye el MCA. Este abordaje reduce la duración de la anestesia y minimiza sus potenciales efectos artefactuales sobre el modelo experimental 7,8. Por lo tanto, el método de inducción de isquemia focal transitoria se presenta por oclusión intraluminal de la ACM con dos variantes: con el ratón anestesiado durante todo el período de oclusión o con el ratón despierto durante este período. En cualquier caso, se debe realizar una cirugía simulada en paralelo a la intervención realizada en los ratones isquémicos. Además, se proporcionan datos sobre la evaluación de los resultados medidos por pruebas de comportamiento y resonancia magnética en varios momentos después de la reperfusión. Por último, se discuten los principales factores a tener en cuenta a la hora de implementar el procedimiento experimental.

Protocol

El trabajo con animales se llevó a cabo siguiendo las leyes catalanas y españolas (Real Decreto 53/2013) y las Directivas Europeas, con la aprobación del Comité Ético de Experimentación Animal (CEEA) de la Universidad de Barcelona, y de los organismos reguladores locales de la Generalitat de Catalunya. Los estudios se informan de acuerdo con las directrices ARRIVE. Este procedimiento está diseñado para ser realizado en ratones adultos, a partir de las 8 semanas de edad, sin límite de edad. Aquí se proporcionan …

Representative Results

Existen diferentes enfoques para evaluar el resultado del procedimiento tMCAo. Aquí se utilizan métodos de neuroimagen (IRM) in vivo y pruebas de comportamiento. Los ratones desarrollan lesiones isquémicas en el cerebro, afectando principalmente al territorio irrigado por el ACM ipsilateral a la oclusión, como el cuerpo estriado y la corteza dorsolateral. Existen varios métodos para determinar la extensión de la lesión, incluida la tinción tisular con cloruro de 2,3,5-trifenil…

Discussion

El procedimiento intraluminal de tMCAo es el modelo más utilizado de isquemia cerebral focal con reperfusión en investigación básica. Actualmente, los ratones son el modelo animal preferido debido a la disponibilidad de cepas modificadas genéticamente. Sin embargo, es esencial reconocer que los ratones modificados genéticamente y sus antecedentes genéticos pueden afectar la vascularización cerebral. La presencia de circulación colateral y anastomosis entre diferentes territorios arteriales puede influir signific…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Estudio financiado por la subvención PID2020-113202RB-I00 financiada por el Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN)/Agencia Estatal de Investigación (AEI), Gobierno de España/10.13039/501100011033 y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). Una manera de hacer Europa”. NCC y MAR tenían becas predoctorales (PRE2021-099481 y PRE2018-085737, respectivamente) financiadas por MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033 y por “Fondo Social Europeo (FSE) Invertir en tu futuro”. Agradecemos a Francisca Ruiz-Jaén y Leonardo Márquez-Kisinousky por su apoyo técnico. Agradecemos el apoyo del centro de resonancia magnética del Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS). El Programa Centres de Recerca de Catalunya (CERCA) de la Generalitat de Catalunya apoya al 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