Summary

遠位中動脈閉塞法を用いたマウスにおける急性虚血性脳卒中の誘発

Published: December 15, 2023
doi:

Summary

ここでは、C57BL/6Jマウスの経頭蓋電気凝固術による遠位中大脳動脈閉塞(dMCAO)モデルを確立し、その後の神経学的行動と組織病理学的特徴を評価するためのプロトコルを提示します。

Abstract

虚血性脳卒中は、世界中の成人人口の死亡と機能障害の主な原因であり続けています。虚血性脳卒中患者のうち、最適な時間枠内で血管内血栓溶解療法または機械的血栓摘出術を受ける資格があるのはごくわずかです。これらの脳卒中生存者のうち、約3分の2が長期間にわたって神経機能障害に苦しんでいます。安定性と再現性のある実験的虚血性脳卒中モデルを確立することは、虚血性脳卒中の病態生理学的メカニズムをさらに調査し、効果的な治療戦略を開発するために非常に重要です。中大脳動脈 (MCA) は、ヒトの虚血性脳卒中の主な位置を表しており、MCA 閉塞は限局性脳虚血の頻繁に使用されるモデルとして機能します。このプロトコルでは、C57BL/6 マウスの経頭蓋電気凝固術による遠位 MCA 閉塞 (dMCAO) モデルを確立する方法論について説明します。閉塞部位はMCAの皮質枝に位置しているため、このモデルは皮質に限定された中等度の梗塞病変を生成します。神経学的、行動学的、および組織病理学的特性評価は、このモデルで目に見える運動機能障害、ニューロン変性、およびミクログリアとアストロサイトの顕著な活性化を示しています。したがって、このdMCAOマウスモデルは、虚血脳卒中と普及の価値を調査するための貴重なツールを提供します。

Introduction

脳卒中は、障害の発生率と死亡率が高いことを特徴とする一般的な急性脳血管疾患です1。すべての脳卒中症例のうち、80%近くが虚血性脳卒中2に属しています。これまで、静脈内血栓溶解療法は、急性虚血性脳卒中の治療のための限られた数の生産的なアプローチの1つであり続けています。しかし、血栓溶解療法の有効性は、有効期間が狭いことと出血性形質転換の発生によって制限されます3。虚血性脳卒中後の長期リハビリテーション段階では、かなりの数の患者が持続的な神経機能障害を経験する可能性があります4。虚血性脳卒中の根底にある病態生理学的メカニズムを解明し、虚血性脳卒中を標的とした新しい治療戦略の開発を促進するためには、さらなる研究が急務です。虚血性脳卒中の信頼性と再現性のあるモデルの確立は、虚血性脳卒中の基礎研究だけでなく、その後のトランスレーショナル研究にとっても重要です。

1981年、田村らは、中大脳動脈(MCA)の近位部位における経頭蓋電気凝固術を用いて、限局性脳虚血モデルを開発しました5。それ以来、多くの研究者が、ライゲーション、圧迫、クリッピングなどのさまざまな方法論を利用して、遠位MCA閉塞(dMCAO)を誘発し、一過性または永久的な虚血性脳卒中モデルを確立してきました6,7,8。フィラメントモデルと比較して、dMCAOモデルは、梗塞サイズの縮小や生存率の向上などの顕著な利点を示し、虚血性脳卒中9後の長期的な機能回復の研究に適しています。さらに、dMCAOモデルは、フィラメントモデルと比較して高齢のげっ歯類の生存率を示しており、高齢者および併存動物モデル10の虚血性脳卒中を調査するための有利なツールとなっています。光血栓性(PT)脳卒中モデルは、外科的侵襲性が低く、死亡率が有意に低いという特性を持っていることが実証されています。しかし、PTモデルはdMCAOモデルと比較して、細胞壊死および組織浮腫の度合いが高く、側副循環が存在しない11。さらに、PTモデルで観察された虚血性病変は、主に微小血管閉塞から生じ、dMCAOモデル12の大血管塞栓症によって誘発される脳虚血とは大きく異なることは注目に値します。

この論文では、小骨窓開頭術を介して遠位MCAを凝固させることにより、マウスdMCAOモデルを誘導する方法論を紹介します。さらに、この実験モデルにおける虚血性傷害と脳卒中の転帰を包括的に特徴付けるために、組織学的検査と行動評価を実施しました。私たちは、研究者にこのモデルを知ってもらい、虚血性脳卒中の病理学的メカニズムに関するさらなる研究を促進することを目指しています。

Protocol

この実験プロトコルは、江漢大学の動物施設管理委員会によって承認され、中国疾病管理センターが発行した実験動物倫理ガイドラインに従って実施されました。このプロトコルでは、10週齢の成人男性C57BL / 6Jマウス、体重24〜26gを使用しました。すべてのマウスは、12時間の明暗サイクル制御環境下で、餌と水を自由に使用して飼育されました 。 1. 術前準備…

Representative Results

dMCAOを実行するために使用される主要な機器は、 図1に示す顕微手術器具セット、イソフルラン気化器、およびモノポーラ顕微手術電気凝固発生器です。この研究の実験手順を 図2に示します。簡単に言うと、遠位MCAを露出させるために小さな骨窓開頭術が採用され、その後、C57BL/6マウスに永久的な限局性脳虚血を誘発するために凝固されました。…

Discussion

開頭術電気凝固dMCAOモデルの現在のプロトコルでは、外科的処置は最小限の侵襲性で行われ、側頭筋の一部のみが分離され、咀嚼機能への悪影響を軽減します。マウスはすべて処置後、順調に回復し、摂食困難の事例は観察されませんでした。MCAはマウスの側頭骨で容易に識別できるため、適切な開頭術の位置を正確に特定することが容易になります。このdMCAOモデル誘発性虚血性病変は、皮…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究は、湖北省自然科学財団からの助成金(2022CFC057)の支援を受けました。

Materials

2,3,5-Triphenyltetrazolium
Chloride (TTC)
Sigma-Aldrich 108380 Dye for TTC staining
24-well culture plate Corning (USA) CLS3527 Vessel for TTC staining
4% paraformaldehyde Wuhan Servicebio Technology
Co., Ltd.
G1101 Tissue fixation
5% bovine serum albumin Wuhan BOSTER Bio Co., Ltd. AR004 Non-specific antigen blocking
5-0 Polyglycolic acid suture Jinhuan Medical Co., Ltd KCR531 Material for surgery
Anesthesia machine Midmark Corporation VMR Anesthetized animal
Antifade mounting medium Beyotime Biotech P0131 Seal for IF staining
Automation-tissue-dehydrating 
machine
Leica Biosystems (Germany) TP1020 Dehydrate tissue
Depilatory cream Veet (France) 20220328 Material for surgery
Diclofenac sodium gel Wuhan Ma Yinglong Pharmaceutical
 Co., Ltd.
H10950214 Analgesia for animal
Drill tip (0.8 mm) Rwd Life Science Co., Ltd. Equipment for surgery
Eosin staining solution Wuhan Servicebio Technology
Co., Ltd.
G1001 Dye for H&E staining
Eye ointment Guangzhou Pharmaceutical Co., Ltd H44023098 Material for surgery
Fluorescence microscope Olympus (Japan) BX51 Image acquisition
GFAP Mouse monoclonal antibody Cell Signaling Technology Inc.
(Danvers, MA, USA)
3670 Primary antibody for IF staining
Goat anti-mouse Alexa
488-conjugated IgG
Cell Signaling Technology Inc.
(Danvers, MA, USA)
4408 Second antibody for IF staining
Goat anti-rabbit Alexa
594-conjugated IgG
Cell Signaling Technology Inc.
(Danvers, MA, USA)
8889 Second antibody for IF staining
Grip strength meter Shanghai Xinruan Information Technology Co., Ltd. XR501 Equipment for behavioral test
Hematoxylin staining solution Wuhan Servicebio Technology
Co., Ltd.
G1004 Dye for H&E staining
Iba1 Rabbit monoclonal antibody Abcam ab178846 Primary antibody for IF staining
Isoflurane Rwd Life Science Co., Ltd. R510-22-10 Anesthetized animal
Laser doppler blood flow meter Moor Instruments (UK) moorVMS Blood flow monitoring
Meloxicam Boehringer-Ingelheim J20160020 Analgesia for animal
Microdrill Rwd Life Science Co., Ltd. 78001 Equipment for surgery
Microsurgical instruments set Rwd Life Science Co., Ltd. SP0009-R Equipment for surgery
Microtome Thermo Fisher Scientific (USA) HM325 Tissue section production
Microtome blade Leica Biosystems (Germany) 819 Tissue section production
Monopolar electrocoagulation generator Spring Scenery Medical Instrument
Co., Ltd.
CZ0001 Equipment for surgery
Mupirocin ointment Tianjin Smith Kline & French
Laboratories Ltd.
H10930064 Anti-infection for animal
NeuN Rabbit monoclonal antibody Cell Signaling Technology Inc.
(Danvers, MA, USA)
24307 Primary antibody for IF staining
Neutral balsam Absin Bioscience abs9177 Seal for H&E staining
Paraffin embedding center Thermo Fisher Scientific (USA) EC 350 Produce paraffin blocks
Pentobarbital sodium Sigma-Aldrich P3761 Euthanized animal
Phosphate buffered saline Shanghai Beyotime Biotech Co., Ltd C0221A Rinsing for tissue section
Shaver Shenzhen Codos Electrical Appliances
Co.,Ltd.
CP-9200 Equipment for surgery
Sodium citrate solution Shanghai Beyotime Biotech Co., Ltd. P0083 Antigen retrieval for IF staining

References

  1. Patel, P., Yavagal, D., Khandelwal, P. Hyperacute management of ischemic strokes: JACC Focus Seminar. J Am Coll Cardiol. 75 (15), 1844-1856 (2020).
  2. GBD 2016 Stroke Collaborators. Global, regional, and national burden of stroke, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease study 2016. Lancet Neurol. 18 (5), 439-458 (2019).
  3. Joo, H., Wang, G., George, M. G. A literature review of cost-effectiveness of intravenous recombinant tissue plasminogen activator for treating acute ischemic stroke. Stroke Vasc Neurol. 2 (2), 73-83 (2017).
  4. Jones, A. T., O’Connell, N. K., David, A. S. Epidemiology of functional stroke mimic patients: a systematic review and meta-analysis. Eur J Neurol. 27 (1), 18-26 (2020).
  5. Tamura, A., et al. Focal cerebral ischaemia in the rat: Description of technique and early neuropathological consequences following middle cerebral artery occlusion. J Cereb Blood Flow Metab. 1 (1), 53-60 (1981).
  6. Kuraoka, M., et al. Direct experimental occlusion of the distal middle cerebral artery induces high reproducibility of brain ischemia in mice. Exp Anim. 58 (1), 19-29 (2009).
  7. Orset, C., et al. Mouse model of in situ thromboembolic stroke and reperfusion. Stroke. 38 (10), 2771-2778 (2007).
  8. Fluri, F., Schuhmann, M. K., Kleinschnitz, C. Animal models of ischemic stroke and their application in clinical research. Drug Des Devel Ther. 9, 3445-3454 (2015).
  9. Candelario-Jalil, E., Paul, S. Impact of aging and comorbidities on ischemic stroke outcomes in preclinical animal models: A translational perspective. J Exp Neurol. 335, 113494 (2021).
  10. Zuo, X., et al. Attenuation of secondary damage and Aβ deposits in the ipsilateral thalamus of dMCAO rats through reduction of cathepsin B by bis(propyl)-cognitin, a multifunctional dimer. Neuropharmacology. 162, 107786 (2020).
  11. Shabani, Z., Farhoudi, M., Rahbarghazi, R., Karimipour, M., Mehrad, H. Cellular, histological, and behavioral pathological alterations associated with the mouse model of photothrombotic ischemic stroke. J Chem Neuroanat. 130, 102261 (2023).
  12. Caleo, M. Rehabilitation and plasticity following stroke: Insights from rodent models. Neuroscience. 311, 180-194 (2015).
  13. Llovera, G., Roth, S., Plesnila, N., Veltkamp, R., Liesz, A. Modeling stroke in mice: permanent coagulation of the distal middle cerebral artery. J Vis Exp. (89), e51729 (2014).
  14. Lavayen, B. P., et al. Neuroprotection by the cannabidiol aminoquinone VCE-004.8 in experimental ischemic stroke in mice. Neurochem Int. 165, 105508 (2023).
  15. Hu, K., et al. Cathepsin B knockout confers significant brain protection in the mouse model of stroke. J Exp Neurol. 368, 114499 (2023).
  16. Yu, S. P., et al. Optochemogenetic stimulation of transplanted iPS-NPCs enhances neuronal repair and functional recovery after ischemic stroke. J Neurosci. 39 (33), 6571-6594 (2019).
  17. Lin, Y. H., et al. Opening a new time window for treatment of stroke by targeting HDAC2. J Neurosci. 37 (28), 6712-6728 (2017).
  18. Shi, X. F., Ai, H., Lu, W., Cai, F. SAT: Free software for the semi-automated analysis of rodent brain sections with 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride staining. Front Neurosci. 13, 102 (2019).
  19. Jensen, E. C., et al. Quantitative analysis of histological staining and fluorescence using ImageJ. Anat Rec. 296 (3), 378-381 (2013).
  20. Donahue, J., Wintermark, M. Perfusion CT and acute stroke imaging: foundations, applications, and literature review. J Neuroradiol. 42 (1), 21-29 (2015).
  21. Sun, M., et al. Long-term L-3-n-butylphthalide pretreatment attenuates ischemic brain injury in mice with permanent distal middle cerebral artery occlusion through the Nrf2 pathway. Heliyon. 8 (7), e09909 (2022).
  22. Balkaya, M. G., Trueman, R. C., Boltze, J., Corbett, D., Jolkkonen, J. Behavioral outcome measures to improve experimental stroke research. Behav Brain Res. 352, 161-171 (2018).
  23. Hao, T., et al. Inflammatory mechanism of cerebral ischemia-reperfusion injury with treatment of stepharine in rats. Phytomedicine. 79, 153353 (2020).
  24. Pietrogrande, G., et al. Low oxygen post conditioning prevents thalamic secondary neuronal loss caused by excitotoxicity after cortical stroke. Sci Rep. 9 (1), 4841 (2019).
  25. Shi, X., et al. Stroke subtype-dependent synapse elimination by reactive gliosis in mice. Nat Commun. 12 (1), 6943 (2021).
  26. Chen, W. C., et al. Aryl hydrocarbon receptor modulates stroke-induced astrogliosis and neurogenesis in the adult mouse brain. JNeuroinflammation. 16 (1), 187 (2019).

Play Video

Cite This Article
Leng, C., Li, Y., Sun, Y., Liu, W. Induction of Acute Ischemic Stroke in Mice Using the Distal Middle Artery Occlusion Technique. J. Vis. Exp. (202), e66134, doi:10.3791/66134 (2023).

View Video