Özet

Induzione di ictus ischemico acuto nei topi utilizzando la tecnica di occlusione dell'arteria media distale

Published: December 15, 2023
doi:

Özet

Qui, presentiamo un protocollo per stabilire un modello di occlusione dell’arteria cerebrale media distale (dMCAO) attraverso l’elettrocoagulazione transcranica in topi C57BL/6J e valutare il successivo comportamento neurologico e le caratteristiche istopatologiche.

Abstract

L’ictus ischemico rimane la causa predominante di mortalità e compromissione funzionale tra le popolazioni adulte a livello globale. Solo una minoranza di pazienti con ictus ischemico è idonea a ricevere la trombolisi intravascolare o la terapia di trombectomia meccanica entro la finestra temporale ottimale. Tra i sopravvissuti all’ictus, circa due terzi soffrono di disfunzioni neurologiche per un periodo prolungato. La creazione di un modello sperimentale stabile e ripetibile di ictus ischemico è estremamente importante per indagare ulteriormente i meccanismi fisiopatologici e sviluppare strategie terapeutiche efficaci per l’ictus ischemico. L’arteria cerebrale media (MCA) rappresenta la posizione predominante dell’ictus ischemico nell’uomo, con l’occlusione MCA che funge da modello frequentemente impiegato di ischemia cerebrale focale. In questo protocollo, descriviamo la metodologia per stabilire il modello di occlusione MCA distale (dMCAO) attraverso l’elettrocoagulazione transcranica in topi C57BL/6. Poiché il sito di occlusione si trova nel ramo corticale dell’MCA, questo modello genera una lesione infartuale moderata limitata alla corteccia. In questo modello, la caratterizzazione neurologica, comportamentale e istopatologica ha dimostrato una visibile disfunzione motoria, degenerazione neuronale e pronunciata attivazione di microglia e astrociti. Pertanto, questo modello murino dMCAO fornisce uno strumento prezioso per indagare sull’ischemiaictus e merita la popolarità.

Introduction

L’ictus è una comune malattia cerebrovascolare acuta caratterizzata da un’elevata incidenza di disabilità e mortalità1. Di tutti i casi di ictus, quasi l’80% appartiene all’ictus ischemico2. Fino ad ora, la trombolisi endovenosa rimane uno dei pochi approcci produttivi per il trattamento dell’ictus ischemico acuto. Tuttavia, l’efficacia del trattamento trombolitico è limitata dalla ristretta finestra temporale effettiva e dal verificarsi di trasformazione emorragica3. Nella fase di riabilitazione a lungo termine a seguito di un ictus ischemico, è probabile che un numero considerevole di pazienti manifesti disfunzioni neurologiche durature4. Sono urgentemente necessarie ulteriori indagini per svelare i meccanismi fisiopatologici alla base dell’ictus ischemico, nonché per facilitare lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche mirate all’ictus ischemico. La creazione di un modello affidabile e replicabile di ictus ischemico è fondamentale per la ricerca di base e per la successiva ricerca traslazionale nel campo dell’ictus ischemico.

Nel 1981, Tamura et al. hanno sviluppato un modello di ischemia cerebrale focale impiegando l’elettrocoagulazione transcranica nel sito prossimale dell’arteria cerebrale media (MCA)5. Da allora, numerosi ricercatori hanno utilizzato varie metodologie come la legatura, la compressione o il clipping per indurre l’occlusione MCA distale (dMCAO) per stabilire modelli di ictus ischemico transitorio o permanente 6,7,8. Rispetto al modello a filamento, il modello dMCAO presenta notevoli vantaggi come dimensioni dell’infarto più piccole e un tasso di sopravvivenza più elevato, che lo rendono più adatto per studiare il recupero funzionale a lungo termine dopo l’ictus ischemico9. Inoltre, il modello dMCAO dimostra un tasso di sopravvivenza più elevato nei roditori anziani rispetto al modello a filamento, rendendolo uno strumento vantaggioso per studiare l’ictus ischemico in modelli animali anziani e in comorbidità10. È stato dimostrato che il modello di ictus fototrombotico (PT) possiede le caratteristiche di una minore invasività chirurgica e di un tasso di mortalità significativamente basso. Tuttavia, il modello PT mostra un grado maggiore di necrosi cellulare ed edema tissutale rispetto al modello dMCAO, portando all’assenza di circolazione collaterale11. Inoltre, è interessante notare che le lesioni ischemiche osservate nel modello PT derivano prevalentemente dall’occlusione microvascolare, che differisce sostanzialmente dall’ischemia cerebrale indotta da embolia dei grandi vasi nel modello dMCAO12.

In questo articolo, presentiamo la metodologia per indurre il modello murino di dMCAO coagulando l’MCA distale tramite craniotomia a finestra ossea piccola. Inoltre, abbiamo condotto esami istologici e valutazioni comportamentali per caratterizzare in modo completo gli insulti ischemici e gli esiti dell’ictus in questo modello sperimentale. Il nostro obiettivo è quello di far conoscere ai ricercatori questo modello e facilitare ulteriori indagini sui meccanismi patologici dell’ictus ischemico.

Protocol

Il protocollo sperimentale è stato approvato dal Comitato Istituzionale per la Cura e l’Uso degli Animali dell’Università di Jianghan ed è stato condotto in conformità con le Linee Guida Etiche per gli Animali da Esperimento emesse dal Centro per il Controllo delle Malattie della Cina. In questo protocollo sono stati utilizzati topi maschi adulti C57BL/6J, di 10 settimane, del peso di 24-26 g. Tutti i topi sono stati alloggiati in un ambiente controllato con ciclo luce/buio di 12 ore con cibo e acqua ad libitum.<…

Representative Results

Gli strumenti chiave utilizzati per eseguire il dMCAO sono il set di strumenti microchirurgici, il vaporizzatore di isoflurano e il generatore di elettrocoagulazione microchirurgica monopolare mostrato nella Figura 1. La procedura sperimentale di questo studio è illustrata nella Figura 2. In breve, è stata impiegata una craniotomia a finestra ossea piccola per esporre l’MCA distale, che è stato successivamente coagulato per indurre un’ischemia cerebrale foca…

Discussion

Nell’attuale protocollo del modello dMCAO per elettrocoagulazione per craniotomia, le procedure chirurgiche sono condotte con un’invasività minima, in cui solo una parte del muscolo temporale viene separata per mitigare gli effetti avversi sulla funzione masticatoria. Tutti i topi si sono ripresi bene dopo la procedura, senza che siano stati osservati casi di difficoltà alimentari. L’MCA può essere facilmente individuato nell’osso temporale del topo, facilitando così l’identificazione precisa delle posizioni idonee p…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Questo studio è stato sostenuto dalle sovvenzioni della Nature Science Foundation della provincia di Hubei (2022CFC057).

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

Referanslar

  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. Nörobilim. 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).

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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).

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