Özet

Inducción de ictus isquémico agudo en ratones mediante la técnica de oclusión de la arteria media distal

Published: December 15, 2023
doi:

Özet

En este trabajo, presentamos un protocolo para establecer un modelo de oclusión distal de la arteria cerebral media (dMCAO) mediante electrocoagulación transcraneal en ratones C57BL/6J y evaluamos el comportamiento neurológico y las características histopatológicas posteriores.

Abstract

El accidente cerebrovascular isquémico sigue siendo la causa predominante de mortalidad y deterioro funcional entre las poblaciones adultas de todo el mundo. Solo una minoría de los pacientes con accidente cerebrovascular isquémico son elegibles para recibir tratamiento de trombólisis intravascular o trombectomía mecánica dentro del período de tiempo óptimo. Entre los supervivientes de accidentes cerebrovasculares, alrededor de dos tercios sufren disfunciones neurológicas durante un periodo prolongado. El establecimiento de un modelo experimental de accidente cerebrovascular isquémico estable y repetible es extremadamente importante para investigar más a fondo los mecanismos fisiopatológicos y desarrollar estrategias terapéuticas efectivas para el accidente cerebrovascular isquémico. La arteria cerebral media (ACM) representa la localización predominante del accidente cerebrovascular isquémico en los seres humanos, y la oclusión del ACM es el modelo más utilizado de la isquemia cerebral focal. En este protocolo, describimos la metodología para establecer el modelo de oclusión distal de MCA (dMCAO) mediante electrocoagulación transcraneal en ratones C57BL/6. Dado que el sitio de oclusión se localiza en la rama cortical de la ACM, este modelo genera una lesión infartada moderada restringida a la corteza. La caracterización neurológica, conductual e histopatológica ha demostrado disfunción motora visible, degeneración neuronal y activación pronunciada de la microglía y los astrocitos en este modelo. Por lo tanto, este modelo de ratón dMCAO proporciona una herramienta valiosa para investigar el ictus isquémico y el valor de la popularización.

Introduction

El accidente cerebrovascular es una enfermedad cerebrovascular aguda frecuente caracterizada por una alta incidencia de discapacidad y mortalidad1. De todos los casos de ictus, casi el 80% pertenecen a ictus isquémico2. Hasta ahora, la trombólisis intravenosa sigue siendo uno de los pocos enfoques productivos para el tratamiento del accidente cerebrovascular isquémico agudo. Sin embargo, la efectividad del tratamiento trombolítico está limitada por la estrechez del tiempo efectivo y la ocurrencia de transformación hemorrágica3. En la fase de rehabilitación a largo plazo después de un accidente cerebrovascular isquémico, es probable que un número considerable de pacientes experimente disfunciones neurológicas duraderas4. Se necesita urgentemente más investigación para desentrañar los mecanismos fisiopatológicos subyacentes del accidente cerebrovascular isquémico, así como para facilitar el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas dirigidas al accidente cerebrovascular isquémico. El establecimiento de un modelo fiable y replicable del ictus isquémico es crucial para la investigación básica, así como para la posterior investigación traslacional en el campo del ictus isquémico.

En 1981, Tamura et al. desarrollaron un modelo de isquemia cerebral focal mediante el empleo de electrocoagulación transcraneal en el sitio proximal de la arteria cerebral media (ACM)5. Desde entonces, numerosos investigadores han utilizado diversas metodologías como la ligadura, la compresión o el clipaje para inducir la oclusión distal del ACM (dMCAO) para establecer modelos de ictus isquémico transitorio o permanente 6,7,8. En comparación con el modelo de filamento, el modelo dMCAO presenta ventajas notables, como un menor tamaño del infarto y una mayor tasa de supervivencia, lo que lo hace más adecuado para investigar la recuperación funcional a largo plazo tras el ictus isquémico9. Además, el modelo dMCAO demuestra una mayor tasa de supervivencia en roedores envejecidos en comparación con el modelo de filamento, lo que lo convierte en una herramienta ventajosa para investigar el accidente cerebrovascular isquémico en modelos animales ancianos y comórbidos10. Se ha demostrado que el modelo de accidente cerebrovascular fototrombótico (TP) posee las características de menor invasividad quirúrgica y una tasa de mortalidad significativamente baja. Sin embargo, el modelo de TP presenta un mayor grado de necrosis celular y edema tisular en comparación con el modelo dMCAO, lo que lleva a la ausencia de circulación colateral11. Además, cabe destacar que las lesiones isquémicas observadas en el modelo de TP provienen predominantemente de la oclusión microvascular, que difiere sustancialmente de la isquemia cerebral inducida por embolia de grandes vasos en el modelo dMCAO12.

En este trabajo, presentamos la metodología para inducir el modelo murino de dMCAO mediante la coagulación del ACM distal mediante craneotomía con ventana ósea pequeña. Además, realizamos exámenes histológicos y evaluaciones conductuales para caracterizar de manera integral las lesiones isquémicas y los resultados de accidentes cerebrovasculares en este modelo experimental. Nuestro objetivo es familiarizar a los investigadores con este modelo y facilitar futuras investigaciones sobre los mecanismos patológicos del accidente cerebrovascular isquémico.

Protocol

El protocolo experimental fue aprobado por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Jianghan y se llevó a cabo de acuerdo con las Directrices Éticas en Animales de Experimentación emitidas por el Centro para el Control de Enfermedades de China. En este protocolo se utilizaron ratones machos adultos C57BL/6J, de 10 semanas de edad, con un peso de 24-26 g. Todos los ratones fueron alojados bajo un ambiente controlado de ciclo de luz/oscuridad de 12 horas con comida y agua ad libitum…

Representative Results

Los instrumentos clave utilizados para realizar el dMCAO son el conjunto de instrumentos microquirúrgicos, el vaporizador de isoflurano y el generador de electrocoagulación microquirúrgica monopolar que se muestra en la Figura 1. El procedimiento experimental de este estudio se ilustra en la Figura 2. En resumen, se empleó una pequeña craneotomía de ventana ósea para exponer el ACM distal, que posteriormente se coaguló para inducir isquemia cerebral foc…

Discussion

En el protocolo actual del modelo de electrocoagulación craneotomía dMCAO, los procedimientos quirúrgicos se realizan con una invasividad mínima, en la que solo se separa una porción del músculo temporal para mitigar los efectos adversos sobre la función masticatoria. Todos los ratones se recuperaron bien después del procedimiento, sin que se observaran casos de dificultades para alimentarse. El ACM se puede discernir fácilmente en el hueso temporal del ratón, lo que facilita la identificación precisa de las u…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este estudio contó con el apoyo de las subvenciones de la Fundación de Ciencias de la Naturaleza de la provincia de 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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