本方案展示了一种具有中等大小梗死灶且存活率极佳的独特小鼠卒中模型。该模型可使临床前卒中研究者延长缺血时间、使用老龄小鼠，并评估长期功能学结果。
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本文内容
摘要
摘要
在实验性脑卒中研究中，通过血管内细丝阻塞大脑中动脉（MCAO）被广泛用于建立小鼠缺血性脑卒中模型。在C57Bl/6小鼠中，细丝法MCAO模型通常引起大面积脑梗死，有时甚至累及大脑后动脉供血区域的脑组织，这主要归因于后交通动脉闭锁的发生率较高。这一现象被认为是C57Bl/6小鼠在细丝法MCAO后长期脑卒中恢复过程中死亡率较高的主要原因。因此，许多慢性脑卒中研究采用远端MCAO模型。然而，这些模型通常仅在皮层区域产生梗死，因而对脑卒中后神经功能缺损的评估可能具有挑战性。本研究建立了一种改良的经颅MCAO模型，通过一个小的颅窗对大脑中动脉主干进行永久性或短暂性部分阻塞。via该方法。由于阻塞部位相对接近大脑中动脉的起始处，该模型可在皮层和纹状体均引起脑损伤。对该模型的系统表征表明，即使在老年小鼠中也具有极佳的长期生存率，并且神经功能缺损易于检测。因此，本文所述的MCAO小鼠模型为实验性脑卒中研究提供了一个有价值的工具。
引言
每年，美国约有80万人遭受中风，其中大多数为缺血性中风1。目前，对中风患者最有效的治疗方法是及时使用组织型纤溶酶原激活剂（tPA）和/或进行血栓切除术以恢复脑血流；然而，患者长期神经功能的完全恢复仍然十分罕见2,3。因此，寻找以功能改善为目标的新型中风疗法成为研究热点，这需要采用与临床相关的中风动物模型。
在啮齿类动物中，最常见的缺血性脑卒中模型是通过血管内闭塞大脑中动脉（MCAO）来诱导脑卒中。该模型最初由Zea Longa于1989年建立，其方法是将一根尼龙线插入颈内动脉（ICA），以阻断大脑中动脉（MCA）的血流4。然而，该模型存在一些局限性。首先，当尼龙线插入ICA时，可能会同时部分阻断大脑后动脉（PCA）的血流，尤其是在小鼠中。关键在于，连接大脑前循环与后循环的小血管——后交通动脉（PcomA）——在某些小鼠品系（如实验性脑卒中研究中最常用的C57Bl/6品系）中常常发育不全。PcomA的通畅性被认为会影响脑卒中后小鼠脑梗死体积的变异性5。事实上，当MCAO期间PCA血流急剧下降，而PcomA无法提供足够的侧支血流时，脑梗死区域可能扩展至PCA供血区域。此外，在该模型中，长时间的缺血会导致小鼠死亡率升高。因此，通常在小鼠实验中采用30–60分钟的短暂MCAO。然而，大多数脑卒中患者在再灌注治疗前会经历数小时的缺血。因此，建立一种具有较长缺血持续时间的小鼠脑卒中模型具有重要的临床相关性。
本实验的总体目标是建立一种在小鼠中产生中等大小梗死灶且存活率极高的缺血性脑卒中模型。这种经颅大脑中动脉阻塞（MCAO）模型能够体现临床脑卒中的关键特征，可实施长时间的缺血操作，且老年小鼠对该模型耐受性良好，因而适用于对功能恢复进行长期评估。
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方案
本研究中描述的所有操作均遵循美国国立卫生研究院（NIH）关于科研中动物护理与使用的指南，并已获得杜克大学动物护理与使用委员会（IACUC）的批准。本研究使用了年轻的（8-10周龄）和老龄的（22月龄）雄性C57Bl/6小鼠。该方案的总体流程如图1所示。
1. 手术准备
- 检查小鼠是否存在明显的异常和行为缺陷。
注意：手术前，外科医生必须穿戴适当的个人防护装备（PPE），包括外科口罩、帽子、手套和手术服。 - 称量小鼠体重；根据体重设定呼吸机（见材料表）参数。
- 将小鼠放入一个 4 英寸 × 4 英寸 × 7 英寸的麻醉诱导箱中。打开氧气流量计（见材料表），设定为 30，同时打开一氧化二氮流量计，设定为 70。开启蒸发器，异氟烷浓度设为 5%。
- 将导丝插入 20 G 静脉（IV）导管中。
- 当小鼠呼吸频率降至每分钟 30–40 次时，将其从诱导箱中取出。
- 将小鼠仰卧位放置于手术台上。拉出小鼠舌头并用左手手指固定。将喉镜（见材料表）插入动物口腔以观察声带。
- 用右手的中指固定小鼠下巴于喉镜上，释放左手以持握 20 G 静脉导管。
- 将导丝轻微插入声带，然后缓慢推进 20 G 静脉导管进入气管，直至导管的翼状部分与鼻尖平齐。
注意：如果小鼠出现移动，切勿插入导丝。否则可能导致气管损伤和出血。 - 开启呼吸机（见材料表），并将其连接至已插入小鼠体内的 20 G 静脉导管。将异氟烷浓度降低至 1.5%，并确保双肺均得到机械通气。
注意：切勿忘记降低异氟烷浓度，否则小鼠将接受过量麻醉。 - 在双眼上涂抹眼膏，并皮下注射 5 mg/kg 的卡洛芬。
- 将小鼠保持侧卧位，右侧颞区朝上。使用加热垫（35 °C）和由温度调节器控制的加热灯（见材料表），维持直肠温度在 37 °C。
- 剃除右眼与右耳之间的皮肤区域毛发，并使用碘伏和酒精棉片至少消毒手术区域三次。
2. MCAO 手术
- 打开用于MCAO手术的无菌器械包。佩戴无菌手套，使用手术剪在右眼与右耳之间做1 cm的皮肤切口。
注意：每15分钟监测一次皮肤颜色、体温以及对足趾夹捏的反应。 - 用镊子分离下方筋膜，暴露颞肌和咬肌。
注意：注意避免损伤腮腺。 - 用镊子触碰颞肌下部，定位颧弓位置，并小心移开面神经的分支。
- 使用高温电凝环的尖端（见材料表）在颞肌上做一条5 mm的横向切口。
- 用两把镊子分离下方的颧弓，暴露上颌骨与颧骨之间的关节。
- 使用剪刀切除并移除一段3 mm的颧弓。将咬肌从颅底分离。
注意：注意避免骨折眶下静脉窦和浅颞静脉。 - 放置四个方向不同的小型牵开器以暴露颅底，其中一把牵开器将三叉神经分支向侧方牵拉。
注意：颅底外表面的一条沟槽标记了额叶与颞叶之间外侧裂的位置。大脑中动脉（MCA）位于此处（图2A），其主干及分支可通过薄而透明的颅骨清晰可见（图2B）。该动脉与其他主要脑动脉的解剖关系见于图2A。 - 在MCA主干上方及嗅皮层分支近端的颅骨处滴加一滴0.9%生理盐水。使用电动磨钻将颅骨磨薄，直至出现微小骨折。
注意：切勿用力将磨钻压在颅骨上，以免穿透颅骨并损伤下方动脉。 - 用镊子提起已磨薄的颅骨并将其移除。对于假手术组小鼠，操作至此结束，不结扎动脉。
注意：此时在MCA主干处形成一个小的矩形开窗。 - 将一根黑色编织丝线单股环置于MCA上方（图2C）。插入8-0显微外科针以抬起MCA主干，并在针下打结缝合线（见材料表），使针的两端均保留在丝线结环的上方（图2D）。
- 对于短暂性MCAO，将丝线结在针下轻微收紧，以阻断动脉血流（图2E），代表MCAO起始。
- 用镊子夹住缝线，在缺血结束时（例如60分钟或更长时间）缓慢移除针。
注意：当针被移除时，丝线结环从MCA上滑脱，脑组织实现再灌注（图2F）。 - 对于永久性MCAO，将丝线环在动脉周围牢固收紧，并移除针。剪除并移除多余的缝线材料。
- 在皮肤切口处滴加一滴0.25%布比卡因，使用6-0尼龙缝线间断缝合肌肉和皮肤（见材料表）。在皮肤切口表面涂抹抗生素软膏。
注意：皮肤切口也可使用无菌钉合器或医用胶水闭合。
3. 术后护理
- 关闭异氟烷以唤醒小鼠。当自主呼吸恢复后，断开呼吸机。
- 将小鼠转移至具有可控温度的恢复室（见材料表）。
- 当小鼠的翻正反射恢复或开始活动时，进行拔管。
- 在温湿度可控的恢复室中密切监测小鼠。待其完全清醒后（恢复期约2小时）将其送回饲养笼。皮下注射卡洛芬5 mg/kg，每日一次，连续3天。
4. 激光散斑对比成像（LSCI）
- 在MCAO术后6小时和24小时，将麻醉小鼠固定于立体定位仪上。剃除头部上方毛发，并用碘伏和酒精交替擦拭三次进行清洁。
注意：麻醉操作如步骤1.3所述进行。LSCI也在MCAO术前进行。 - 沿中线做一条长约3 cm的皮肤切口，分离皮肤与颅骨。使用四个小型针状牵开器暴露颅骨顶部。
- 将激光散斑相机（见材料表）移至头部上方，调节相机焦距，拍摄脑血流图像。
5. 2,3,5-三苯基氯化四氮唑（TTC）染色
- 实验结束时（通常在卒中后第1、3或28天），使用5%异氟烷对小鼠进行深度麻醉。通过夹捏尾巴确认无疼痛反应。
- 使用手术剪将小鼠断头，取出脑组织。将脑组织置于冰盐水中孵育20分钟。
- 将脑组织置于冰上的脑切片模具中，并持续滴加冷盐水。使用薄剃须刀片将脑组织切成1 mm厚的切片。
- 将脑切片按相同方向浸入含有2% TTC溶液的培养皿中（参见材料表）。将培养皿置于室温避光条件下15分钟。
注意：正常脑组织染成红色，缺血组织则保持白色。 - 将脑切片转移至10%福尔马林溶液中固定24小时。拍摄脑切片图像并测量梗死面积。
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结果
在手术显微镜直视下，可直观确认大脑中动脉血流在缺血期间被阻断。我们之前的研究表明 >使用激光多普勒监测仪实现缺血区域80%的血流减少6为了确定MCAO后血流变化，可使用LSCI进一步确认缺血损伤及再灌注情况（图1）。事实上，在 图3A，观察到右侧大脑中动脉（MCA）供血区域的血流减少。对于短暂性MCAO，在缝线移除后，脑血流再灌注明显（图3B），并在24小时后进一步改善（图3C）。脑卒中脑组织可在24 h后进行切片并用TTC染色。坏死组织不与TTC发生反应，保持白色（图1）。TTC 染色显示，该模型可在皮层和外侧纹状体区域均产生梗死组织，且与线栓法大脑中动脉阻塞（filament MCAO）相比，梗死体积适中。图4）。该模型已应用...
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讨论
首个经颅大脑中动脉（MCA）阻塞模型于1981年在大鼠中建立11,12，并于1989年被无开颅MCAO模型所取代4。最初的经颅MCA阻塞手术视野较广，需切除整个颧弓并将肌肉向侧方牵拉。术后局部组织出现肿胀，导致动物应激反应及摄食量下降。在我们改良的经颅MCAO模型中，切口创伤更小，仅需切除一小段颧弓。手术视野通过四个小型针式牵开器暴露，未损伤任何血管或神经。由于使用8-0外科缝合针将MCA主干抬起，仅需形成一个小的颅骨窗，且缝合针无需完全穿过MCA下方。术后未观察到局部组织肿胀6。
该模型具有多个优点。首先，它产生的梗死区域包含皮层和皮层下区域，因此可方便地评估神经功能缺损。其次，该模型可诱导短暂性和永久性缺血性脑卒中。重要的是，可通过延长缺血时间来模拟晚期再灌注。例如，在我们之前的脑卒中研究中，成功实施了6 h的MCAO9...
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披露
所有作者均无利益冲突。
致谢
作者感谢 Kathy Gage 提供的编辑支持。示意图使用 BioRender.com 制作。本研究由麻醉学系（杜克大学医学中心）和美国国立卫生研究院（NIH）基金（NS099590、HL157354、NS117973 和 NS127163）资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.25% 布比卡因 | Hospira | NDC 0409-1159-18 | |
| 0.9% 氯化钠 | ICU Medical | NDC 0990-7983-03 | |
| 2,3,5-三苯基氯化四氮唑（TTC） | Sigma 或任意可获取的供应商 | ||
| 20 G IV 导管 | BD | 381534 | 20 GA 1.6 IN |
| 30 G针头 | BD | 305106 | |
| 4-0 丝线缝合线 | 看 | SP116 | 黑色编织丝绸 |
| 8-0 缝合线带针 | Ethilon | 2822G | |
| 酒精棉片 | BD | 326895 | |
| 麻醉诱导箱 | 任何合适的供应商 | Pexiglass 制作 | |
| 电动研磨机 | JSDA | JD 700 | |
| 高温电灼环头 | Bovie | AA03 | |
| 异氟烷 | Covetrus | NDC 11695-6777-2 | |
| 激光多普勒血流监测仪 | Moor Instruments | moorVMS-LDF1 | |
| 润滑性眼膏 | 博士伦 | 339081 | |
| 小鼠直肠探针 | Physitemp | RET-3 | |
| 一氧化二氮 | Airgas | UN1070 | |
| 耳镜 | Welchallyn | 728 | 2.5 mm 耳镜用作喉镜以观察小鼠的声带 |
| 氧气 | Airgas | UN1072 | |
| 聚维酮碘 | 绒毛膜绒毛取样术 | 955338 | |
| 回收箱 | Brinsea | 薄层色谱环保法 | |
| 瑞马度（卡洛芬） | 硕腾 | 6100701 | 可注射用 50 mg/mL |
| 啮齿类动物呼吸机 | Kent Scientific | 啮齿类动物 Jr. | |
| 温度控制器 | Physitemp | TCAT-2DF | |
| 三联抗生素 &和镇痛 | 绒毛膜绒毛取样术 | NDC 59770-823-56 | |
| 蒸发器 | 真实世界数据 | R583S |
参考文献
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- Yang, Z., et al. Post-ischemia common carotid artery occlusion worsens memory loss, but not sensorimotor deficits, in long-term survived stroke mice. Brain Research Bulletin. 183, 153-161 (2022).
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重印与许可
