该协议为研究人员提供了使用改良的 Longa 颈外动脉方法对小鼠进行大脑中动脉闭塞手术的分步指南。本文中介绍的改良旨在提高大脑中动脉闭塞的准确性并确保完全再灌注。
该协议为研究人员提供了使用改良的 Longa 颈外动脉方法对小鼠进行大脑中动脉闭塞手术的分步指南。本文中介绍的改良旨在提高大脑中动脉闭塞的准确性并确保完全再灌注。
大脑中动脉闭塞模型是研究缺血性中风的主要动物模型。尽管在研究中使用了三十多年,但其标准化仍然不足。该程序主要在大鼠和小鼠身上进行,由于小鼠的体积更小、更脆弱,因此带来了挑战。与 Koizumi 颈总动脉方法不同,Longa 颈外动脉是唯一确保缺血后完全再灌注的腔内细丝卒中模型。这方面对于研究再灌注现象具有至关重要的意义。本文中演示的手术修改可确保在整个缺血期和再灌注开始后从颈总动脉连续流血。这些修改的目标是在缺血期间,通过在大脑中动脉近端的分支中保持灌注不间断,选择性地闭塞大脑中动脉。此外,再灌注的发生是突然的,可以精确控制,从而更准确地模拟人类医学中的血管内血栓切除术。我们展示这篇全面的视频文章的目的是简化新外科医生的培训,并促进科学界外科手术的标准化。
中风是第二大死亡原因,也是导致死亡和残疾的第三大原因1。就其原因而言,中风可以是缺血性或出血性,缺血性中风在临床实践中明显更为普遍。缺血性中风是由于向脑组织供血的动脉阻塞引起的,导致缺血、细胞死亡和炎症。自溶栓和机械血栓切除术等再灌注疗法问世以来,中风的治疗取得了长足的进步。然而,所有再灌注疗法都存在导致通常所说的再灌注损伤而加剧患者病情的风险2。再灌注损伤的确切机制尚不清楚,需要进行临床前研究来确定潜在原因和预防措施。为此,为缺血性卒中后的再灌注损伤开发一个相关的动物模型变得至关重要。
大脑中动脉闭塞 (MCAO) 是研究缺血性卒中最常用的动物模型。它主要在啮齿动物中进行,到目前为止,科学文献中描述了许多不同的变体 3,4。两种主要类型,小泉和 Longa,被称为颈总动脉 (CCA) 和颈外动脉 (ECA) 变体,在技术上区别在于细丝插入的动脉切开部位 5,6。在我们最近的文章中,通过血管灌注的体内监测,我们表明只有 Longa 方法可以真正被视为脑缺血/再灌注模型7。该过程包括将细丝插入 ECA,将其推进 ICA,并将其固定在大脑中动脉 (MCA) 的分支点以诱导脑组织缺血。在预定的缺血期之后,丝的退出允许再灌注,模拟短暂性脑缺血。中风发作后,研究中使用的主要结果变量通常是梗死病变的体积,可以使用离体组织学或体内脑部扫描进行测量。MCAO 模型的挑战围绕着归因于变体间、运算符间和受试者间差异的低重现性,后者在临床前卒中研究中构成了重大限制4。
此外,相对于啮齿动物大脑的大小,啮齿动物 MCAO 后的梗死区域是巨大的。此外,大脑的海马后部区域经常被募集到梗死体积中,尽管这些区域主要依赖于大脑后动脉 (PCA) 的血流,而不是 MCA8。与文献中描述的 Koizumi 和 Longa 方法一样,由于小鼠 Willis 环的通畅不完全,CCA 在缺血期间保持连接状态,导致缺血诱导区域比预期要宽得多 5,6,9。即使在缺血期后重新开放或修复 CCA 的方法中,通常的 30-60 分钟缺血也会导致非 MCA 区域出现不可逆的组织损伤10。此外,与预期相反,先前的研究表明,细丝的硅涂层长度对病变大小11 没有影响。然而,在闭塞期间,细丝硅涂层长度的选择仅在具有连接 CCA 的模型中得到解决。
该方法的目标是修改小鼠的 Longa MCAO 方法,使其在缺血期间能够不间断地从 CCA 流出,从而提高 MCAO 的选择性,并确保手术后梗死区域的完全再灌注。这些修改将通过降低死亡率和减少受试者间方差,极大地有利于研究小鼠缺血再灌注损伤的纵向研究。
所有动物处理和程序均已获得萨格勒布大学医学院伦理许可委员会和克罗地亚共和国农业部用于科学目的的动物保护伦理委员会的批准。根据克罗地亚动物保护法 (NN 102/17, 32/19)、动物保护法修正案 (NN 37/13) 和用于科学目的的动物保护指南 (NN 55/13) 进行实验程序,这些指南符合欧洲实验动物护理和使用指南(指令 2010/63/EU)。
1. 动物和手术部位的准备
2. 缺血诱导手术

图 1:大脑中动脉闭塞丝推进超过翼腭动脉分支点的图示。 适当的细丝推进(左)是通过调整 MCAO 细丝的方向来实现的,使其背靠 ICA 的侧壁并弯曲远离 PPA 分支点。否则(右侧)可能会导致细丝进入 PPA 而不引起中风。在后一种情况下,细丝将无法达到应有的程度,外科医生应撤回细丝,直到其末端在 ICA 分支点可见,然后再次开始推进细丝。绿色动脉代表后交通动脉 (PcomA),在小鼠中大多为非通畅动脉。使用 BioRender.com 创建。 请单击此处查看此图的较大版本。
3. 缺血期
4. 细丝撤离手术
5. 术后护理
术中或术后 MRI 扫描,特别是灌注加权成像 (PWI) 和/或弥散加权成像 (DWI) 扫描(图 2)可以提供手术成功的明确证据。术中 PWI 显示同侧 MCA 区域严重缺血,从而证实细丝放置导致完全闭塞。成功手术的术后 PWI 显示病灶核心高灌注,以及 MCA 区域边界有一定程度的再灌注。术中 DWI 病灶对应于术中 PWI 上观察到的缺血区域。术后 DWI 病灶向缺血病灶核心收缩,伴有病灶表观弥散系数显着降低,使其比术中 DWI 病灶和周围再灌注脑组织更暗。标准的 T2 解剖扫描,包括术中和术后,通常不会显示任何值得注意的,除非发生细导的出血
(图 3)。在这种情况下,PWI 和 DWI 扫描显示不完全缺血或无缺血。
再灌注过程在接下来的 48 小时内进行,并在手术后第二天进行的 MRI 扫描中确认已发生(图 2,第 2 天的 CBF)。PWI 扫描显示病变部位完全再灌注,病灶核心有轻微的高灌注。DWI 扫描显示由于脑水肿形成,多个区域的表观弥散系数降低。T2 解剖扫描显示水肿高信号区域包围 MCA 区域,不涉及非 MCA 区域,例如海马体。
醒来后,动物表现出明显的急性中风迹象。常见的行为症状包括病变一侧的肌肉张力增加,导致动物将其躯干向该方向弯曲。沿同侧方向盘旋和旋转也是急性中风的明显迹象。共济失调步态通常表明海马体参与缺血病灶体积。然而,由于异氟醚麻醉的副作用,这种症状在超急性期可能缺乏特异性。在随后的几天里,动物应该出现前肢同侧屈曲和姿势状态恶化,并伴有胡须反射的缺失。由于脑水肿,死亡率在手术后 3 天左右达到峰值。慢性期始于脑水肿开始消退后。在此期间,动物可能会出现尿潴留。因此,检查动物的膀胱硬度以及尿道出口处的坚硬帽非常重要。大多数时候,这个问题可以通过轻轻按摩膀胱以促进排尿来解决。体重恢复迹象通常在中风发作后的最初 7 天内出现。

图 2:通过 MRI 扫描确认完全再灌注的成功 MCAO 的代表性示例。 CBF、ADC 和 T2w 分别代表脑血流图、表观弥散系数图和 T2 加权解剖扫描。IntraOP 、 postop 和 D02 分别表示缺血发作后、再灌注发作后和 MCAO 后第 2 天的 3 个不同影像学检查时间点。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 3:MCAO 手术期间细导出血的代表性 MRI 扫描。 CBF、ADC 和 T2w 分别代表脑血流图、表观弥散系数图和 T2 加权解剖扫描。IntraOP 、 postOP 和 D02 表示 3 个不同的影像学时间点: 缺血发作后、再灌注发作后和 MCAO 后第 2 天。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 4:大脑中动脉分支正确放置细丝的图示。 在大多数情况下,细丝的硅部分(白色)位于大脑前动脉 (ACA) 的近端部分,比 MCA 分支点远约 2 毫米。通常,小鼠的 ACA 大脑区域不会受到影响,因为 ACA 与对侧的 ACA 连接成一个单一的合子 ACA。受影响的动脉显示为灰色。在左侧,CCA 在缺血期间保持通畅,从而向所有 ICA 分支供应血液,直到被细丝的硅部分阻塞的 MCA。在右侧,细丝的位置相同,除了 CCA 连接在缺血期间保持。由于 PcomA(绿色)在大多数情况下不是通畅的,如果保留 CCA 连接,卒中会通过 MCA、AchA、VTA、HTA 和 PCA 非选择性地包裹同侧半球的大部分。在这些情况下,由于 PPA 阻塞,也可以观察到眼部急性梗塞(白细胞症和神经萎缩不等大)的迹象。使用 BioRender.com 创建。 请单击此处查看此图的较大版本。
MCAO 对操作者来说是一个要求很高的程序,对动物来说是一个使人衰弱的程序。出于这个原因,研究人员拥有一个标准操作程序至关重要,该程序可以最大限度地减少中风的严重程度,减少手术失败,并改善动物术后的健康状况。该 MCAO 协议强调了在鼠标上执行此过程时需要考虑的一些关键方面。
MCAO 细丝的选择会影响诱发的中风病变的大小和位置,因此是该程序中的关键步骤11。硅涂层细丝,例如 Doccol 率先推出的细丝,在降低细导出血的发生率方面取得了重大飞跃12。然而,硅涂层细丝的尺寸和长度多种多样,这给新研究人员在实验动物中选择合适的 MCAO 提出了挑战。虽然细丝制造商通常会提供为给定动物体重选择正确细丝直径的指南,但硅涂层的长度被认为是操作员的个人喜好,只能根据操作员的技能进行选择。在这项工作中,我们主张最小化硅长度,以确保诱导的中风病变仅包括 MCA 冲洗区域,从而提高可重复性。 图 4 表明,大脑后动脉 (PCA) 是第一个颅内 ICA 分支,供应大脑的后部区域,包括海马体的一部分。最近对小鼠的显微 CT 研究确定了在 MCA 分支点之前由 ICA 产生的另外三个较小的分支13。脆弱而多变的下丘脑动脉 (HTA)、腹侧被盖动脉 (VTA) 和脉络膜前动脉 (AChA) 按其分支顺序对变异内和受试者内变异性有显着贡献8。此外,显微 CT 研究表明,在小鼠中,与 MCA 和 PCA 分支点的平均距离约为 1.7 毫米,比大多数人造细丝的硅涂层长度短得多14。由于操作员在推进细丝时收到的唯一反馈是细丝到达 MCA 分支点时阻力的突然增加,因此细丝硅涂层的拖尾长度会诱导 MCA 缺血,并且根据硅涂层的长度,会诱导 AChA、VTA、HTA 甚至 PCA, 引入与预期的 MCAO 模型相反的可变性。因此,为了保持可重复性和术后动物健康,目标应仅是 MCA 闭塞。Doccol 提供硅涂层从 1 到 2 毫米不等的 MCAO 线材,但我们的经验表明,使用 1-2 毫米的涂层通常会导致假手术而不会引起中风。术中 MRI 扫描显示,细丝在 MCA 分支点之外推进至 2 毫米,进入大脑前动脉 (ACA),然后向操作者提供关键的阻力反馈。出于这个原因,我们强烈建议使用 2 至 3 毫米长度的硅涂层,与 MCAO 细丝上较长的硅涂层相比,它减少了海马体对中风病变的参与。
该程序的第二个关键步骤是正确放置 MCAO 细丝,以实现 MCA 的完全闭塞。错误地进入第一个 ICA 分支,翼腭动脉 (PPA) 是操作员的常见问题,因为几乎没有任何反馈表明 MCAO 细丝在其前进过程中走错了路。因此,我们建议略微的横向推进角,以便细丝的硅涂层尖端从 PPA 的分支点弯曲,使其更有可能进入 ICA 的颅内部分。(图 1)如协议部分所述,重要的是要观察尾纤的长度以得出灯丝的位置是否足够。如果细丝无法从 ICA 分支点插入至少 7 毫米,操作员应缩回细丝并重复。在细丝插入过程中施加的任何不必要的力都可能导致出血和手术失败。对于这个问题,可以使用连续激光多普勒灌注测量来确认正确的细丝放置。
确保在缺血期间 CCA 的血流畅通无阻是该方案的另一个关键步骤。与大多数描绘小鼠完整 Willis 环的插图相反,研究表明,后交通动脉 (PcomA) 在小鼠中通常不是双侧通畅的,如果 CCA 在缺血期间保持闭合,则无法可靠地供应 Willis 环的同侧15,16。在这些情况下,即使研究人员仔细选择了正确长度的细丝硅涂层,行程也会覆盖整个半球或仅包裹 MCA 区域,具体取决于 PcomA 通畅性,从而导致行程大小未解释的变化。因此,我们修改了程序以涉及指令步骤,操作员在设置闭塞 MCAO 灯丝后立即移除 CCA 夹。这些修改可以提高手术的精度和可重复性,同时减少结果的异质性。方法的标准化将进一步提高成功率和可比性,以及结果的翻译潜力17。
拟议技术的最大局限性是 ECA 在手术后保持结扎状态,这可能会使动物在恢复过程中的状态恶化18。到目前为止,我们在修复 ECA 的努力中未能成功,同时保持了足够高的手术成功率。这仍然是该方法未来改进的潜在点。此外,最大限度地减少 CCA 保持夹紧的时间是一项挑战,但必须防止中风中募集非 MCA 区域。由于这可能提供操作员间和操作员内部差异的来源,因此建议测量 CCA 钳制的持续时间,这可能使研究人员能够在统计上解释观察到的卒中大小总方差的至少一小部分。另一方面,操作员的技能和经验在减少 CCA 结扎时间和整体手术持续时间方面起着至关重要的作用11。
所提出的方法具有重要意义,因为它使研究人员能够选择性地闭塞 MCA,从而使再灌注的发生突然且高度可控。该方法比目前可用的方法更准确地模拟血管内血栓切除术及其随后的再灌注损伤,为可重复和临床相关的动物缺血/再灌注损伤模型提供了详细信息。
作者没有需要披露的利益冲突。作者与本作品中提及的商业名称和商标无关。
这项工作由克罗地亚科学基金会项目 BRADISCHEMIA (UIP-2017-05-8082) 资助;GA KK01.1.1.01.0007 由欧盟通过欧洲区域发展基金和欧盟通过欧洲区域发展基金资助,赠款协议编号为KK.01.1.1.07.0071,项目"SineMozak.博士生 Rok Ister 和 Marta Pongrac 的工作得到了欧盟欧洲社会基金资助的克罗地亚科学基金会的"青年研究人员职业发展项目 - 博士生培训"的全力支持。该过程是使用 Android 智能手机拍摄的,该智能手机使用通用相机支架安装在手术显微镜上。编辑视频资料,并使用 Wondershare Filmora 视频编辑器录制画外音。
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