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方法文章

一种颈动脉瘤形成的鼠类模型

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DOI：

10.3791/67872

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2025年9月9日

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1McGowan Institute for Regenerative Medicine, 2Department of Neurosurgery, University of Pittsburgh Medical Center, 3Biomedical Engineering, Department of Agricultural and Biological Engineering, Mississippi State University, 4Department of Neurological Surgery, Columbia Irving Medical Center

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

本方案介绍了一种通过单次手术操作在小鼠模型中诱导颈动脉瘤的标准外科方法。

摘要

脑动脉瘤存在于约2%至5%的人群中，因其破裂后具有较高的死亡率和致残率，已成为重要的公共卫生问题。尽管相关研究已取得进展，但开发有效且可重复的动物模型仍面临挑战。在现有模型中，手术诱导的动脉瘤被广泛应用；然而，这些手术操作技术复杂，往往限制了其普及性。这些方法需要高度的外科操作经验，且常伴随较高的术中死亡率或动脉瘤形成不一致的问题，从而影响实验结果的可靠性。为克服这些局限性，本视频文章介绍了一种简化的单次手术操作流程，用于在小鼠中诱导颈动脉瘤。该简化方法在雌性小鼠中成功诱导颈动脉瘤的比例高达87%。通过降低技术难度并提高可重复性，该方法为脑动脉瘤研究提供了一种实用且可靠的替代方案。该方法的广泛采用有望推动标准化研究，加速治疗策略的开发，并最终增进对动脉瘤病理生理机制的理解。

引言

脑动脉瘤是脑血管壁的局部扩张，影响约2%-5%的普通人群。这些动脉瘤破裂可导致蛛网膜下腔出血，具有较高的死亡率和致残率1,2。为了理解脑动脉瘤的发病机制并识别潜在的治疗靶点，需要建立可靠且可重复的动物模型，以模拟人类疾病。本文介绍了一种在小鼠中诱导颈动脉瘤的标准手术方法，为技术要求更高的颅内模型提供了一种实用且高效的替代方案3。

该技术的开发源于现有脑动脉瘤模型所面临的挑战。尽管颅内动脉瘤模型被广泛使用，但其需要复杂的手术操作，且受限于颅内血管管径较小，这限制了其在测试血管内装置及其他干预措施方面的应用4,5。此外，不同研究之间采用的方法存在差异——例如弹性蛋白酶浓度和作用时间的不同——这降低了实验的可重复性，并阻碍了跨研究间的比较。通过标准化操作流程，该技术克服了这些局限性，能够以极低的手术风险实现高成功率的动脉瘤诱导。

与其他方法相比，颈动脉瘤模型具有多项显著优势。首先，简化的手术操作降低了技术门槛，使更广泛的实验室能够开展相关研究。其次，颈动脉的管径较颅内血管更大，有利于包括血管内装置在内的多种治疗策略的测试。既往研究已报道了该模型的多种改良版本，并取得了令人鼓舞的结果，但因实验方案不一致，限制了其可重复性6,7。我们的方法对这些技术进行了优化，在雌性小鼠中实现了87%的建模成功率，并确保了不同实验间结果的一致性。

从现有文献的整体背景来看，脑动脉瘤的动物模型对于理解疾病机制、评估治疗靶点以及开发干预策略至关重要。目前已在多种物种中建立了相应的模型，包括斑马鱼、大鼠、兔子和狗，每种模型各有其独特的优势与局限性3,8。该颈动脉瘤模型通过在技术可行性与人类疾病的关联性之间实现良好平衡，补充了现有的模型体系，为希望获得可靠且可重复的临床前研究模型的研究人员提供了理想选择。

该方法特别适用于旨在研究动脉瘤形成分子与生物力学机制、测试药理学制剂或评估血管内装置的实验室。研究人员应考虑该模型的解剖学和生理学特征是否符合其特定的实验目标。通过提供一种标准化且可重复的实验方案，该技术旨在推动脑动脉瘤研究，并促进该领域内不同研究之间更高的可比性与一致性。

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方案

动物实验方案经匹兹堡大学机构动物护理和使用委员会（IS00022015）批准。实验使用6至8周龄的雌性C57BL/6J野生型（WT）小鼠。所用试剂和设备列于材料表中。

1. 动物准备

  1. 诱导麻醉。
    1. 将小鼠放入诱导室，使用麻醉挥发罐系统以3%–4%浓度的异氟烷气体进行诱导麻醉（遵循机构批准的方案），调节氧气流速至1.0–1.5 L/min。
    2. 监测动物是否完全麻醉的迹象（例如，对外界刺激无反应且呼吸频率降低）。
  2. 转移至手术部位。
    1. 小鼠完全麻醉后，将其转移至手术台，同时维持异氟烷麻醉浓度为1-3%，氧流量为0.8-1.0 L/min。确保小鼠连接至麻醉输送系统 通过 鼻锥
  3. 温度维持
    1. 将小鼠置于预热至36 °C的加热垫上。连接体温探头，以在整个操作过程中持续监测体温。必要时调整加热垫设置，以维持体温稳定。
  4. 预先镇痛
    1. 手术前皮下注射3.25 mg/kg剂量的缓释布托啡诺注射用混悬液。

2. 手术准备

  1. 固定动物。
    1. 将小鼠置于仰卧位。使用手术胶带条轻轻固定每个肢体于手术平台上，确保身体稳定且无过度牵拉。
  2. 剃除颈部区域毛发。
    1. 使用小型手术剪刀剃除颈部区域的毛发（约 2 cm × 2 cm 面积）。用无菌外科纱布清除松散的毛发。
  3. 消毒手术部位。
    1. 使用棉签蘸取聚维酮碘溶液，对颈部区域进行两次消毒，随后用 70% 乙醇重复两次。每次消毒后留出时间让皮肤自然风干，以确保充分消毒。

第1阶段：颈总动脉结扎

  1. 确认麻醉效果。
    1. 使用钝头镊子进行足趾夹捏测试。若无回缩或反射性运动，表明麻醉已达到充分程度。
  2. 行正中切口。
    1. 使用手术刀片沿颈部正中线做一条长约1 cm的垂直切口，起始于下颌线下方，切开真皮层及皮下筋膜。
  3. 暴露下颌下腺。
    1. 使用钝头镊子将下颌下腺向侧方游离，注意避免损伤周围组织。轻柔提起腺体，并通过钝性分离将其与胸骨分离。
    2. 使用小型无菌牵开器或夹子固定腺体，以维持清晰的手术视野。
  4. 暴露胸锁乳突肌（SCM）。
    1. 肉眼辨认同侧胸锁乳突肌（SCM）。用钝头镊子轻轻提起肌肉，并在其下方穿入一根5-0编织丝线缝线。通过轻拉缝线将肌肉向侧方牵开，以暴露颈动脉鞘。
  5. 分离颈动脉。
    1. 使用锐头镊子打开颈动脉鞘，仔细将颈动脉与邻近的颈静脉和迷走神经分离。
    2. 为改善视野，可在颈动脉下方置入无菌硅胶套管或牵开器。操作中应避免对动脉及周围结构造成创伤。
  6. 结扎颈动脉。
    1. 使用锐头镊子挑起颈动脉，并在其下方穿入9-0缝线。打一个牢固的双结以结扎动脉，确保张力适当，既能阻断血流又不损伤血管。剪除缝线残端以减少组织刺激。
  7. 弹性蛋白酶处理。
    1. 用含10 U/mL猪胰弹性蛋白酶的1× PBS溶液浸泡颈动脉，持续10–20分钟。
    2. 孵育期间始终保持组织湿润，防止干燥。处理后立即用棉签轻轻吸去多余的弹性蛋白酶溶液 ，以减少对周围组织的损伤。
  8. 关闭切口。
    1. 使用无菌尼龙缝线（5-0）或外科钉合器对合皮肤切口边缘。以无菌纱布施加轻柔压力，确保止血。

4. 术后护理

  1. 监测动物。
    1. 每天观察动物是否出现并发症的临床症状，例如动脉瘤过早破裂（表现为突然嗜睡或血肿）、中风、癫痫发作或明显体重减轻（>基础体重的10%）。
    2. 对于出现严重症状的动物，应立即实施安乐死（遵循机构批准的方案），以最大程度减少疼痛和痛苦。
      注：缓释布托啡诺可提供长达72小时的镇痛效果；仅在需要时给予额外的术后镇痛药物。
  2. 伤口护理
    1. 手术后立即在切口部位涂抹4%利多卡因凝胶以进行局部镇痛。涂抹一层薄薄的抗生素软膏（例如杆菌肽）以预防感染。每日重复伤口护理至少3天，或直至伤口出现愈合迹象。
  3. 恢复环境
    1. 将动物置于带有柔软垫料的清洁恢复笼中。确保提供温热液体或补水凝胶以促进恢复。持续监测直至动物完全清醒并能自由活动，然后将其送回标准饲养环境。

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结果

共有15只雌性野生型（WT）小鼠按照所述标准化方案进行了动脉瘤诱导操作（图1）。术后两周，通过大体形态学检查确认，约87%的小鼠成功形成动脉瘤（图2 和 图3）。这些结果凸显了该技术的稳定性和可重复性，表明其在动脉瘤病理生理学及治疗干预的临床前研究中具有重要应用价值。

代表性结果包括形态良好的动脉瘤，颈动脉明显扩张，如图1所示。相比之下，约10%的小鼠出现非理想结果，表现为动脉瘤形成不完全或血管扩张不一致（图1），这可能源于弹性蛋白酶递送量的差异、手术操作技术的不同或个体间生理差异。为确保实验一致性，必须严格控制弹性蛋白酶浓度、作用时间以及手术操作的精确性。...

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讨论

通过结扎颈动脉诱导颈动脉瘤的模型最初由 Yasargil 和 Matsuda 在 20 世纪 70 年代提出，他们利用静脉移植物诱导动脉瘤形成9,10。此后对该技术进行了多项改进，包括引入弹性蛋白酶处理和颈动脉结扎，使得能够更高效、更快速地生成较大的颈动脉瘤6,11。尽管取得了这些进展，不同研究团队在动脉瘤诱导方案中仍存在不一致之处，例如弹性蛋白酶处理的时间、剂量和施用方法，这使得不同研究之间的结果难以比较。这些差异可能显著影响动脉瘤的形成率和大小，凸显了在临床前研究中建立标准化动脉瘤诱导方案的必要性，以获得一致且可重复的结果。

本文所述方案通过提供一种在小鼠模型中诱导动脉瘤的标准方法，解决了上述挑战，确保了实验的一致性和可重复性。该方案的一个主要优势在于，由经过培训的人员操作时，具有相对较低的成本和较高的效率4<...

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
5-0 可吸收编织缝线Ethicon / EthilonJ463G
5-0 不可吸收单丝缝线Ethicon / Ethilon8698G
9-0 不可吸收单丝缝线Ethicon / Ethilon2829G
酒精消毒片MedlineCUR45585RB
动物用口袋式剃毛器Wahl9861-900
Dumont #5 镊子RobozRS-5058
Dumont 钛合金镊子；#5 型RobozRS-5050
Graefe 镊子RobozRS-5138 
Graefe 组织镊RobozRS-5155
利多卡因，4%，外用Medline52565-009-50
微型直夹，5 mmRobozRS-5420
显微解剖剪RobozRS-5610
微型直夹，8 mmRobozRS-5424
蚊式钳，4"RobozRS-7100
腈类手套Fisherbrand19-130-1597
青霉素-链霉素Thermo Fisher15140122
猪胰弹性蛋白酶WorthingtonLS002274
聚维酮碘MedlineMDS093943
剪刀，超精细RobozRS-5880
剪刀，精细RobozRS-5840
无菌 0.9% 氯化钠溶液Baxter2B1324X
无菌棉签Dynarex4303
无菌一次性手术巾，蓝色MedlineMDT2168202H
Tegaderm 透明薄膜敷料3M1624W

参考文献

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脑动脉瘤手术操作弹性蛋白酶处理颈动脉动物模型动脉瘤诱导治疗策略
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