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Die Gewebsischämie ist in der klinischen Medizin häufig anzutreffen und steht nach wie vor im Fokus der aktuellen Forschung. Bereits 1880 wurde der katastrophale Koronararterienverschluss verwendet, um die Auswirkungen der Ischämie zu demonstrieren, aber erst in jüngster Zeit wurde die ausgeprägte und separate Verletzung im Zusammenhang mit der Reperfusion anerkannt1. Die Forschung zu Ischämie/Reperfusionsschäden (IRI) wächst in rasantem Tempo. In dieser Sammlung heben wir wichtige Neuzugänge auf diesem Gebiet hervor, von hochmodernen Modellen bis hin zu neuartigen Therapien in verschiedenen präklinischen Modellen. Diese Zusammenstellung vereint nützliche Werkzeuge für jeden Grundlagenforscher. Zum Beispiel können die hier vorgeschlagenen zerebralen oder kardialen Ischämiemodelle unter Verwendung der von Liepinsh2 beschriebenen Färbemethoden für 2,3,5-Triphenyl-2H-tetrazoliumchlorid (TTC) abgebildet werden. In ähnlicher Weise verwenden Paro et al.3 und Compton et al.4 Laserdoppler, um Ischämie- und Reperfusionszustände in getrennten Geweben zu bestätigen.
Der Koronarverschluss ist die häufigste Ursache für den plötzlichen Herztod5. Viele in vivo Modelle versuchen, diese Verletzung auf nicht-physiologische Weise zu rekapitulieren (z.B. durch Kryoablation oder Kauterisation). 6 Durch Mikromanipulation zeigen Lv et al.6 , dass die linke anteriore absteigende Arterie (LAD) in einem kostengünstigen reproduzierbaren Mausmodell der koronaren IRI6 zuverlässig ligiert und reperfundiert werden kann. Der linke Ventrikel wird über eine Thorakotomie freigelegt, und ein Präpariermikroskop ermöglicht die Identifizierung des LAD und den Durchgang einer Naht um die Arterie. Für die reversible Okklusion wird ein Slipknot verwendet. Troponin, Echokardiographie und TTC-Färbung können zur Quantifizierung der IRI verwendet werden. Dieses Modell hat eine breite Anwendung, von Therapeutika bis hin zu mechanistischen Studien an dieser genetisch veränderlichen Spezies.
Der Schlaganfall ist die zweithäufigste Todesursache, und der Verschluss der mittleren Hirnarterie (MCA) ist die häufigste Form des Schlaganfalls 7,8. Derzeit mangelt es an wirksamen Behandlungen für die Genesung nach den akuten Stadien des Schlaganfalls. Bisherige Ansätze, das Gefäßwachstum zu erhöhen und die notwendige Blutversorgung wiederherzustellen, haben enttäuschende Ergebnisse gebracht. Paro et al.3 adaptieren ein aktuelles neurochirurgisches Verfahren für die neuartige Behandlung des ischämischen Schlaganfalls3. Bei diesem technischen Ansatz werden intravaskulärer Verschluss und Reperfusion mit Hilfe eines Nahtmonofilaments erreicht, das von der Halsschlagader zum MCA geführt wird. Veränderungen des Blutflusses werden mit Laser-Doppler bestätigt. Der Schläfenmuskel wird dann durch eine Kraniotomie rotiert, um auf der freiliegenden Gehirnoberfläche des MCA-Territoriums zu liegen. Dieses Verfahren moduliert die Wachstumsfaktoren der Angiogenese und führt zu einer erhöhten Dichte des Wachstums neuer Gefäße innerhalb ischämischer Läsionen.
Barajas et al.9 erweitern ein bewährtes Modell, das Langendorff-Herzpräparat, um es mit Neugeborenen zu verwenden, die sich entwickelnde Mausherzen9. Dies ermöglicht die Untersuchung genetisch veränderlicher Probanden zu wichtigen Entwicklungszeitpunkten. Frühere Entwicklungsstudien beschränkten sich auf größere Tiere. Das neugeborene Herz zeigt Unterschiede im Stoffwechsel und in den physiologischen und pharmakologischen IRI-Reaktionen. Diese Methode wird nicht nur die Entwicklung von pädiatrischen IRI-Modellen unterstützen, sondern kann auch dazu beitragen, langjährige Entwicklungsfragen zu beantworten. Das neugeborene Mausherz ist zu klein, um die Herzarbeit mit einem Ballon zu messen, und erfordert die Verwendung eines Kraftaufnehmers, der an der ventrikulären Spitze befestigt ist, was den klassischen Ansatz darstellt, den Langendorff 189510 beschrieben hat.
Die qualitativ hochwertige Beurteilung von lebensfähigen, gefährdeten und nekrotischen Gewebebereichen nach IRI ist für die Beurteilung von Interventionen von größter Bedeutung. Eine solche Quantifizierung ist auf die drei oben beschriebenen Artikel anwendbar. Es gibt viele Werkzeuge für diesen Prozess; Eine elegante, einfache und kostengünstige Schritt-für-Schritt-Methode wird jedoch von Liepinsh et al.2 für Herz und Gehirn beschrieben. Dies ist eine nützliche Methode für jeden ex vivo und in vivo Forscher-Werkzeugkasten. Zum fachgerechten Umgang mit den Geweben gehört die Sicherstellung eines standardisierten Färbedrucks und einer standardisierten Färbezeit sowie standardisierter Einfrier- und Lagerzeiten. Die Einstellungen für die Makrofotografie sollten manuell angepasst werden. Fehlbelichtungen und Weißabgleich sowie Unschärfen und Reflexionen lassen sich mit ihrer detaillierten Abstimmung sorgfältig verhindern.
Zell-Zell-Signale als Reaktion auf IRI treten bei allen Zelltypen und zwischen Zellen sowohl bei physischem Kontakt als auch in größeren Entfernungen voneinander auf11. Li et al.12 verdeutlichen dieses Phänomen, indem sie eine endothelial-kardiomyozyten-Crosstalk-fähige, aber physikalisch isolierte Zell-Co-Kultur verwenden12. Diese Methode ermöglicht die hochgenaue In-vitro-Analyse einer einzelnen Zelllinie. In ihrer Studie war der Nachweis der Endothelzellabschwächung von Kardiomyozyten-IRI von der Zell-Zell-Distanzierung abhängig. Dies zeigt die klaren Vorteile von nicht-gemischten Co-Kulturen und unterstreicht zukünftigen Forschern, wie wichtig es ist, die physische Umgebung zu kontrollieren. Während sich dieses Modell sofort für die Untersuchung von kardialen Endothel-Kardiomyozyten-Interaktionen eignet, ist eine Ausweitung auf jede andere Gewebe-Organ-Interaktion möglich.
Ausgehend von Herz- und Hirngeweben untersuchen Compton et al.4 die Wirkung der Lichttherapie auf die IRI der Gliedmaßen4. Es gibt keinen endgültigen optimalen Aufblasdruck oder eine optimale Zeit für das Aufblasen von Tourniquets, und Muskel- und neuronale Verletzungen durch chirurgische Tourniquets sind gut dokumentiert und können zu Morbidität bei Patienten führen13. Die Autoren ahmen klinische Einstellungen mit Tourniquets für unilaterale Extremitätenischämie nach, die mit Laserdoppler bei Mäusen bestätigt wurde. In ihrer Studie veränderte eine Behandlung mit Nahinfrarotlicht pro Stunde ischämischer Zeit die Proliferation von Makrophagen, Entzündungsmarker und das Ausmaß der Gewebenekrose. Dieses klinisch anwendbare Modell und die nicht-invasive Therapie erweitern die bisherigen Grenzen der "blutfreien" chirurgischen Feldpraxis.
Nach dem Herzen und dem Gehirn gehören die Nieren zu den am besten untersuchten IRI-Organen. Die Niere reagiert extrem empfindlich auf Malperfusion, und Godoy et al.14 betonen, dass ein und derselbe Eingriff, auch wenn er leicht verändert wird, zu unterschiedlichen pathologischen Zuständen führen kann14. Die Verwendung eines retroperitonealen Ansatzes, bei dem der Nierenstiel für nur 30 Minuten freigelegt und geklemmt wird, führt zu erheblichen Schäden. Durch die Veränderung der Reperfusionszeit können verschiedene Genesungs- und Krankheitszustände untersucht werden, darunter tubuläre Obstruktion, tubuläre Dilatation, neutrophile Infiltration und sogar fokale Fibrose. Dieses Modell konserviert die kontralaterale Niere für den Vergleich, was bei der Charakterisierung von Verletzungsmarkern speziell in Bezug auf die Nieren-Nieren-Wechselwirkung hilfreich sein kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Zusammenstellung von IRI-Methoden einen breit anwendbaren Werkzeugkasten für Forscher bietet, die viele verschiedene Gewebe und Präparate von in vitro über ex vivo bis hin zu in vivo Modellen verwenden. Von der neuartigen Neugestaltung chirurgischer Techniken bis hin zur Erweiterung bewährter Methoden bieten die etablierten Experten in der IRI-Forschung neuartige, hochmoderne Untersuchungswerkzeuge. Eine Gemeinsamkeit zwischen diesen Studien scheint jedoch die verbesserte Übertragbarkeit auf klinische Modelle durch die Entwicklung relevanter Techniken zu sein. Von der Nachahmung chirurgischer Einstellungen mit Tourniquets bis hin zu MCA- und LAD-Okklusion wird die Verbesserung präklinischer Modelle zweifellos die zukünftige klinische Anwendung unserer Arbeit unterstützen.