Das aktuelle Protokoll beschreibt ein Rattenmodell des Verschlusses/der Reperfusion der mittleren Hirnarterien, das die anatomische Struktur der Hirngefäße bewahrt, ohne Schäden zu verursachen.
Methodenartikel
Das aktuelle Protokoll beschreibt ein Rattenmodell des Verschlusses/der Reperfusion der mittleren Hirnarterien, das die anatomische Struktur der Hirngefäße bewahrt, ohne Schäden zu verursachen.
Ischämischer Schlaganfall ist die Hauptursache für langfristige Behinderung und Mortalität bei Erwachsenen weltweit. Tiermodelle des ischämischen Schlaganfalls haben wesentlich zu unserem Verständnis seiner pathologischen Mechanismen und zur Entwicklung potenzieller Behandlungsmethoden beigetragen. Gegenwärtig gibt es zwei gängige Methoden, bei denen Filamenttechniken (endovaskuläre Nahttechniken) verwendet werden, um Tiermodelle für zerebrale Ischämie zu induzieren. Diese Methoden haben jedoch inhärente Einschränkungen, wie z. B. eine verminderte Durchblutung des Gehirns, eine Schädigung des äußeren Halsschlagadersystems, eine gestörte Nahrungs- und/oder Wasseraufnahme und eine sensorische Dysfunktion des Gesichts. In diesem Artikel wird eine neue Methode zur Induktion eines ischämischen Schlaganfallmodells bei Ratten vorgestellt, ohne die zerebrale Gefäßanatomie zu beeinträchtigen. In dieser Studie wurde die Arteria carotis communis (CCA) von Sprague-Dawley-Ratten freigelegt und ein Schnitt gemacht. Anschließend wurde ein Filament durch den Schnitt in die Arteria carotis interna eingeführt, um die mittlere Hirnarterie zu verschließen. Nach 1,5 h induzierter Ischämie wurde das Verschlussfilament sowohl aus der Arteria carotis interna als auch aus der CCA vollständig entfernt. Der Schnitt in der CCA wurde anschließend mit 11-0 mikrochirurgischen Nähten unter dem Mikroskop vernäht (4-fache Vergrößerung). Durch den Einsatz mikrochirurgischer Techniken zur Reparatur der CCA wurde in dieser Studie erfolgreich eine einzigartige Methode entwickelt, um ein ischämisches Schlaganfallmodell bei Ratten zu induzieren und gleichzeitig die anatomische Integrität der zerebralen Blutgefäße zu erhalten.
Schlaganfall, die häufigste Todesursache und langfristige neurologische Dysfunktion bei Erwachsenen weltweit, umfasst verschiedene Arten, wobei ischämischer Schlaganfall etwa 81,9% der Fälle ausmacht, während Hirnblutungen und Subarachnoidalblutungen 14,9% bzw. 3,1% ausmachen1. Ein ischämischer Schlaganfall resultiert häufig aus Arteriosklerose oder einem Verschluss der mittleren Hirnarterie (MCA), was zu einer Verringerung des lokalen zerebralen Blutflusses und einer anschließenden Hirnschädigung führt. Diese Verringerung der Nährstoffversorgung der ischämischen Zellen löst einen Energiemangel aus, der zu einem Verlust der Membranintegrität, einer Zellschwellung und schließlich zur Lyse führt. Darüber hinaus tragen Faktoren wie erhöhtes intrazelluläres Kalzium, exzitatorische Aminosäurefreisetzung, erhöhte Produktion freier Radikale und Aktivierung von Entzündungszellen zur Schädigung des Hirngewebes nach einem Schlaganfall bei2.
Die Behandlungsziele für ischämische Schlaganfälle sind vielschichtig: Reduzieren Sie laufende neurologische Schäden und senken Sie die Sterblichkeit und langfristige Behinderung; verhindern Sie Komplikationen, die durch Immobilität und neurologische Dysfunktion entstehen; und minimieren Sie das Risiko eines erneuten Schlaganfalls. Angesichts der Komplexität der Pathophysiologie des ischämischen Schlaganfalls ist ein robustes Schlaganfallmodell für die Forschung und Entwicklung von Behandlungen für ischämische Schlaganfälle unerlässlich.
Derzeit ist der Verschluss der mittleren Hirnarterie (MCAo) ein gängiges Tiermodell für ischämischen Schlaganfall3. MCAo wird typischerweise durchgeführt, indem ein Monofilament mit Silikonspitze oder Flamme durch die zervikalen Gefäße eingeführt wird, bis es den Ursprung der mittleren Hirnarterie (MCA) erreicht. Im Jahr 1986 entwickelten Koizumi und Kollegen eine Technik, bei der ein Monofilament mit Silikonspitze durch einen Schnitt in der Arteria carotis communis (CCA) eingeführt wurde, wodurch es den Eingang der MCA erreichen und seinen Blutfluss blockieren konnte4. Im Jahr 1989 berichtete Longas Gruppe über eine weitere MCAo-Methode, bei der ein Monofilament durch einen Schnitt in der Arteria carotis externa (ECA) eingeführt wurde. Das Monofilament durchläuft dann die Bifurkation der Arteria carotis interna (ICA) und der ECA, bevor es den Ausgangspunkt der MCA5 erreicht.
Die Grenzen der beiden bestehenden Methoden zur Induktion von MCAo sind offensichtlich. Koizumis Methode erfordert eine dauerhafte Blockade des ipsilateralen CCA, was zu einer verminderten MCA-Perfusion führt, da die Reperfusion ausschließlich auf dem Kreis von Willis4 beruht. Umgekehrt beinhaltet die Longa-Methode das Schneiden der ECA, was zu einer Schädigung des ECA-Systems und einer anschließenden Beeinträchtigung der Gesichtsmuskelfunktion führt5. Diese Schädigung kann sich auf die Nahrungs- und Wasseraufnahme auswirken sowie sensorische Funktionsstörungen des Gesichts verursachen, die die Rehabilitation und die Beurteilung der neurologischen Funktion nach ischämischem Schlaganfall beeinträchtigen6.
Das aktuelle Protokoll versucht, diese Einschränkungen zu beheben, indem es eine neue Methode entwickelt, um ein ischämisches Schlaganfallmodell zu induzieren, ohne die anatomische Struktur der Hirngefäße zu beschädigen. Dieser neuartige Ansatz nutzt mikrochirurgische Techniken, um die CCA zu reparieren und so die Nachteile früherer Methoden zu vermeiden.
Das experimentelle Verfahren erhielt die Genehmigung des Institutional Animal Care and Use Committee an der Yantai University (Zulassungsnummer: YTDX20230410) und entsprach den Richtlinien der National Institutes of Health für die Pflege und Verwendung von Labortieren. Für diese Studie wurden männliche Sprague-Dawley-Ratten mit einem Gewicht zwischen 300 und 350 g verwendet. Eine umfassende Liste der verwendeten Tiere, Reagenzien und Geräte finden Sie in der Materialtabelle.
1. Vorbereitung von Tieren
2. Anästhesie
3. Verfahren zur ischämischen Modellierung
4. Mikrochirurgisches Nähen des CCA
5. Färben mit 2,3,5-Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC)
6. Neurologischer Funktionstest
HINWEIS: Die neurologische Funktion wurde mit dem Garcia-Test bewertet, nach einem früheren Bericht9.
7. Statistische Analyse
Der Mikronahtvorgang
Der Faden wurde bis nahe zur Einschnittstelle der A. carotis communis zurückgezogen, bis die weiße Fadenspitze sichtbar war (Abbildung 1A). Anschließend wurden Mikroklemmen an der A. carotis communis angebracht (Abbildung 1B). Unter dem Mikroskop bei 4facher Vergrößerung wurde die Einschnittstelle der A. carotis communis mit mikrochirurgischem Nahtmaterial in Einzelknopfnahttechnik verschlossen (Abbildung 1C). Danach wurden die Mikroklemmen von der A. carotis communis entfernt, wodurch die anatomische Struktur und der Blutfluss wiederhergestellt wurden (Abbildung 1D).
TTC-Färbung und Sterblichkeitsrate
Insgesamt 12 männliche erwachsene Ratten wurden zufällig in zwei Gruppen eingeteilt: Sham- und Modellgruppe (jeweils n = 6). Leider verstarb ein Tier in der Sham-Gruppe aufgrund einer Überdosis Anästhetikum, und ein Tier in der Modellgruppe verstarb innerhalb von 24 Stunden. Die Infarkte, die durch die zerebrale Ischämie verursacht wurden, waren sowohl im Striatum als auch im Kortex sichtbar (Abbildung 2A). Drei Tage nach dem ischämischen Schlaganfall betrug der Gesamtinfarktanteil 29,3 % ± 1,6 % der Hemisphäre (Abbildung 2B), wobei die Sterblichkeitsrate nach der Operation 16,7 % betrug.
Beurteilung der neurologischen Funktion
Am 1. und 3. Tag nach ischämischem Schlaganfall waren die Werte der Modellgruppen im Vergleich zu den Scheinoperationgruppen signifikant verringert (17,8 ± 0,4 vs. 8,2 ± 1,5, Abbildung 3A; 17,6 ± 0,9 vs. 9,6 ± 1,3, Abbildung 3B).

Abbildung 1: Der Mikronahtvorgang. (A) Der Faden wird aus der A. carotis communis (CCA) zurückgezogen. Blaue Pfeile zeigen die mikrovaskulären Klammern an. (B) Der schwarze Pfeil zeigt den Einschnitt nach vollständiger Entfernung des Fadens an. Blaue Pfeile zeigen die mikrovaskulären Klammern an. (C) Unter dem Mikroskop (4fach vergrößert) wurde der CCA-Einschnitt mit 11-0 mikrochirurgischen Fäden in einer Einzelknopfnahttechnik vernäht. Blaue Pfeile zeigen die mikrovaskulären Klammern an. Der schwarze Pfeil zeigt den genähten Einschnitt an. (D) Die Mikroklemmen werden entfernt, und die Durchblutung der CCA wird wiederhergestellt. Der schwarze Pfeil zeigt die genähte Stelle der CCA an. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 2: TTC-Färbungsergebnisse des Ischämie-Modells. (A) Repräsentative Bilder von 2,3,5-Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC)-gefärbten Hirnschnitten nach zerebraler Ischämie. In lebendem Gewebe wird TTC enzymatisch durch Dehydrogenasen zu 1,3,5-Triphenylformazan reduziert, das eine rote Farbe aufweist. Die Gewebe in nekrotischen Bereichen bleiben aufgrund des Fehlens einer solchen enzymatischen Aktivität weiß. (B) Prozentsatz des ischämischen Bereichs bei Ratten drei Tage nach zerebraler Ischämie. Im Vergleich zur Sham-Gruppe **P < 0,01. Die Daten sind als Mittelwert ± Standardabweichung angegeben. Jede Gruppe umfasste fünf Ratten. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 3: Bewertung der neurologischen Funktion. (A) Garcia-Scores einen Tag nach zerebraler Ischämie. (B) Garcia-Scores drei Tage nach zerebraler Ischämie. Im Vergleich zur Schein-Gruppe, **P < 0,01. Die Daten sind als Mittelwert ± Standardabweichung angegeben. Es wurden jeweils fünf Ratten pro Gruppe verwendet. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.
MCAo ist eine weit verbreitete Methode zur Erstellung von Tiermodellen für Schlaganfälle, die den bei Patienten beobachteten Schlaganfallprozess effektiv repliziert, indem der Blutfluss nach Ischämie wiederhergestelltwird 10,11,12. Unser Labor hat ein ischämisches Schlaganfallmodell entwickelt, das eine Reperfusion aus dem CCA ermöglicht, ohne das ECA zu schädigen. Nach der Induktion der Ischämie wird eine mikrochirurgische Reparatur der CCA durchgeführt. Obwohl keine direkte Messung des CCA-Blutflusses durchgeführt wurde, beobachteten die Experimentatoren eine vaskuläre Pulsation in der CCA, bevor sie mit der Reperfusion fortfuhren. Diese Technik bewahrt die anatomische Integrität der Halsgefäße und ähnelt gleichzeitig dem Schlaganfallprozess bei Patienten. Darüber hinaus haben Auswertungen der neurologischen Funktion und des Bereichs der Hirnischämie die Validität des durch diesen chirurgischen Ansatz induzierten Schlaganfalls bestätigt.
Die zuvor beschriebenen ischämischen Schlaganfallmodelle können von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden. Bei der Methode von Koizumi et al.4 stützt sich die Blutreperfusion aufgrund der Ligatur des CCA stark auf den Willis-Kreis. Variationen des zerebralen Gefäßsystems können jedoch das endgültige Hirninfarktvolumen beeinflussen und möglicherweise die Mortalitätsrate des Schlaganfallmodells aufgrund der geringen Blutperfusion erhöhen13,14. Darüber hinaus kann eine Ischämie der ECA die Funktion der Gesichtsmuskulatur und der Nerven beeinträchtigen, was sich auf die Beurteilung verschiedener neurologischer Funktionen auswirkt 15,16.
Die aktuelle Methode begegnet diesen Herausforderungen durch drei wichtige Schritte: (1) Halten Sie den CCA-Schnitt so klein wie möglich, nur groß genug für das Einsetzen von Filamenten, wodurch der Zeitaufwand und die mit der Gefäßnaht verbundenen Schäden reduziert werden. (2) Platzieren Sie mikrovaskuläre Klemmen so nah wie möglich an der CCA-Bifurkation, wenn Sie die distale CCA klemmen, um ein Einklemmen der weißen Filamentspitze zu verhindern, das zu Silikonablösung und Thrombose führen könnte. (3) Beobachtung der CCA auf wiederaufgenommene Pulsation und das Fehlen wesentlicher Blutungen vor dem Nähen des Mittellinienschnitts am Hals nach der Gefäßreparatur.
Die aktuelle Methode weist mehrere Einschränkungen auf. Erstens besteht die Möglichkeit, dass sich an der Nahtstelle Embolien bilden, die bei einer Ablösung zu einer weiteren Hirnischämie führen können. Dieses Risiko sollte in zukünftigen Experimenten sorgfältig abgewogen und gehandhabt werden. Zweitens wurde in der Studie das Körpergewicht der Ratten nicht überwacht, was es schwierig macht, festzustellen, ob die Methode ihre Nahrungsaufnahme beeinflusst hat. Die Nahrungsaufnahme ist ein direkter Indikator für die Vorteile der Methode, und ihre Bewertung könnte wertvolle Erkenntnisse liefern. Schließlich erfordert die derzeitige Methode technische Kenntnisse in mikrochirurgischen Operationen, was ihre breite Anwendung ohne angemessene Ausbildung und Fachwissen einschränken kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die MCAo-Modellierungsmethode zwar eine hohe physiologische Relevanz und strukturelle Integrität bietet, aber mit Einschränkungen verbunden ist, die für robustere Experimente behoben werden müssen. Die Erhaltung der anatomischen Integrität der Halsgefäße und die genaue Simulation von Schlaganfallprozessen bei Patienten sind wesentliche Stärken der Methode. Dieser Ansatz wird zweifellos wesentlich zur Erforschung des ischämischen Schlaganfalls beitragen und die Zuverlässigkeit und Genauigkeit experimenteller Modelle verbessern. Letztendlich kann dies dazu führen, dass weniger Versuchsgruppen benötigt werden, um therapeutische Wirkungen zu testen, was zu zuverlässigeren experimentellen Ergebnissen führt.
Die Autoren haben keine potenziellen Interessenkonflikte offenzulegen.
Diese Arbeit wurde 2023 vom Hebei Province Introducing Foreign Intelligence Project unterstützt. Wir danken Lisa Kreiner, PhD, von Liwen Bianji, (Edanz) (www.liwenbianji.cn), für die Bearbeitung des englischen Textes eines Entwurfs dieses Manuskripts.
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 10% Formalin | Beijing Labgic Technology Co., Ltd. | BL913A | |
| 11-0 mikrochirurgische Nähte | Ningbo Medical Suture Needle Co., Ltd. | 3/8 1&mal; | |
| 2,3,5-Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC) | SIGMA | T8877 | |
| 3-0 Seidennaht | Ningbo Medical Suture Needle Co., Ltd. | 3-0 | |
| 4% Isofluran | Verifizierter Lieferant - Tianjin Ringpu Bio-Technology Co., Ltd. | ||
| 6-0 Seidennaht | Ningbo Medical Suture Needle Co., Ltd. | 6-0 | |
| 70% Ethanol | Shandong Lierkang Medical Technology Co., Ltd. | ||
| Filament | Xinong Technologies Co Ltd. | 2838-A5 | |
| Ketamin | Verifizierter Lieferant - Jiangsu Hengrui Pharmaceutical Co., Ltd. | 230613BL | |
| Männliche Sprague Dawley Ratten | Jinan Pengyue Experimental Animal Breeding Co., Ltd. | SCXK (Lu) 20190003 | |
| Mikroclips | Shanghai Jinzhong Medical Device Factory | W40150 | |
| Mikroskop | ZEISS | S100 OPMI pico | |
| Pflegebox | Beijing Fuyi Electrical Appliance Co., Ltd. | FYL-YS-100L | |
| Xylazin | SIGMA | PHR3263 |