이 프로토콜은 총경동맥을 통한 중뇌동맥 폐색 재관류를 준비하는 과정을 설명합니다.
이 논문에서
요약
초록
중뇌동맥 폐색 재관류(MCAO/R) 모델은 뇌졸중의 병리학적 메커니즘을 이해하고 약물 개발에 매우 중요합니다. 그러나 일반적으로 사용되는 모델링 방법 중 Koizumi 방법은 총경동맥(CCA)의 결찰과 적절한 재관류를 달성할 수 없기 때문에 종종 면밀한 조사에 직면합니다. 마찬가지로, Longa 방법은 외부 경동맥(ECA)을 분리하고 결찰하는 것에 대해 비판을 받았습니다. 이 연구는 ECA의 무결성을 보존하고, CCA를 통해 모노필라멘트 나일론 봉합사를 삽입하고, 결찰된 CCA 절개를 복구하고, CCA로부터 재관류를 유지하는 수정된 모델 준비 방법을 소개하는 것을 목표로 합니다. 혈류의 재관류는 레이저 스페클 플로우 이미징을 사용하여 확인되었습니다. Longa 척도, Modified Neurological Severity Score, 트리페닐테트라졸륨 클로라이드(TTC) 염색 및 뉴런의 면역형광 표지와 같은 평가 방법은 이 접근법이 안정적인 허혈성 신경 손상을 유도할 수 있음을 입증했습니다. 이 수정된 MCAO/R 모델 프로토콜은 간단하고 안정적이어서 뇌허혈 분야의 실무자에게 귀중한 지침을 제공합니다.
서론
세계보건기구(WHO)에 따르면 뇌졸중은 지난 10년 동안 전 세계적으로 두 번째로 큰 사망 원인으로 남아 있으며 높은 발병률, 높은 사망률 및 높은 장애율을 보이고 있습니다 1,2. 전 세계 인구가 고령화됨에 따라 개발도상국에서 뇌졸중 발병률이 증가할 것으로 예상되며, 이는 잠재적으로 성인의 조기 사망 및 장애의 주요 원인이 될 수 있습니다. 또한 뇌졸중은3세의 젊은 나이에 발생하는 경향이 있습니다. 뇌졸중 후 노동력의 상실은 가족과 사회에 큰 부담을 준다4. 따라서 안전하고 효과적인 치료법의 개발은 뇌졸중 연구에서 중요한 과제가 되고 있습니다.
동물 모델은 인간 질병의 예방 및 치료를 연구하기 위한 중요한 도구 역할을 합니다. 뇌졸중 치료 전략의 성공적인 전환은 뇌졸중 동물 모델 5,6의 재현성과 신뢰성에 달려 있다. 중뇌동맥(MCA)은 임상적 뇌졸중의 흔한 부위이므로 MCAO 모델은 인간 허혈성 뇌졸중에 가장 가까운 모델입니다. 봉합법을 사용하여 제조된 MCAO 모델은 개두술이 없고 허혈 시간을 쉽게 제어할 수 있다는 장점으로 인해 연구자들에 의해 선호되었습니다. 신경 보호 실험의 40% 이상에서 활용되었습니다7. 그러나 수많은 장점에도 불구하고 이 모델의 운영 세부 사항은 많은 연구자들에게 논란의 여지가 있는 주제로 남아 있습니다.
봉합사 유도 중뇌동맥 폐색(MCAO) 모델의 경우 봉합사를 빼냄으로써 재관류가 발생합니다. 현재 봉합사 삽입에는 Koizumi의 방법8 과 Longa의 방법9의 두 가지 주요 방법이 사용됩니다. 고이즈미의 방법에서는 봉합사가 주로 총경동맥(CCA) 절개를 통해 내경동맥(ICA)으로 들어가는 반면, Longa의 방법은 절단된 외부 경동맥(ECA)을 통해 ICA로 들어갑니다. 재관류 중 Koizumi 방법은 CCA 절개를 영구적으로 결찰해야 하며 재관류를 위해 Willis 서클10에 의존합니다. 그러나 일부 연구에서는 CCA 공급을 잃은 후 Willis 서클의 보상 공급만으로는 효과적인 재관류를 달성할 수 없다고 제안합니다. 더욱이, Willis 서클은 특히 C57Bl/6 마우스에서 높은 해부학적 변동성을 나타내어 경색 변동성을 증가시키고 실험 데이터 신뢰성을 감소시킵니다. 결과적으로, 이 방법은 연구자들에 의해 점점 더 의문시되고 있다11.
Longa의 방법은 절단된 ECA를 통해 봉합사를 삽입한 다음 봉합사를 빼낸 후 내부 경동맥(ICA)을 영구적으로 결찰하는 것입니다. 이렇게 하면 CCA 개통성이 보존되어 기준선 값의 최대 100%까지 혈액 관류가 가능합니다. 그러나 이 방법은 외부 경동맥과 작은 동맥 가지를 분리하거나 절단하거나 전기 응고를 해야 하기 때문에 시술이 까다롭습니다. 또한 뇌의 전체 혈류 구조를 방해하는데, 이는 임상 환자의 상태와 다르다12. 중요한 것은, 연구에 따르면 ECA를 절단하거나 결찰하는 것은 씹고 삼키는 것을 제어하는 근육에 허혈성 병변을 일으켜 동물 식단에 영향을 미치고 쥐에서 수술 후 동물 죽음과 심각한 감각 및 운동 손상을 유발할 수 있습니다13,14.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 수정된 모델 준비 방법이 시급히 필요합니다. 본 연구에서는 CCA 삽입 절개를 복구하고 효과적인 재관류를 달성하는 수정된 MCAO 모델링 방법을 소개합니다. 이 시술은 간단하고 실용적이며 실현 가능하여 심각한 신경학적 손상과 복제 가능한 경색 병변을 유발하고 뇌졸중 연구자에게 귀중한 지침을 제공합니다.
프로토콜
실험 프로토콜은 Chengdu University of Traditional Chinese Medicine(기록 번호: 2019-DL-002)의 실험 동물 사용 및 기관 동물 관리 및 사용 위원회 지침에 따라 수행되었습니다. 모든 동물 연구 데이터는 ARRIVE(Animal Research: Reporting In Vivo Experiments) 지침에 따라 문서화되었습니다. 이 연구에는 체중이 250g ± 20g이고 6-8주가 된 수컷 Sprague Dawley(SD) 쥐가 활용되었습니다. 사용된 동물, 시약 및 장비에 대한 세부 사항은 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 동물 준비
- Zoletil 50(50mg/kg, IM) 및 Xylazine Hydrochloride(40mg/kg, IP)를 사용하여 쥐의 깊은 마취를 유도하고 유지합니다. 수술 절차 내내 가열 패드에 연결된 직장 프로브를 사용하여 체온이 37 ± 0.5 °C로 유지되도록 합니다. 쥐의 눈에 수의학 연고를 바르면 눈이 건조해지는 것을 방지할 수 있습니다.
- 쥐의 머리와 목에서 털을 면도하십시오. 제모 크림을 사용하여 머리와 목의 털을 제거한 다음 생리 식염수로 크림을 씻어냅니다. 멸균 면봉을 사용하여 에탄올과 포비돈-요오드를 3회 도포하여 수술 부위의 피부를 소독합니다.
- 메스를 사용하여 시상 봉합사 방향을 따라 쥐의 머리 중앙을 2cm 절개하고 두개골을 덮고 있는 근육을 조심스럽게 제거합니다.
- 두개골 드릴을 사용하여 쥐의 허혈성 쪽의 두개골을 얇게 만듭니다. 생리 식염수를 사용하여 연삭 과정에서 이물질을 식히고 제거하십시오. 레이저 스페클 콘트라스트 이미징(LSCI)을 사용하여 쥐의 기준선 혈류를 기록합니다.
- 에탄올과 포비돈 요오드를 멸균 면봉을 사용하여 목 피부에 세 번 바릅니다. 수술용 칼날을 사용하여 목의 정중선을 따라 2cm 절개합니다. 견인기를 사용하여 피부와 타액선을 측면으로 당겨 흉쇄유돌근과 경추근을 노출시킵니다.
- 흉쇄유돌근과 경추근을 분리하여 경동맥 영역을 노출시킵니다. 총경동맥(CCA), 내경동맥(ICA) 및 외경동맥(ECA)의 혈관 해부학을 식별합니다. 혈관 해부학적 구조에 따라 CCA와 CCA 유래 ECA 및 ICA15를 분리합니다.
참고: 쥐의 해부학적 구조는 CCA 영역이 주로 흉쇄유돌근과 경추근으로 덮여 있음을 나타내며, ICA와 ECA는 CCA에서 파생됩니다. 분리 시 CCA가 노출된 후 CCA를 따라 ICA 및 ECA를 나타내는 Y자형 포크를 볼 수 있습니다. CCA와 평행하게 뻗어 있는 미주 신경을 손상시키지 않도록 주의하십시오.
2. MCA의 폐색
- 3-0 실크 실을 사용하여 외부 경동맥(ECA)과 총경동맥(CCA)에 쉽게 풀린 매듭을 묶어 혈류를 일시적으로 차단합니다. 첫 번째 매듭에서 약 0.5cm 떨어진 CCA에 용기 클립을 놓습니다.
- 5mL 주사기의 바늘을 검은색으로 염색합니다. 검은색으로 염색된 바늘을 사용하여 CCA에 작은 구멍을 뚫고 핀홀을 검은색으로 표시합니다.
- 모노필라멘트 나일론 봉합사를 블랙 마크를 통해 CCA에 삽입합니다. 혈관 클립을 열고 나일론 와이어를 내부 경동맥(ICA)으로 안내하여 약간의 저항으로 멈출 때까지 합니다. 두 번째 매듭을 단단히 조여 모노필라멘트 나일론 봉합사가 동맥 내부의 제자리에 유지되도록 하여 차단 위치에서 변위를 방지합니다.
- 이 시점에서 허혈 시간을 기록하고 LSCI를 사용하여 허혈 측의 혈류 값을 측정합니다. 진통제와 상처 봉합을 위해 목 상처에 부피바카인 방울을 투여합니다. 마취 마스크를 제거하고 쥐가 회복할 수 있도록 합니다.
알림: 모노필라멘트 나일론 봉합사가 ICA에 들어가는 데 어려움이 있으면 약간 집어넣고 다시 삽입을 시도하십시오.
3. MCAO의 재관류
- 90분의 허혈 후 이소플루란으로 쥐를 다시 마취합니다. LSCI를 사용하여 허혈성 쪽에서 대뇌 혈류를 측정하고 모노필라멘트 나일론 봉합사가 이동하지 않았는지 확인합니다.
- 혈액 재관류를 허용하기 위해 외부 경동맥(ECA)의 매듭을 풉니다. 총경동맥(CCA)의 매듭을 풀고 모노필라멘트 봉합사를 고정한 다음 봉합사를 빼냅니다. 출혈을 방지하기 위해 고정된 모노필라멘트 봉합사 앞에 혈관 클립을 적용합니다.
- 첫 번째 CCA 매듭을 혈관 클립으로 교체합니다. 핀셋을 사용하여 혈관 절개 부위를 옆으로 회전시킵니다(그림 1). 절개 부위를 핀셋으로 고정하고 6-0 실로 결찰하여 절개 부위를 복구합니다. 혈관 클립을 제거하고 누출 여부를 확인하고 완전한 재관류를 확인합니다(비디오 1).
알림: CCA 협착증으로 이어질 수 있는 과도한 혈관 클램프를 피하기 위해 절개 부위를 복구하기 위해 결찰을 수행합니다. - 성공적인 재관류를 확인하기 위해 절개 결찰 후 LSCI를 사용하여 대뇌 피질 혈류 값을 기록합니다. 목 절개 부위를 봉합사로 봉합하고 감염 및 탈수를 방지하기 위해 페니실린 1,00,000 단위와 식염수 2mL를 투여합니다.
- 쥐가 의식을 회복할 때까지 따뜻함을 유지하십시오. 수술 후 부드러운 음식을 제공하고 동물의 활력 징후를 모니터링하십시오.
4. 신경 기능 및 뇌허혈성 손상 평가
- 쥐가 완전히 깨어나면, 동물들의 분류를 모르는 연구자들에 의해 그들의 신경 기능이 평가될 것이다. Longa 점수 척도(표 1)와 수정된 신경학적 중증도 점수(mNSS) 척도(표 2)를 활용하여 모든 쥐의 신경학적 기능을 평가합니다.
- 수술 후 24시간 후, 자궁경부 탈구16(기관에서 승인된 프로토콜에 따름)을 통해 이소플루란 유도 마취(4L/min 산소에서 4% 이소플루란) 하에 쥐를 안락사시킵니다. 얼음물로 뇌를 헹구어 남아 있는 피를 제거합니다.
- 뇌 조직을 5개 부분으로 나누어 TTC로 염색합니다. 뇌 조직 절편의 양쪽 이미지를 캡처하고, Image J 소프트웨어를 사용하여 앞면과 뒷면의 허혈 영역을 측정하고, 다음 공식을 사용하여 경색률을 계산합니다.
참고 : S1 및 S2 는 각각 뇌 절편의 근위 전뇌 및 근위 뇌간 측면의 경색 영역을 나타냅니다. 각 뇌 절편의 경색 영역은 Swanson의 공식을 사용하여 보정되며, 여기서 h는 뇌 절편의 두께를 나타냅니다. 저자가 선행 연구17에서 이전에 설명한 이 공식은 경색 병변 크기를 보다 정확하게 계산할 수 있게 해줍니다. - 통계 및 그래프 소프트웨어를 사용하여 데이터를 분석하여 모델의 성공률과 안정성을 평가합니다.
- 면역형광 방법을 사용하여 쥐의 대뇌 피질 뉴런을 표지하고 이 방법으로 인한 신경 세포 손상을 추가로 검증합니다. 쥐에서 24 시간의 허혈 재관류 후, 사전 냉각 된 PBS를 사용하여 심장 관류를 수행하여 뇌 조직을 얻었습니다.
- 뇌 조직을 절편으로 삽입하고 동결합니다. 미성숙 신경세포 마커 Doublecortin (DCX)18, 신경세포 핵 마커 Neuronal Nuclei (NeuN)18 및 뉴런 수지상 마커 Microtubule-associated protein-2 (MAP-2)19와 같은 신경세포 항체를 사용합니다. 레이저 컨포칼 현미경을 사용하여 허혈성 뉴런의 발현을 관찰합니다.
결과
레이저 스페클 플로우 이미징은 모노필라멘트 나일론 봉합사가 폐색되기 전에 중간 대뇌 동맥(MCA) 영역에 풍부한 혈류가 있음을 보여주었고 쥐의 기준선 혈류 값이 기록되었습니다. MCA의 폐색 후, 뇌의 허혈성 쪽의 혈류 값이 급격히 감소했습니다. 봉합사를 빼내기 전에 허혈성 측의 혈류 값을 다시 확인하여 봉합사가 MCA를 막고 있는지 확인했습니다. 그 결과 혈류에 약간의 변화만 나타났다. 봉합사를 빼내자 혈류 관류가 빠르게 회복되었습니다(그림 2). 비디오 1 은 또한 총경동맥의 강력한 충전 맥박을 보여주며, 이는 이 방법이 대뇌 허혈 후 충분한 혈류 관류를 달성할 수 있음을 시사합니다.
신경기능 점수(그림 3)의 결과, 가짜 수술군과 비교했을 때 모델군의 Longa 점수는 1.80 ± 0.27(p < 0.05), mNSS 점수는 7.4 ± 0.89(p < 0.05)로 나타났다. 이 점수는 이 방법을 사용하여 준비된 중뇌동맥 폐색/재관류(MCAO/R) 모델이 심각한 신경학적 손상을 초래했음을 나타냅니다. 비디오 2 는 뇌졸중으로 인한 부상의 특징인 기어 다니는 동안 회전하는 모델 그룹 쥐의 특징적인 행동을 보여주며 이 방법의 타당성을 더욱 확인시켜 줍니다.
TTC 염색 결과, 모델군 랫트의 경색률은 5.58 ± 1.79(p < 0.05)로 나타났으며, 경색 부위는 주로 선조체와 피질에 영향을 미치며, 경색 크기는 비교적 안정적으로 유지되었다. 면역형광 염색은 허혈-재관류에 따른 대뇌피질 뉴런의 손실을 보여주었습니다(그림 4). 이러한 결과는 이 방법이 전임상 약물 효능을 평가하는 데 적합한 안정적인 MCAO/R 모델을 확립할 수 있음을 총체적으로 나타냅니다.
그림 1: CCA의 커넥터 결찰 개략도. 노란색 원은 와이어 플러그의 삽입 지점과 결찰 부위를 나타내고 결찰 위치(노란색 화살표)는 총경동맥(CCA)이 와이어와 결찰된 위치를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 허혈성 쪽 쥐의 폐색 전, 폐색 후, 전, 재관류 후의 레이저 스페클 혈류 이미지. (A) 쥐의 대뇌 혈류 이미지, 파란색 영역은 낮은 혈류 값을 나타내고 빨간색 영역은 높은 혈류 값을 나타냅니다. 눈금 막대: 200mm. (B) 쥐의 대뇌 허혈-재관류의 변화, 표본 크기가 n = 5인 평균 ± 표준 편차로 표시됨. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 가짜 그룹과 모델 그룹의 경색 영역 및 신경 기능 점수 결과. (A) TTC 염색은 가짜 그룹과 모델 그룹 모두에서 뇌 조직의 경색 영역을 나타내었으며, 흰색 영역은 경색 조직을 나타내고 빨간색 영역은 정상 조직을 나타냅니다. (B) Longa 및 mNSS 점수의 정량적 결과와 경색률이 제시됩니다. 가짜 그룹에 비해 통계적 유의성은 *p < 0.05로 표시되며 표본 크기는 n = 5입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 가짜 그룹 및 모델 그룹에서의 대뇌 피질 뉴런 손상 결과. 대뇌 피질 뉴런에서 NeuN(A), DCX(B) 및 MAP-2(C)의 발현. 스케일 바: 100 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: Koizumi, Longa 및 수정된 방법에 의한 MCA 폐색 및 재관류 다이어그램. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 모터 테스트/강함> | 포인트 |
| 꼬리로 쥐 키우기 | 3 |
| 1 앞다리의 굴곡 | |
| 1 뒷다리의 굴곡 | |
| 1 헤드가 30초 이내에 수직 축> 10° 이동했습니다. | |
| 바닥에 쥐 놓기 | 3 |
| 0 정상 보행 | |
| 1 똑바로 걸을 수 없음 | |
| 2 파레틱 쪽을 향해 빙글빙글 돌다 | |
| 3 마비된 쪽으로 넘어진다 | |
| 관능 검사 | 2 |
| 1 배치 테스트 (시각 및 촉각 테스트) | |
| 2 고유 수용성 테스트 (깊은 감각, 발을 테이블 가장자리에 밀어 넣기 | |
| 사지 근육 자극) | |
| 빔 밸런스 테스트 | 6 |
| 0 안정된 자세로 균형을 잡는다 | |
| 1 빔의 측면을 잡습니다. | |
| 2 빔을 껴안고 한쪽 팔다리가 빔에서 떨어집니다. | |
| 3 빔을 껴안고 두 팔다리가 빔에서 떨어지거나 빔에서 회전합니다(>60초) | |
| 4 빔에서 균형을 잡으려고 시도하지만 떨어짐 (>40초) | |
| 5 빔에서 균형을 잡으려고 시도하지만 떨어짐 (>20초) | |
| 6 낙하: 균형을 잡거나 빔에 매달리려는 시도 없음(<20초) | |
| 반사 신경 부재 및 비정상적인 움직임 | 4 |
| 1 귓바퀴 반사 (청각 고기를 만질 때 머리가 흔들림) | |
| 1 각막 반사 (솜으로 각막을 가볍게 만졌을 때 눈 깜빡임) | |
| 1 깜짝 놀람 반사 (클립보드 종이를 찰싹 찰�� | |
| 1 발작, 근간대, 근이긴장증 | |
| 최대 포인트 | 18 |
표 1: 수정된 신경학적 중증도 점수.
| Zea-Longa 점수 | |
| 점수 | 증상 |
| 0 포인트 | 신경학적 결손이 없음 |
| 1 포인트 | 경증: 꼬리를 들어 올릴 때 오른쪽 앞발을 완전히 펼 수 없음 |
| 2 포인트 | 보통: 걸을 때 오른쪽/왼쪽으로 원을 그립니다. |
| 3점 | 심함: 걸을 때 오른쪽/왼쪽으로 넘어짐 |
| 4 포인트 | 의식을 잃고 자발적으로 걸을 수 없음 |
표 2: Zea-Longa 점수.
비디오 1: 쥐에서 재관류 중 CCA 절개의 결찰 복구를 위한 주요 단계. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
동영상 2: MCAO/R을 받는 쥐의 행동 동영상. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
토론
모노필라멘트 나일론 봉합사에 의해 유도된 중뇌동맥폐색(MCAO) 모델은 MCAO 모델을 준비하는 데 사용되는 가장 일반적인 방법입니다. 이 접근법은 전임상 연구에서 널리 채택되고 있으며 단순성, 개두술의 필요성 부족, 최소한의 외상 및 재관류 능력으로 인해 많은 의사들로부터 인정을 받았습니다.
내강 필라멘트 MCAO에는 Koizumi 방법8 과 Longa 방법9의 두 가지 고전적인 수술 기법이 있습니다. 이러한 방법의 주요 차이점은 MCA를 폐색하기 위해 봉합사를 도입하는 방법에 있습니다. 고이즈미 방법에서는 총경동맥(CCA) 절개를 통해 내경동맥(ICA)에 봉합사를 삽입합니다. 봉합사의 앞쪽 끝은 실리콘으로 코팅되어 MCA의 시작점을 차단합니다. 반대로, Longa 방법에서는 절단된 외부 경동맥(ECA)을 통해 봉합사를 ICA에 삽입합니다. 봉합사의 앞쪽 끝은 MCA의 시작점을 차단하기 위해 구형으로 확장됩니다(그림 5). 재관류 중에는 혈류를 회복하기 위해 봉합사를 부드럽게 빼냅니다.
Longa 방법은 절단된 외부 경동맥(ECA)을 통해 내부 경동맥(ICA)에 봉합사를 도입하는 것을 포함합니다. 이 과정에는 ECA의 분리 및 분리뿐만 아니라 작은 가지를 분리 및 제거한 다음 출혈을 방지하기 위해 전기 응고 펜을 사용하여 절단해야 합니다. 따라서 이 방법은 신중하고 정확한 작동이 필요합니다. 더욱이, 절단된 ECA의 짧은 잔여 끝단으로 인해 삽입 중에 봉합사가 쉽게 미끄러져 절차의 복잡성이 더욱 증가할 수 있습니다. 이러한 문제는 대뇌 허혈이 있는 마우스 모델을 준비할 때 특히 두드러지는데, 이는 정확성을 보장하기 위해 현미경을 사용해야 하는 경우가 많아 작업의 전반적인 복잡성을 가중시키기 때문입니다.
고이즈미 방법의 주요 관심사는 총경동맥(CCA)의 결찰에 있으며, 이는 윌리스 서클(Circle of Willis)을 통해서만 허혈성 쪽의 뇌 조직을 보상적으로 재관류하는 결과를 낳습니다. CCA는 심장에서 대동맥궁의 중요한 분지이며 대뇌 혈류 관류를 공급하는 주요 동맥 역할을 합니다. 따라서 Koizumi 방법에 의해 만들어진 대뇌 허혈-재관류 모델은 종종 저관류 상태를 경험합니다. 이 저관류는 중뇌동맥 영역에 국한되지 않고 같은 쪽의 허혈성 반구 전체로 확장됩니다. 모델링 후 35일이 지나도 혈류량이 기준선으로 돌아오지 않는 것으로 보아 고이즈미 방법은 허혈-재관류 모델이라기보다는 만성 저관류가 있는 허혈성 모델로 간주되어야 함을 시사한다10.
대조적으로, Longa 방법은 MCAO/R 동물에서 100%의 혈류 값을 달성할 수 있습니다. 그러나 완전한 재개통을 달성한다고 해서 반드시 고이즈미 방법을 포기해야 하는 것은 아니라는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 임상적 번역을 고려할 때, 고이즈미 요법은 동맥 폐색 후 자발적으로 천천히 재개통되는 환자에게 더 적합할 수 있습니다. 그러나 이러한 현상은 임상에서는 비교적 드뭅니다. 허혈성 뇌졸중 환자 중 극히 일부만이 혈전용해술 기준을 충족하고 치료 기간 내에 효과적인 치료를 받는다20,21. 또한, 일부 환자는 혈전용해 요법 후에도 완전한 혈관재생술을 달성하지 못한다22. 따라서 고이즈미 방법을 사용하여 이러한 환자의 상태를 시뮬레이션할 수 있습니다.
반면에 Longa 방법은 폐색 후 혈관이 빠르게 재개통할 수 있도록 하여 임상 실습에서 효과적인 혈전 용해 요법 또는 혈전 절제술을 받는 환자를 시뮬레이션하는 데 더 적합합니다. 혈전용해 요법을 받지 않은 환자를 시뮬레이션하기 위해 Koizumi 방법으로 준비한 영구 뇌 허혈 모델은 보다 완전한 폐색과 더 간단한 수술 절차를 제공할 수 있습니다.
중뇌동맥 폐색/재관류(MCAO/R)를 유도하기 위한 Longa 방법은 총경동맥(CCA)에서 유래한 혈관 재개통을 보존함으로써 보다 심각한 재관류 손상을 유발할 수 있다23,24. 그러나 Longa 방법 중에 외부 경동맥(ECA)을 절단하고 영구적으로 결찰해야 하는데, 이는 뇌의 완전한 혈류 구조를 방해하고 임상 환자와 일치하지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 또한, 설동맥, 상악동맥 및 후두동맥은 ECA13의 분지이다. 따라서, ECA를 절단하거나 영구적으로 결찰하는 것은 섭식 및 음주 장애를 일으켜 체중 감소를 초래할 수 있다25. 이전 연구에 따르면 MCAO 모델링 후 마우스의 사망은 주로 뇌 허혈성 손상보다는 부적절한 음식이나 물 섭취로 인한 것으로 나타났습니다14,26. 또한, ECA의 결찰은 망막 혈류를 감소시키고 세포 사멸의 형태로 망막 손상을 유발할 수 있다27.
또한 뇌졸중 연구에서 가장 중요한 지표는 경색 용적입니다. 그러나 봉합법에 의해 유발된 경색의 양은 엄격한 수술 및 데이터 수집 프로토콜을 따르더라도 상당한 표준 편차가 있는 것으로 입증되었습니다. 이전 보고서에서, 경색량은 재관류(reperfusion)28의 정도와 연관되어 있었고, 고이즈미(Koizumi)의 방법에 의해 제조된 뇌졸중 모델의 재관류는 윌리스 순환(Willis circulation 29,30,31)에 의존한다. 그러나, 윌리스 회로는 특히 C57Bl/6 마우스에서 높은 해부학적 변동성을 가지고 있음이 입증되었으며, 동물의 90%가 허혈성 손상에서 높은 변동성의 주요 결정 요인인 하나 또는 두 개의 후방 통신 동맥(32)이 부족할 수 있다33. 따라서, CCA의 관류를 보존하는 것은 경색 부피34의 변동성을 줄일 수 있다. 뇌졸중 임상시험에서 경색 크기의 평균 변동 계수는 29.5%31로 보고되었는데, 이는 뇌졸중 임상시험의 낮은 통계적 검증력에 기여했다. 또한 잠재적인 신약 개발에도 큰 도전이 됩니다. 이는 의심할 여지 없이 개발 및 임상 번역 비용을 증가시키고 연구자들이 잠재적으로 효과적인 약물을 놓치게 할 수 있습니다. 또한 실험의 통계적 분석에 포함될 동물의 수를 증가시켜 동물 윤리의 3R 원칙을 더욱 위반합니다.
따라서 본 연구에서는 뇌허혈 후 뇌조직 혈류 구조의 무결성과 충분한 재관류를 보장하기 위해 모델링 방법을 수정하였다. 주요 수정에는 두 단계가 포함됩니다 : (1) 작은 절개 대신 5mL 주사기 바늘을 사용하여 CCA에 봉합사를 삽입합니다. 이 단계는 CCA의 절개를 줄이고 절개 부위를 결찰하는 데 더 도움이 됩니다. (2) 봉합사를 빼내고 더 가는 명주실을 사용하여 CCA의 바늘 입구를 결찰하고 CCA의 혈류 관류에 영향을 미치지 않습니다. 물론 이 또한 신중한 외과적 수술이 필요하지만 ECA를 통해 봉합사를 도입하는 것과는 다릅니다. 이 방법은 대뇌 혈류 구조의 무결성을 보존하면서 혈류가 CCA를 통해 완전히 재관류되도록 하여 수술 절차를 단순화하고 경색 부피의 변동성을 줄입니다. 일부 연구자들은 조직 접착제로 절개 부위를 복구하기 위해 유사한 연구 방법을 사용했지만, 이는 혈전증의 가능성이 있어 통제할 수 없는 영향을 가져올 수 있습니다. 그리고 절개 부위를 안정화하는 데 시간이 더 오래 걸립니다25.
결론적으로, 이 연구는 필라멘트 철수 후 적절한 혈액 관류를 허용하고 유의하게 재현 가능한 경색 부피 및 신경학적 손상을 초래할 수 있는 대뇌 허혈-재관류 모델 제조에 대한 수정된 접근 방식을 제공합니다. 위의 모든 결과는 수정된 방법이 실현 가능하고 재현 가능하다는 것을 보여주며, 실무자가 뇌허혈약의 효과적인 임상 번역을 용이하게 하기 위한 모델을 준비할 수 있는 참조를 제공할 수 있습니다.
감사의 글
이 연구는 중국국가자연과학재단(82173781, 82373835), 박사후 연구 프로젝트(BKS212055), 포산과학기술국(2320001007331) 과학기술혁신사업, 광둥성기초응용기초연구재단(2019A1515010806), 광동성 일반대학 중점현장프로젝트(지능화)(2020ZDZX2057), 일반과학연구사업(특성혁신)의 지원을 받았다. 광동성 대학(2019KTSCX195).
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 동물 마취 시스템 | Rayward Life Technology Co., Ltd | R500IE | |
| 동물 온도 유지기 | Rayward Life Technology Co., Ltd | 69020 | |
| Cy3 2차 항체 | Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd | GB21303 | |
| DAP1 항체 | Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd | G1012 | |
| DCX 항체 | Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd | GB13434 | |
| 염소 혈청 | Beyotime Biotechnology Co., LTD | C0265 | |
| GraphPad 프리즘 | GraphPad 소프트웨어 | GraphPad Prism 8.0 | |
| ImageJ | National Institutes of Health | ImageJ 소프트웨어 | |
| Isofluran | Rayward Life Technology Co., Ltd | R510-22 | |
| 레이저 반점 혈액 플로우 이미징 시스템 | Rayward Life Technology Co., Ltd | PeriCam PSI NR | |
| MAP-2 항체 | Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd | GB11128 | |
| 소형 휴대용 두개골 드릴 | Rayward Life Technology Co., Ltd | 87001 | |
| 모노필라멘트 봉합 | Rayward Life Technology Co., Ltd | 250-280g | |
| NeuN 항체 | Wuhan Saiweier 생명공학 Co., 주식 회사 | GB11138 | |
| OCT 끼워넣는 대리인 | BIOSHARP | BL557A | |
| 페니실린 나트륨 | Chengdu Kelong 화학제품 Co., 주식 회사. | 17121709-2 | |
| 냉동 섹션용 빠른 항원 회수 솔루션 | Beyotime Biotechnology Co., LTD | P0090 | |
| SD rats | SPF ( Beijing ) Biotechnology Co., Ltd. | 250-280g | |
| 트리톤 X-100 | Beyotime 생명공학 Co., LTD | ST795 | |
| TTC | Chengdu Kelong Chemical Co., Ltd. |
참고문헌
- Paul, S., Candelario-Jalil, E. Emerging neuroprotective strategies for the treatment of ischemic stroke: An overview of clinical and preclinical studies. Exp Neurol. 335, 113518(2021).
- Feigin, V. L., Owolabi, M. O. Pragmatic solutions to reduce the global burden of stroke: a World Stroke Organization-Lancet Neurology Commission. Lancet Neurol. 22 (12), 1160-1206 (2023).
- Putaala, J. Ischemic Stroke in Young Adults. Continuum (Minneapolis, Minn). 26 (2), 386-414 (2020).
- Girotra, T., Lekoubou, A., Bishu, K. G., Ovbiagele, B. A contemporary and comprehensive analysis of the costs of stroke in the United States. J Neurol Sci. 410, 116643(2020).
- Howells, D. W., et al. Different strokes for different folks: The rich diversity of animal models of focal cerebral ischemia. JCBFM. 30 (8), 1412-1431 (2010).
- Matur, A. V., et al. Translating animal models of ischemic stroke to the human condition. Transl Stroke Res. 14 (6), 842-853 (2023).
- O'Collins, V. E., et al. 1,026 experimental treatments in acute stroke. Ann Neurol. 59 (3), 467-477 (2006).
- Koizumi, J., Yoshida, Y., Nakazawa, T., Ooneda, G. Experimental studies of ischemic brain edema 1. A new experimental model of cerebral embolism in rats in which recirculation can be introduced in the ischemic area. Nosotchu. , 1-7 (1986).
- Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 20 (1), 84-91 (1989).
- Faber, J. E., Moore, S. M., Lucitti, J. L., Aghajanian, A., Zhang, H. Sex differences in the cerebral collateral circulation. Transl Stroke Res. 8 (3), 273-283 (2017).
- Justić, H., et al. Redefining the Koizumi model of mouse cerebral ischemia: A comparative longitudinal study of cerebral and retinal ischemia in the Koizumi and Longa middle cerebral artery occlusion models. J Cereb Blood Flow Metab. 42 (11), 2080-2094 (2022).
- Li, Y., et al. Comparison of cerebral microcirculation perfusion in rat models of middle cerebral artery occlusion prepared through common carotid artery insertion and external carotid artery insertion. CJTER. 27 (11), 1683-1691 (2023).
- Dittmar, M., Spruss, T., Schuierer, G., Horn, M. External carotid artery territory ischemia impairs outcome in the endovascular filament model of middle cerebral artery occlusion in rats. Stroke. 34 (9), 2252-2257 (2003).
- Trueman, R. C., et al. A critical re-examination of the intraluminal filament MCAO model: impact of external carotid artery transection. Transl Stroke Res. 2 (4), 651-661 (2011).
- Ziegler, K. A., et al. Local sympathetic denervation attenuates myocardial inflammation and improves cardiac function after myocardial infarction in mice. Cardiovasc Res. 114 (2), 291-299 (2018).
- Pitoulis, F. G., et al. Remodelling of adult cardiac tissue subjected to physiological and pathological mechanical load in vitro. Cardiovasc Res. 118 (3), 814-827 (2022).
- Ma, R., et al. Animal models of cerebral ischemia: A review. Biomed Pharmacother. 131, 110686(2020).
- Belayev, L., et al. Docosanoids promote neurogenesis and angiogenesis, blood-brain barrier integrity, penumbra protection, and neurobehavioral recovery after experimental ischemic stroke. Mol Neurobiol. 55 (8), 7090-7106 (2018).
- Guo, H., et al. Carthamin yellow improves cerebral ischemia-reperfusion injury by attenuating inflammation and ferroptosis in rats. Int J Mol Med. 47 (4), 52(2021).
- Chia, N. H., et al. Determining the number of ischemic strokes potentially eligible for endovascular thrombectomy: a population-based study. Stroke. 47 (5), 1377-1380 (2016).
- Henninger, N., Fisher, M. Extending the time window for endovascular and pharmacological reperfusion. Transl Stroke Res. 7 (4), 284-293 (2016).
- Zhang, P. L., et al. Use of Intravenous thrombolytic therapy in acute ischemic stroke patients: evaluation of clinical outcomes. Cell Biochem Biophys. 72 (1), 11-17 (2015).
- Morris, G. P., et al. A comparative study of variables influencing ischemic injury in the Longa and Koizumi methods of intraluminal filament middle cerebral artery occlusion in mice. PLOS One. 11 (2), e0148503(2016).
- Smith, H. K., Russell, J. M., Granger, D. N., Gavins, F. N. Critical differences between two classical surgical approaches for middle cerebral artery occlusion-induced stroke in mice. J Neurosci Methods. 249, 99-105 (2015).
- Dittmar, M. S., et al. The role of ECA transection in the development of masticatory lesions in the MCAO filament model. Exp Neurol. 195 (2), 372-378 (2005).
- Lourbopoulos, A., et al. Inadequate food and water intake determine mortality following stroke in mice. J Cereb Blood Flow Metab. 37 (6), 2084-2097 (2017).
- Ogishima, H., et al. Ligation of the pterygopalatine and external carotid arteries induces ischemic damage in the murine retina. Invest Ophth Vis Sci. 52 (13), 9710-9720 (2011).
- Irvine, H. J., et al. Reperfusion after ischemic stroke is associated with reduced brain edema. J Cereb Blood Flow Metab. 38 (10), 1807-1817 (2018).
- Carmichael, S. T. Rodent models of focal stroke: Size, mechanism, and purpose. NeuroRx. 2 (3), 396-409 (2005).
- Dirnagl, U., Dirnagl, U. Bench to bedside: The quest for quality in experimental stroke research. J Cereb Blood Flow Metab. 26 (12), 1465-1478 (2006).
- Ingberg, E., Dock, H., Theodorsson, E., Theodorsson, A., Ström, J. O. Method parameters' impact on mortality and variability in mouse stroke experiments: A meta-analysis. Sci Rep. 6, 21086(2016).
- McColl, B. W., Carswell, H. V., McCulloch, J., Horsburgh, K. Extension of cerebral hypoperfusion and ischaemic pathology beyond MCA territory after intraluminal filament occlusion in C57Bl/6J mice. Brain Res. 997 (1), 15-23 (2004).
- Kitagawa, K., et al. Cerebral ischemia after bilateral carotid artery occlusion and intraluminal suture occlusion in mice: Evaluation of the patency of the posterior communicating artery. J Cereb Blood Flow Metab. 18 (5), 570-579 (1998).
- Trotman-Lucas, M., Kelly, M. E., Janus, J., Fern, R., Gibson, C. L. An alternative surgical approach reduces variability following filament induction of experimental stroke in mice. Dis Model Mech. 10 (7), 931-938 (2017).
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