Włóknista okluzja tętnicy środkowej mózgu jest powszechnie stosowanym modelem badania udaru niedokrwiennego u myszy.
Artykuł metodologiczny
Włóknista okluzja tętnicy środkowej mózgu jest powszechnie stosowanym modelem badania udaru niedokrwiennego u myszy.
Udar mózgu jest jedną z najczęstszych przyczyn zgonów i niepełnosprawności dorosłych, szczególnie w krajach wysoko rozwiniętych. Dotychczasowe możliwości leczenia są jednak bardzo ograniczone. Aby sprostać potrzebie opracowania nowych podejść terapeutycznych, w eksperymentalnych badaniach nad udarem często wykorzystuje się modele ogniskowego niedokrwienia mózgu u gryzoni. Większość badaczy stosuje trwałe lub przejściowe zamknięcie tętnicy środkowej mózgu (MCA) u myszy lub szczurów.
Proksymalna okluzja tętnicy środkowej mózgu (MCA) za pomocą techniki szwu wewnątrzaszpielowego (tzw. modelu filamentu lub szwu) jest prawdopodobnie najczęściej stosowanym modelem w eksperymentalnych badaniach nad udarem. Wewnątrzaszpielowy model MCAO daje zaletę indukowania powtarzalnego przejściowego lub permanentnego niedokrwienia obszaru MCA w sposób stosunkowo nieinwazyjny. Podejścia wewnątrzaszpielowe przerywają przepływ krwi w całym obszarze tej tętnicy. Okluzja filamentem zatrzymuje zatem przepływ proksymalnie względem tętnic soczewkowatych prążkowiastych, które zaopatrują jądra podstawy. Okluzja MCA filamentem prowadzi do powtarzalnych uszkodzeń w korze i prążkowiu i może mieć charakter permanentny lub przejściowy. W przeciwieństwie do nich, modele indukujące okluzję MCA dystalnie (względem odgałęzienia tętnic soczewkowatych prążkowiastych) zazwyczaj oszczędzają prążkowie i obejmują przede wszystkim neocortex. Dodatkowo modele te wymagają kraniektomii. W modelu zaprezentowanym w niniejszym artykule, filament powlekany silikonem jest wprowadzany do wspólnej tętnicy szyjnej i przesuwany wzdłuż wewnętrznej tętnicy szyjnej do kręgu Willisa, gdzie blokuje on ujście tętnicy środkowej mózgu. U pacjentów okluzje tętnicy środkowej mózgu należą do najczęstszych przyczyn udaru niedokrwiennego. Ponieważ w tym modelu można swobodnie wybierać różne interwały niedokrwienia, zależnie od momentu reperfuzji, można uzyskać zmiany niedokrwienne o różnym stopniu nasilenia. Reperfuzja poprzez usunięcie okluzyjnego filamentu w przynajmniej częściowej mierze modeluje przywrócenie przepływu krwi po spontanicznej lub terapeutycznej (tPA) lizie skrzepu zakrzepowo-zatorowego u ludzi.
W tym filmie przedstawimy podstawową technikę, a także główne pułapki i czynniki zakłócające, które mogą ograniczyć wartość prognostyczną tego modelu.
Aby zagwarantować wysoką jakość i powtarzalność, zalecamy stosowanie Standardowych Procedur Operacyjnych (SOP). W niniejszym filmie zastosowano opublikowane SOP opracowane i wykorzystywane w naszym laboratorium. 1
1. Zamknięcie tętnicy środkowej mózgu
2. Operacja pozorowana
3. Przygotowanie włókna
4. Reprezentatywne wyniki
W zależności od czasu trwania ograniczenia przepływu krwi występują różne deficyty motoryczne i behawioralne. Zarówno po 30, jak i 60 min niedokrwienia mózgu u zwierząt w większości przypadków stwierdza się zmniejszoną odporność na pchnięcie boczne oraz krążenie wynikające z zaburzeń lokomocji. Łagodniejsze uszkodzenia objawiają się pozycją zgięciową kończyn przednich. Te łatwo obserwowalne objawy mogą służyć jako podstawowa skala oceny powodzenia operacji.2
Pod względem morfologicznym zmianę można ocenić za pomocą histologii lub obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI). Sześćdziesięciominutowe zamknięcie tętnicy środkowej mózgu powoduje pannekrozę tkanki w obszarze obejmującym zarówno prążkowie, jak i neocortex, podczas gdy 30 minut niedokrwienia powoduje głównie śmierć komórek neuronalnych ograniczoną do prążkowia. 3 (Rysunek 2) W odniesieniu do objętości zawału oczekujemy odchylenia standardowego niższego niż 30% w serii operacji. Śmiertelność zależy od czasu zamknięcia naczynia i wynosi około 5% po 30 min niedokrwienia oraz 10 - 20% po 60 min.
Inną mało inwazyjną możliwością jest zastosowanie laserowej dopplerometrii przepływów (LDF) w trakcie operacji, co pozwala na bezpośrednią kontrolę sukcesu zabiegu. U poszczególnych zwierząt redukcja do 10 - 20 % wartości sprzed okluzji jednoznacznie wskazuje na skuteczne wywołanie ogniskowego niedokrwienia mózgu. 4 Jednak LDF nie może być stosowana jako metoda porównań międzyosobniczych, ponieważ pozwala ona jedynie na pomiar ilościowych zmian (wyrażonych w procentach) przepływu krwi w małej i ograniczonej objętości próbki tkanki. Nie dostarcza ona informacji o przestrzennym zasięgu redukcji przepływu krwi. 5
Istnieje kilka testów służących do oceny aspektów behawioralnych po udarze, w tym analiza chodu 6,7, test Rotarod 8, test słupka (Pole test) 9,10, test usuwania substancji klejącej 11,12, test schodowy 13,14, test szczebli drabiny 15,16 oraz wodny labirynt Morrisa 17. We wszystkich tych testach myszy poddane MCAo osiągają gorsze wyniki niż zwierzęta kontrolne.

Rycina 1. Schemat architektury naczyń doprowadzających krew do mózgu (przedstawionego w tle) u myszy. Różne szczepy mogą wykazywać zmienność, na przykład tętnica potyliczna czasami odgałęzia się od tętnicy szyjnej wewnętrznej.

Rycina 2. Schematyczne przedstawienie typowych rozmiarów zmian po różnych punktach czasowych reperfuzji w modelu proksymalnego MCAo. W części środkowej przedstawiono typowy przebieg aktywności funkcjonalnej i przepływu krwi w mózgu po MCAo. (MCAo: zamknięcie środkowej tętnicy mózgowej, LDF: pomiar przepływu metodą laserowego Dopplera)
Przedstawiony tutaj model przejściowego, proksymalnego zamknięcia tętnicy środkowej mózgu (MCA)18,19 naśladuje jeden z najczęstszych typów udaru niedokrwiennego u pacjentów.20 W zależności od czasu reperfuzji model ten pozwala na uzyskanie różnego stopnia uszkodzeń, od przejściowego ataku niedokrwiennego (TIA) po rozległe zawały obejmujące znaczną część niedokrwionej półkuli. Umożliwia to badaczowi analizę różnych mechanizmów patofizjologicznych po udarze. 20,21
Operację można przeprowadzić w krótkim czasie, co pozwala na uzyskanie wysoce powtarzalnych zmian. Wymaga to jednak dokładnej kontroli czynników zakłócających.22 Niewielkie różnice w technice operacyjnej mogą prowadzić do odmiennych efektów w obrębie obszaru zawału.23,24 Co więcej, ze względu na różnice w anatomii naczyń mózgowych, różne szczepy myszy wykazują odmienne wyniki.25,26 Temperatura ciała wpływa na uszkodzenia neurologiczne, przy czym hipotermia prowadzi do powstania mniejszych zmian27, a hipertermia do poważniejszych deficytów.28 W związku z tym kontrola i utrzymywanie temperatury są niezwykle istotne w tym modelu.29 Ponadto ciśnienie krwi oraz gazy krwi są ważnymi czynnikami zakłócającymi wynik i wymagają monitorowania.30,31 Zaleca się stosowanie szybkich i minimalnie inwazyjnych metod (nieinwazyjny pomiar ciśnienia tętniczego, odpowiednie i łatwo dostępne miejsca poboru krwi). Wybór środka anestetycznego jest również bardzo ważny, ponieważ niektóre z nich mogą działać neuroprotekcyjnie i/lub rozszerzać naczynia krwionośne, jak na przykład izofluran.32 W konsekwencji czas ekspozycji na anestezję powinien być jak najkrótszy i znormalizowany. Wykluczamy zwierzęta, u których operacja trwała dłużej niż 15 min.
Golenie miejsca operacyjnego powoduje powstawanie mikrościernięć i stan zapalny oraz uwalnia fragmenty włosów. Może to dodatkowo nasilić stan zapalny i sprzyjać miejscowej infekcji, co może wpłynąć na patofizjologię udaru. Warunki utrzymania zwierząt, zwłaszcza stosowanie wzbogaceń środowiskowych, mogą wpływać na wynik udaru i powinny być standaryzowane oraz opisane w raportach z badań. 6,33,34 Stosowanie wzbogaceń środowiskowych i ich wpływ na powtarzalność są przedmiotem dyskusji.35 Innym istotnym czynnikiem zakłócającym jest wywołane udarem ryzyko infekcji, szczególnie po dłuższym czasie niedokrwienia36, co prowadzi do dodatkowej zachorowalności i zwiększonej śmiertelności. 37,38 Ponieważ infekcje stają się objawowe około 3. do 5. dnia, ma to istotne konsekwencje dla długoterminowej obserwacji w takich modelach.
Aby uzyskać wyniki istotne dla opracowania nowych strategii leczenia udaru, standaryzacja i kontrola jakości są niezwykle ważne w przedklinicznych badaniach translacyjnych nad udarem. 39 Zasady „Dobrej Praktyki Laboratoryjnej” 40,41 nakazują:
Doświadczenia na zwierzętach zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi i przepisami ustalonymi przez Landesamt fuer Gesundheit und Soziales w Berlinie w Niemczech.
Niniejsza praca została sfinansowana ze środków Siódmego Programu Ramowego Wspólnoty Europejskiej (FP7/2007-2013) na podstawie umowy o dofinansowanie nr° 201024 oraz n° 202213 (European Stroke Network). Dodatkowe środki zostały przekazane przez Bundesministerium für Bildung und Forschung (Center for Stroke Research Berlin) oraz Deutsche Forschungsgemeinschaft (Exzellenzcluster NEUROCURE).
Autorzy chcieliby podziękować Mareike Thielke (Zakład Neurologii Eksperymentalnej, Charité Berlin) za wsparcie podczas operacji oraz Elke Ludwig (Charité Video Services) za przygotowanie animacji.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Nożyczki chirurgiczne (do nacięcia skóry) | Fine Science Tools | 14028-10 | |
| 2 pincety Dumont (medyczne, prosta końcówka nr 5) | Fine Science Tools | 11253-20 | |
| Nożyczki sprężynowe (typu Vannas) | Fine Science Tools | 15000-00 | |
| Stosowanie pęset do mikroklipsów | Fine Science Tools | 00072-14 | |
| Klampy mikronaczyniowe (np. S&G B1-V) | Fine Science Tools | 00396-01 | Możliwe jest również zastosowanie Serrefine. |
| 2 kleszczyki hemostatyczne wg Hartmanna | Fine Science Tools | 13002-10 | |
| Portapigła (typu Olsen-Hegar lub inny) | Fine Science Tools | 12002-14 | |
| Standardowe pęsety anatomiczne (do zamykania ran) | Fine Science Tools | 11000-12 | |
| szwy 5/0 | Suprama | do podwiązań naczyniowych | |
| szwy 6/0 | Suprama | do szycia skóry można również zastosować nici 5/0 | |
| Lidokaina (np. żel Xylocain 2%) | AstraZeneca | lub inny miejscowy środek przeciwbólowy | |
| Mikroskop stereoskopowy, powiększenie od 6x do maks. 40x | Leica Zeiss | MZ6 Stemi2000C | |
| Zimne źródło światła | Leica Microsystems | KL1500 | |
| System podgrzewania z podkładką grzewczą sterowany sprzężeniem zwrotnym temperatury | Fine Science Tools | 21052-00 | Z podkładką pod mysz i małą sondą |
| System anestezjologiczny do izofluranu | |||
| Izofluran | Abbott | ||
| Komora wybudzeniowa dla zwierząt | Usługi Peco | V1200 | Klatka grzewcza |
| filament nylonowy 8,0 | Suprama | TEL181005 | do powlekania |
| Skalpel | Do przecinania filamentu na kawałki | ||
| Linijka | Aby odciąć filament o odpowiedniej długości | ||
| Xantopren M Mucosa | Heraeus Instruments | ||
| Activator Universal Plus | Heraeus Instruments | Optosil - Xantopren | |
| 2 pęsety Dumont (medyczne, prosta końcówka nr 5) | Fine Science Tools | 11253-20 | |
| Miękka podkładka do przechowywania i chwytania niepowlekanych włókien | np. wymazy, piana, … | ||
| Pojemnik na nowe filamenty do druku | np. szalka Petriego, elastyczna pianka,… |