W celu wywołania stanów niedokrwiennych, które skutecznie naśladują udar niedokrwienny u ludzi, szeroko stosuje się kilka zwierzęcych modeli udaru, co skutkuje różną objętością zawału. W modelu fotozakrzepowym mózg jest napromieniany przez nienaruszoną czaszkę za pomocą oświetlenia laserowego po dożylnym wstrzyknięciu substancji światłoczułej (takiej jak róża bengalska), co powoduje koagulację fotochemiczną, zablokowanie napromienianych naczyń i niedokrwienie otaczającej tkanki 6,7. Fotozakrzepica może powodować bardzo małe, izolowane obszary zawału i jest zwykle stosowana jako sposób modelowania "mini-udarów" lub "mikroudarów".
Powszechnie stosowaną techniką wywoływania udaru niedokrwiennego, szczególnie w tętnicy środkowej mózgu (MCA), jest monofilament śródświetlny model 8, w którym włókno jest chirurgicznie wprowadzane do tętnicy szyjnej zewnętrznej i rozwijane aż do momentu, gdy końcówka zatka podstawę MCA. Podstawowym wyzwaniem związanym z okluzją włókien śródświetlnych jest wysoka śmiertelność (70%, gdy MCA jest niedrożny przez 3 godziny, co jest odpowiednim punktem czasowym dla badań nad udarem) 9. Inne problemy związane z metodą obejmowały możliwy krwotok podpajęczynówkowy, niepełną okluzję i zmienną objętość zawału 10,11. Model ten powoduje rozległy stopień zawału zarówno w korze mózgowej, jak i podkorowo 12 i modeluje masywny udar u człowieka.
Chociaż zarówno modele mikro, jak i masowych uderzeń są ważne, ludzkie uderzenia zazwyczaj plasują się gdzieś pomiędzy. W dużych badaniach klinicznych zawał udaru waha się od 28-80 cm3, co przekłada się na 4,5-14% półkuli ipsi-ishemicznej 9. Dla porównania, wielkość zawału pMCAO u szczurów waha się od około 9 do 35 mm3, co stanowi od 3 do 12% półkuli ipsi-ishemicznej. Nasz model pMCAO jest zatem bardzo podobny do objętości ludzkiego zawału niedokrwiennego udaru mózgu pod względem procentu objętości mózgu.
Oprócz modelowania strukturalnych uszkodzeń spowodowanych udarem, pMCAO skutkuje deficytami funkcjonalnymi i behawioralnymi podobnymi do stanu ludzkiego. Skuteczny model udaru powoduje co najmniej deficyty ruchowe przeciwne do uszkodzenia po udarze 13-15, utratę lub zakłócenie funkcji motorycznych i czuciowych 16,17, utratę lub zakłócenie wywołanej aktywności neuronalnej 16,18, zmniejszenie przepływu krwi w mózgu 19,20 i zawał 21,22. W związku z tym nasze pMCAO modeluje poważną okluzję MCA skutkującą niepełnosprawnością fizyczną, utratą funkcji w korze czuciowej (i sąsiedniej korze), zakłóceniem aktywności neuronalnej, poważnym zmniejszeniem przepływu krwi MCA i zawałem - charakterystycznymi atrybutami udaru niedokrwiennego 23-25, służąc zatem jako skuteczny model udaru u człowieka.
Proceduralnie, pMCAO obejmuje małą kraniotomię, w której ostrożnie usuwamy czaszkę i oponę twardą z "okienka chirurgicznego" o wymiarach 2 x 2 mm nad początkowym (M1) segmentem MCA, tuż przed pierwotnym rozwidleniem MCA na przednią i tylną gałąź korową (Ryc. 1A i 1B). Przepuszczamy igłę do szwów i nić (jedwab 6-0) przez warstwę opon mózgowych, poniżej MCA i powyżej powierzchni kory mózgowej (patrz Tabela konkretnych odczynników i sprzętu do materiałów chirurgicznych niezbędnych do przeprowadzenia pMCAO). Następnie zawiązujemy podwójną ligatrę, zaciskamy dwa węzły wokół MCA i przecinamy naczynie między dwoma węzłami. Podwójna ligatura i przecięcie przez M1 zachodzi tuż dystalnie do rozgałęzienia soczewkowatego, tak że dotknięte są tylko gałęzie korowe MCA - w ten sposób występuje tylko zawał korowy (brak uszkodzenia podkorowego) 26,27 (ryc. 2). Chociaż udar u ludzi często wiąże się z zawałem podkorowym, modelowanie go u gryzoni wymaga zwiększonej inwazyjności (zamknięcie naczyń mózgowych przed rozgałęzieniem kory wymaga dostępu do tętnic przez tętnicę szyjną w szyi i wymaga dodatkowych okluzji) w technice i zwiększonej zmienności wielkości zawału. Opisany tutaj model nie może być wykonany bardziej proksymalnie, ponieważ dostęp do wcześniejszych gałęzi MCA nie jest możliwy za pomocą prostej kraniotomii. Chociaż chirurgicznie możliwe jest wywołanie zawału podkorowego za pomocą pMCAO, okluzja pociągnęłaby za sobą niezwykle inwazyjną procedurę i dlatego nie jest idealna.
Skuteczność okluzji można potwierdzić za pomocą laserowego Dopplera, laserowego obrazowania plamkowego 12,24,25 (Ryc. 3) lub histologicznie pośmiertnego (Ryc. 2). Należy zauważyć, że wcześniejsze badania wykazały, że stymulacja sensoryczna może odgrywać główną rolę w ewolucji i wyniku zawału; Zapewnienie ochrony przed uszkodzeniem po podaniu w ciągu 2 godzin od pMCAO i spowodowanie zwiększenia uszkodzeń spowodowanych udarem po podaniu po 3 godzinach od pMCAO 24,25,28. Potwierdziliśmy, że po 5 godzinach od pMCAO stymulacja nie ma już wpływu na wynik (dane niepublikowane). Dlatego stymulacja sensoryczna badanych powinna być zminimalizowana przez 5 godzin po pMCAO, aby uzyskać objętość zawału przy minimalnej zmienności. W związku z tym nasza grupa przeprowadza "nieleczone kontrole" tego typu, utrzymując szczury w znieczuleniu przez 5 godzin po pMCAO, w ciemności, z minimalną stymulacją sensoryczną i wyraźnie bez stymulacji wąsów.
Należy również zauważyć, że sporadyczne zmiany w strukturze MCA, w tym nadmierne rozgałęzienia, wiele głównych segmentów lub brak tętnic komunikacyjnych mogą wystąpić z częstotliwością od 10 do 30% u dorosłych samców szczurów Sprague Dawley 29,30. Jeśli zaobserwuje się nieprawidłowości w MCA, zaleca się, aby nie używać tego konkretnego tematu, ponieważ dodanie zwierząt z takimi nieprawidłowościami naczyniowymi zwiększy zmienność zawału.
Dodatkowo, istnieje kilka praktycznych aspektów naszej procedury, które sprawiają, że ta metoda okluzji jest korzystna dla badania udaru. Po pierwsze, szwy mogą być założone wokół tętnicy, ale nie dokręcane w celu uzyskania oceny wyjściowej, a następnie ocena po niedokrwieniu po podwiązaniu i przecięciu. W ten sposób przygotowanie chirurgiczne niezbędne do okluzji jest skutecznie kontrolowane u badanych. Ponieważ badani mogą pozostawać nieruchomi lub w stereotaktycznej ramie przez cały czas okluzji, możliwe jest przeprowadzenie eksperymentalnej oceny każdego pacjenta przed, w trakcie i po okluzji bez poruszania obiektem lub zakłócania jakiegokolwiek używanego sprzętu eksperymentalnego 25,28. Co więcej, procedura ta skutkuje bardzo niską śmiertelnością, nawet wśród starszych gryzoni w wieku 21-24 miesięcy (odpowiednik starszego człowieka) 31, a zatem może być wykorzystana do oceny leczenia udaru u szczurów, które bardziej odwzorowują najczęstszy przedział wiekowy osób cierpiących na udar 25,28. Przekrój statku służy również kilku praktycznym celom. Brak krwawienia po przecięciu potwierdza, że naczynie było całkowicie zamknięte w obu miejscach podwiązania. Dodatkowo przecięcie zapewnia trwałe zakłócenie przepływu krwi. Wreszcie, przecięcie zapewnia, że wszelki przepływ krwi wykryty w dystalnych częściach niedrożnego naczynia musi pochodzić z alternatywnego źródła.
Na koniec, chociaż szczegółowo opisujemy tę technikę okluzji dla MCA w tym manuskrypcie i filmie, ta sama technika podwójnej transsekcji ligatury może być zastosowana do każdego naczynia mózgowego, do którego można uzyskać dostęp za pomocą kraniotomii. Nasze laboratorium, na przykład, wykorzystało pMCAO w połączeniu z kilkoma dodatkowymi trwałymi okluzjami dystalnych gałęzi MCA w celu zablokowania zarówno pierwotnego, jak i pobocznego przepływu krwi 24 w sposób podobny do technik zaprojektowanych do selektywnego wywoływania niedokrwienia w obrębie pierwotnej kory somatosensorycznej 32.
Podsumowując, ta metoda trwałej okluzji zastosowana do MCA ściśle modeluje trzy podstawowe aspekty ludzkiego udaru niedokrwiennego: najczęstszą lokalizację (MCA), typ (niedokrwienie) i stopień uszkodzenia (zawał) związane z ludzką literaturą kliniczną dotyczącą udaru. Co więcej, ta metoda okluzji może być stosowana do jednego lub wielu miejsc okluzji w całym mózgu i może być przeprowadzana u osób w podeszłym wieku o wysokim wskaźniku przeżycia. Biorąc pod uwagę dynamiczny, trwały i stosunkowo nieinwazyjny charakter tej okluzji, technika ta stanowi dodatkowe narzędzie dla badaczy przedklinicznych oceniających nowatorskie podejścia do ochrony przed udarem mózgu i jego leczenia.