Jako główna przyczyna niepełnosprawności dorosłych i czwarta najczęstsza przyczyna śmierci, udar mózgu jest jednym z najbardziej wyniszczających stanów chorobowych, z jakimi boryka się dorosła populacja Stanów Zjednoczonych. 1 Zwierzęce modele udaru pozwalają na eksperymentalne badanie nowych metod zmniejszania uszkodzeń niedokrwiennych i poprawy rekonwalescencji po udarze. Jedną z nowatorskich ścieżek dla takich badań translacyjnych jest warunkowanie wstępne. Kondycjonowanie wstępne to celowe użycie bodźca, który nie uszkadza w celu zmniejszenia uszkodzeń spowodowanych kolejnym i poważniejszym urazem. 2 Wykazano, że wstępne kondycjonowanie hipoksyjne powoduje plejotropowe zmiany w mózgu, które zapewniają ochronę przed udarem zarówno w badaniach in vivo, jak i in vitro. 3 Jednak pojedyncza ekspozycja na niedotlenienie zapewnia tylko krótkotrwałą neuroprotekcję, wywołując mniej niż 72 godziny tolerancji na niedokrwienie u dorosłych myszy. Nawet po czterech tygodniach 14-godzinnej codziennej ekspozycji na hipoksję hipobaryczną, Lin i in. stwierdzili, że neuroprotekcja utrzymywała się tylko przez tydzień. 5 Powtarzalne kondycjonowanie wstępne hipoksyjności (RHP) charakteryzuje się stochastycznymi zmianami częstotliwości, czasu trwania i intensywności ekspozycji na hipoksyjność. W przeciwieństwie do pojedynczego wyzwania kondycjonowania wstępnego, RHP indukuje fenotyp mózgoprotekcyjny, który utrzymuje się do ośmiu tygodni u myszy. 6 RHP zmniejszyło objętość zawału, zaburzenie bariery krew-mózg (BBB), zapalenie naczyń krwionośnych i diapedezę leukocytów przez kilka tygodni po ostatecznej ekspozycji na niedotlenienie. RHP specyficznie zmniejszył stan zapalny w niedokrwionym mózgu poprzez zmniejszenie populacji limfocytów T, monocytów i makrofagów, przy jednoczesnym utrzymaniu populacji komórek B w półkuli niedokrwiennej. 7 W rzeczywistości RHP indukował fenotyp immunosupresyjny u myszy przed jakimkolwiek uszkodzeniem OUN, w tym udarem. Limfocyty B leczone RHP wyizolowane od zdrowych myszy leczonych RHP wykazywały unikalny fenotyp przeciwzapalny, z regulacją w dół zarówno prezentacji antygenu, jak i produkcji przeciwciał. Ogólne zmniejszenie prozapalnych adaptacyjnych mechanizmów immunologicznych sprawia, że RHP jest doskonałą metodologią indukowania endogennej immunosupresji nie tylko w chorobach zapalnych specyficznych dla OUN, ale także w urazach ogólnoustrojowych lub modelach chorób, które obejmują patologię prozapalną.
RHP zmniejsza zarówno objętość zawału, jak i zaburzenie BBB po przejściowym zamknięciu tętnicy środkowej mózgu (tMCAo). Zwierzęce modele udaru, takie jak powszechnie stosowany tMCAo, znacznie poprawiają zrozumienie patofizjologii udaru, a także projektowanie skuteczniejszych neuroterapii. Po raz pierwszy opracowana przez Koizumi i wsp. w 1986 r.8 procedura tMCAo jest szeroko stosowaną metodą wywoływania udaru u gryzoni i jedną z preferowanych metod badania stanu zapalnego po reperfuzji. Wraz z ewolucją metod tMCAo, nowsze zastosowanie włókien powlekanych silikonem jeszcze bardziej zmniejsza ryzyko krwotoku podpajęczynówkowego w porównaniu z innymi modelami9,10 i poprawia niezawodność, chociaż niestety tMCAo często powoduje duże różnice w objętości zawału. 11-13 Większość z tych badań wyznacza obszary zawału w koronalnych odcinkach mózgu poprzez barwienie chlorkiem 2,3,5-trifenylotetrazolu (TTC), uważanym za złoty standard w oznaczaniu ilościowym zawału, ponieważ jest to prosty i niedrogi sposób na uzyskanie żywych, powtarzalnych wyników. TTC służy jako substrat dehydrogenaz obecnych w mitochondriach. Kiedy wycinki mózgu są wystawione na działanie roztworu TTC, TTC jest selektywnie pobierany do żywych komórek, gdzie jego nierozpuszczalny produkt redukcyjny, formazan, wytrąca się do głębokiego czerwonego koloru w żywotnych mitochondriach. Ze względu na dysfunkcję mitochondriów w tkance niedokrwiennej, tkanka ta pozostaje biała, co pozwala na różnicowanie uszkodzonej i zdrowej tkanki. 14
RHP również zmniejsza zakłócenia BBB w półkuli niedokrwiennej. 6 W związku z tym podwójna kwantyfikacja integralności BBB w tych samych mózgach, co oznaczenia objętości zawału na podstawie TTC15 dostarczyłaby użytecznych informacji na temat pełnej skuteczności ochrony endogennej i potencjalnych związków przyczynowych między zaburzeniem BBB a zawałem u zwierząt nieleczonych i leczonych. Napływ krwi obwodowej przez zaburzoną barierę krew-mózg, wtórny do udaru, zwiększa populacje leukocytów, cytokiny prozapalne, stres oksydacyjny, obrzęk naczyniopochodny i transformację krwotoczną w półkuli niedokrwiennej, ostatecznie zwiększając wskaźniki infekcji i śmiertelności u pacjentów z udarem niedokrwiennym. 16,17 Powszechną metodą pomiaru zaburzeń bariery krew-mózg w modelach zwierzęcych jest ilościowe oznaczanie wycieku niebieskiego barwnika Evansa (EB) do mózgu. 15,18-21 EB selektywnie wiąże się z albuminą surowicy, białkiem globularnym (MW = 65 kDa), które nie przekracza bariery krew-mózg u zwierząt zdrowych. 22 Po udarze niedokrwiennym EB nacieka mózg i fluoryzuje przy długości fali 620 nm, co pozwala na pomiar gęstości optycznej w uszkodzonym miąższu perfundowanym. 22 Gęstość optyczna jest wprost proporcjonalna do przepuszczalności bariery krew-mózg, gdy EB została wypłukana z pośmiertnego naczynia korowego przez perfuzję przezsercową. Dzięki natychmiastowemu przetwarzaniu mózgów barwionych TTC u zwierząt, którym podawano EB, można skutecznie określić ilościowo zarówno objętość zawału, jak i zaburzenie bariery krew-mózg. Należy jednak zauważyć, że uszkodzenie neuronów i zaburzenie bariery krew-mózg nie są procesami towarzyszącymi w mózgu po udarze,23,24 więc wybór czasu poświęcenia jest ważnym czynnikiem.
Następujący protokół szczegółowo opisuje metodę RHP, metodę tMCAo do wywoływania tymczasowej niedrożności tętnic, która modeluje niedrożność tętnicy środkowej mózgu u pacjentów ludzkich, oraz podwójne metody histologiczne do określania punktów końcowych uszkodzeń udaru nerwowego i naczyniowego. TTC mierzy śmierć komórek i skumulowane uszkodzenia tkanek, co pozwala na ilościowe określenie całkowitej objętości zawału, podczas gdy EB zapewnia ilościowe określenie uszkodzenia BBB w półkuli.