Obecny protokół opisuje szczurzy model okluzji/reperfuzji tętnicy środkowej mózgu, który zachowuje anatomiczną strukturę naczyń mózgowych bez powodowania uszkodzeń.
Artykuł metodologiczny
Obecny protokół opisuje szczurzy model okluzji/reperfuzji tętnicy środkowej mózgu, który zachowuje anatomiczną strukturę naczyń mózgowych bez powodowania uszkodzeń.
Udar niedokrwienny jest główną przyczyną długotrwałej niepełnosprawności i śmiertelności wśród dorosłych na całym świecie. Zwierzęce modele udaru niedokrwiennego znacząco przyczyniły się do zrozumienia jego patologicznych mechanizmów i opracowania potencjalnych metod leczenia. Obecnie istnieją dwie powszechne metody wykorzystujące techniki włókien (szwów wewnątrznaczyniowych) w celu wywołania zwierzęcych modeli niedokrwienia mózgu. Jednak metody te mają nieodłączne ograniczenia, takie jak zmniejszona perfuzja krwi do mózgu, uszkodzenie zewnętrznego układu tętnicy szyjnej, upośledzone spożycie pokarmu i/lub wody oraz dysfunkcja czuciowa twarzy. W artykule przedstawiono nową metodę indukowania modelu udaru niedokrwiennego u szczura bez uszczerbku dla anatomii naczyń mózgowych. W tym badaniu odsłonięto wspólną tętnicę szyjną (CCA) szczurów Sprague-Dawley i wykonano nacięcie. Następnie włókno zostało wprowadzone przez nacięcie do tętnicy szyjnej wewnętrznej, aby zamknąć tętnicę środkową mózgu. Po 1,5 h od wywołanego niedokrwienia włókno okluzyjne zostało całkowicie usunięte zarówno z tętnicy szyjnej wewnętrznej, jak i z CCA. Nacięcie w CCA zostało następnie zszyte za pomocą nici mikrochirurgicznych 11-0 pod mikroskopem (powiększenie 4x). Dzięki wykorzystaniu technik mikrochirurgicznych do naprawy CCA, w badaniu tym z powodzeniem opracowano unikalną metodę wywoływania modelu udaru niedokrwiennego u szczurów przy jednoczesnym zachowaniu integralności anatomicznej naczyń krwionośnych mózgu.
Udar mózgu, główna przyczyna zgonów i długotrwałych zaburzeń neurologicznych u dorosłych na całym świecie, obejmuje różne typy, przy czym udar niedokrwienny stanowi około 81,9% przypadków, podczas gdy krwotok mózgowy i krwotok podpajęczynówkowy stanowią odpowiednio 14,9% i 3,1%1. Udar niedokrwienny często wynika z miażdżycy lub niedrożności tętnicy środkowej mózgu (MCA), co prowadzi do lokalnego zmniejszenia przepływu krwi w mózgu, a następnie uszkodzenia mózgu. To zmniejszenie dopływu składników odżywczych do komórek niedokrwionych powoduje wyczerpanie energii, powodując utratę integralności błony, obrzęk komórek i ostateczną lizę. Ponadto czynniki takie jak zwiększony wewnątrzkomórkowy wapń, pobudzające uwalnianie aminokwasów, zwiększona produkcja wolnych rodników i aktywacja komórek zapalnych przyczyniają się do uszkodzenia tkanki mózgowej po udarze2.
Cele leczenia udaru niedokrwiennego są wieloaspektowe: zmniejszenie trwających uszkodzeń neurologicznych oraz zmniejszenie śmiertelności i długotrwałej niepełnosprawności; zapobieganie powikłaniom wynikającym z unieruchomienia i dysfunkcji neurologicznej; oraz zminimalizowanie ryzyka nawrotu udaru. Biorąc pod uwagę złożoność patofizjologii udaru niedokrwiennego, solidny model udaru mózgu ma zasadnicze znaczenie dla badań i rozwoju terapii ukierunkowanych na udar niedokrwienny.
Obecnie, niedrożność tętnicy środkowej mózgu (MCAo) jest powszechnym zwierzęcym modelem udaru niedokrwiennego3. MCAo jest zwykle wykonywany przez wprowadzenie silikonowej końcówki lub stępionej płomieniowo żyłki przez naczynia szyjne, aż dotrze do początku tętnicy środkowej mózgu (MCA). W 1986 roku Koizumi i jego koledzy opracowali technikę polegającą na wprowadzeniu żyłki z silikonową końcówką przez nacięcie w tętnicy szyjnej wspólnej (CCA), co pozwoliło jej dotrzeć do wejścia do MCA i zablokować przepływ krwi4. W 1989 roku grupa Longa opisała inną metodę MCAo, która polegała na wprowadzeniu monofilamentu przez nacięcie w tętnicy szyjnej zewnętrznej (ECA). Żyłka przechodzi następnie przez rozwidlenie tętnicy szyjnej wewnętrznej (ICA) i ECA, zanim dotrze do punktu początkowego klasy MCA5.
Ograniczenia dwóch istniejących metod indukowania MCAo są oczywiste. Metoda Koizumiego wymaga trwałego zablokowania ipsilateralnego CCA, co prowadzi do zmniejszonej perfuzji MCA, ponieważ reperfuzja opiera się wyłącznie na okręgu klasy Willis4. Z drugiej strony, metoda Longa polega na przecięciu ECA, co skutkuje uszkodzeniem układu ECA, a następnie upośledzeniem funkcji mięśni twarzy5. Uszkodzenie to może wpływać na spożycie pokarmu i wody, a także powodować dysfunkcję czuciową twarzy, wpływając na rehabilitację i ocenę funkcji neurologicznych po udarze niedokrwiennym6.
Obecny protokół stara się rozwiązać te ograniczenia, opracowując nową metodę wywoływania modelu udaru niedokrwiennego bez uszkadzania anatomicznej struktury naczyń mózgowych. To nowatorskie podejście wykorzystuje techniki mikrochirurgiczne do naprawy CCA, unikając w ten sposób wad związanych z poprzednimi metodami.
Procedura eksperymentalna została zatwierdzona przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt na Uniwersytecie Yantai (Numer Zgody: YTDX20230410) i przestrzegała wytycznych National Institutes of Health dotyczących opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych. Do tego badania wykorzystano samce szczurów Sprague-Dawley o wadze od 300 do 350 g. Pełna lista używanych zwierząt, odczynników i sprzętu znajduje się w Tabeli Materiałów.
1. Przygotowanie zwierząt
2. Znieczulenie
3. Procedura modelowania niedokrwiennego
4. Szycie mikrochirurgiczne CCA
5. Barwienie chlorkiem 2,3,5-trifenylotetrazolu (TTC)
6. Test neurologiczny
UWAGA: Funkcja neurologiczna została oceniona za pomocą testu Garcii, zgodnie z poprzednim raportem9.
7. Analiza statystyczna
Proces mikroszwów
Włókno zostało wycofane w pobliżu nacięcia CCA, aż do momentu, gdy widoczna była biała końcówka filamentu (Rysunek 1A). Mikrozaciski zostały następnie umieszczone na CCA (Rysunek 1B). Pod mikroskopem przy 4-krotnym powiększeniu nacięcie CCA zostało zszyte za pomocą szwów mikrochirurgicznych w przerywanym schemacie (Ryc. 1C). Następnie mikroklamry zostały usunięte z CCA, przywracając strukturę anatomiczną i przepływ krwi (Rysunek 1D).
Wskaźnik zabarwienia i śmiertelności TTC
W sumie 12 dorosłych samców szczurów zostało losowo podzielonych na dwie grupy: pozorowane i modelowe (n = 6 w każdej grupie). Niestety, jedno zwierzę w grupie pozorowanej zmarło z powodu przedawkowania środka znieczulającego, a jedno zwierzę w grupie modelowej zmarło w ciągu 24 godzin. Zawały wynikające z niedokrwienia mózgu obserwowano zarówno w prążkowiu, jak i w korze mózgowej (Ryc. 2A). Po 3 dniach od udaru niedokrwiennego zmierzono całkowity odsetek zawału wynoszący 29,3% ± 1,6% półkuli (Ryc. 2B), ze śmiertelnością 16,7% po operacji.
Ocena funkcji neurologicznych
Po 1 i 3 dniach od udaru niedokrwiennego wyniki grup modelowych znacznie się pogorszyły w porównaniu z grupami pozorowanymi (17,8 ± 0,4 w porównaniu z 8,2 ± 1,5, Rysunek 3A; 17,6 ± 0,9 w porównaniu z 9,6 ± 1,3, Rysunek 3B, odpowiednio).

Rysunek 1: Proces mikroszwu. (A) Filament jest pobierany z CCA. Niebieskie strzałki wskazują zaciski mikronaczyniowe. (B) strzałka wskazuje nacięcie po całkowitym usunięciu włókna. Niebieskie strzałki wskazują zaciski mikronaczyniowe. (C) Pod mikroskopem (powiększenie 4x) nacięcie CCA zostało zszyte za pomocą szwów mikrochirurgicznych 11-0 w przerywanym wzorze. Niebieskie strzałki wskazują zaciski mikronaczyniowe. strzałka wskazuje zszyte nacięcie. (D) Mikrozaciski są usuwane i przywrócony zostaje przepływ krwi w CCA. strzałka wskazuje miejsce zszycia CCA. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Wyniki barwienia TTC w modelu niedokrwienia. (A) Reprezentatywne obrazy wycinków mózgu wybarwionych chlorkiem 2,3,5-trifenylotetrazolu (TTC) po niedokrwieniu mózgu. W żywej tkance TTC jest enzymatycznie redukowany przez dehydrogenazy do 1,3,5-trifenyloformazanu, który ma czerwony kolor. Tkanki w obszarach martwiczych pozostają białe z powodu braku takiej aktywności enzymatycznej. (B) Procent obszaru niedokrwiennego u szczurów po 3 dniach od niedokrwienia mózgu. W porównaniu z grupą pozorowaną, **P < 0,01. Dane są wyrażone jako średnia ± odchylenie standardowe. W każdej grupie było pięć szczurów. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Ocena funkcji neurologicznych. (A) Garcia zdobywa punkty 1 dzień po niedokrwieniu mózgu. (B) Garcia zdobywa punkty 3 dni po niedokrwieniu mózgu. W porównaniu z grupą pozorowaną, **P < 0,01. Dane są wyrażone jako średnia ± odchylenie standardowe. W każdej grupie było pięć szczurów. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
MCAo jest szeroko stosowaną metodą tworzenia zwierzęcych modeli udaru, skutecznie odwzorowującą proces udaru obserwowany u pacjentów poprzez przywrócenie przepływu krwi po niedokrwieniu 10,11,12. Nasze laboratorium opracowało model udaru niedokrwiennego, który umożliwia reperfuzję z CCA bez powodowania uszkodzenia ECA. Po indukcji niedokrwienia przeprowadza się mikrochirurgiczną naprawę CCA. Chociaż nie przeprowadzono bezpośredniego pomiaru przepływu krwi CCA, eksperymentatorzy zaobserwowali pulsację naczyniową w CCA przed przystąpieniem do reperfuzji. Technika ta zachowuje integralność anatomiczną naczyń szyi, a jednocześnie bardzo przypomina proces udaru u pacjentów. Co więcej, oceny funkcji neurologicznych i obszaru niedokrwienia mózgu potwierdziły zasadność udaru wywołanego tym podejściem chirurgicznym.
Na wcześniej opisane modele udaru niedokrwiennego mogą mieć wpływ różne czynniki. W metodzie Koizumi i wsp.4 reperfuzja krwi w dużym stopniu opiera się na okręgu Willisa ze względu na podwiązanie CCA. Jednak zmiany w unaczynieniu mózgu mogą wpływać na końcową objętość zawału mózgu, potencjalnie zwiększając śmiertelność modelu udaru z powodu niskiej perfuzji krwi13,14. Dodatkowo niedokrwienie ECA może upośledzać funkcję mięśni i nerwów twarzy, wpływając na ocenę różnych funkcji neurologicznych15,16.
Obecna metoda rozwiązuje te wyzwania poprzez trzy kluczowe kroki: (1) Utrzymanie nacięcia CCA tak małego, jak to możliwe, tylko wystarczająco dużego, aby można było wprowadzić włókno, skracając czas i zmniejszając uszkodzenia związane z szyciem naczyniowym. (2) Umieszczenie zacisków mikronaczyniowych jak najbliżej rozwidlenia CCA podczas zaciskania dystalnego CCA, aby zapobiec zaciskaniu białej końcówki włókna, co może prowadzić do oderwania silikonu i zakrzepicy. (3) Obserwacja CCA pod kątem wznowionej pulsacji i braku znacznego krwawienia przed zszyciem nacięcia szyi w linii środkowej po naprawie naczyń krwionośnych.
Obecna metoda ma kilka ograniczeń. Po pierwsze, istnieje możliwość powstania zatoru w miejscu szwu, co może prowadzić do dalszego niedokrwienia mózgu w przypadku ich odklejenia. Ryzyko to powinno być dokładnie rozważone i kontrolowane w przyszłych eksperymentach. Po drugie, w badaniu nie monitorowano masy ciała szczurów, co utrudnia ustalenie, czy metoda wpłynęła na ich spożycie pokarmu. Spożycie pokarmu jest bezpośrednim wskaźnikiem zalet tej metody, a jej ocena może dostarczyć cennych informacji. Wreszcie, obecna metoda wymaga biegłości technicznej w operacjach mikrochirurgicznych, co może ograniczać jej powszechne stosowanie bez odpowiedniego przeszkolenia i wiedzy specjalistycznej.
Podsumowując, chociaż metoda modelowania MCAo oferuje wysokie znaczenie fizjologiczne i integralność strukturalną, wiąże się z ograniczeniami, którymi należy się zająć, aby uzyskać bardziej solidne eksperymenty. Zachowanie integralności anatomicznej naczyń szyjnych i ścisła symulacja procesów udarowych u pacjentów to istotne mocne strony tej metody. Takie podejście niewątpliwie znacząco przyczyni się do badań nad udarem niedokrwiennym, poprawiając wiarygodność i dokładność modeli eksperymentalnych. Ostatecznie może to prowadzić do mniejszej liczby grup eksperymentalnych potrzebnych do testowania efektów terapeutycznych, co skutkuje bardziej wiarygodnymi wynikami eksperymentalnymi.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych potencjalnie sprzecznych interesów.
Ta praca była wspierana przez Projekt Wprowadzający Wywiad Zagraniczny Prowincji Hebei w 2023 roku. Dziękujemy dr Lisie Kreiner z Liwen Bianji, (Edanz) (www.liwenbianji.cn), za zredagowanie angielskiego tekstu szkicu tego manuskryptu.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 10% formalina | Beijing Labgic Technology Co., Ltd. | BL913A | |
| 11-0 szwy mikrochirurgiczne | Ningbo Medical Seture Needle Co., Ltd. | 3/8 1 razy; | |
| chlorek 2,3,5-trifenylotetrazolu (TTC) | SIGMA | T8877 | |
| 3-0 szew jedwabny | Ningbo Medical Suture Needle Co., Ltd. | 3-0 | |
| 4% izofluranu | Tianjin Ringpu Bio-Technology Co., Sp. z o.o. | ||
| 6-0 jedwabny szew | Ningbo Medical Suture Needle Co., Ltd. | 6-0 | |
| 70% etanol | Shandong Lierkang Medical Technology Co., Ltd. | ||
| Filament | Xinong Technologies Co Ltd. | 2838-A5 | |
| Ketamina | Jiangsu Hengrui Pharmaceutical Co., Sp. z o.o. | 230613BL | |
| Samiec szczurów Sprague Dawley | Jinan Pengyue Experimental Animal Breeding Co., Ltd. | SCXK (Lu) 20190003 | |
| Microclips | Szanghaj Jinzhong Fabryka urządzeń medycznych | W40150 | |
| Mikroskop | ZEISS | S100 OPMI pico | |
| Skrzynka pielęgniarska | Pekin Fuyi Electrical Appliance Co., Ltd. | FYL-YS-100L | |
| Ksylazyna | SIGMA | PHR3263 |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie