Artykuł przeglądowy
* These authors contributed equally
Niniejszy przegląd systematycznie porównuje eksperymentalne modele zwierzęce CVST, oceniając metody indukcji, gatunki, odwracalność, nasilenie, wykonalność, powtarzalność, ograniczenia oraz wartość translacyjną, aby kierować racjonalnym wyborem wśród istniejących modeli.
Zakrzepica zatoki żylnej mózgu (CVST) to rzadkie, lecz zagrażające życiu zaburzenie naczynia mózgowego, dla którego modele zwierzęce są niezbędne do badań mechanistycznych i translacyjnych. Niniejszy przegląd systematycznie syntetyzuje eksperymentalne modele CVST dla różnych gatunków i technik indukcji, wykorzystując wcześniej określone kryteria, w tym skład zakrzepa, odwracalność, nasilenie, powtarzalność, wykonalność techniczną oraz istotność kliniczną. Skuteczne opracowanie modeli CVST definiuje bezpośrednie dowody na okluzję zatok, przy czym zmiany miąższowe są uznawane za opcjonalne. Zakrzepica wywołana metodami FeCl₃ lub fotochemiczną jest zazwyczaj odwracalna, podczas gdy modele oparte na trwałej ligacji, iniekcji autolognej skrzepu, cewniku balonowym w połączeniu z trombiną lub gumie nadwyrężnej wodą prowadzą do nieodwracalnej okluzji.
Większość modeli wywołuje łagodną patologię, podczas gdy ciężkie fenotypy zwykle wymagają wspólnych interwencji, takich jak napompowanie cewnika balonowego trombiną, całkowite podwiązanie trombiną lub podwiązanie częściowe z iniekcją trombiny i zastosowaniem FeCl₃. Modele oparte wyłącznie na ligacji wykazują niską powtarzalność, podczas gdy modele fotochemiczne i cewnikowe balonowe są ograniczone specjalistycznym sprzętem i wymaganiami wiedzy technicznej. Pod względem znaczenia translacyjnego najbardziej klinicznie stosuje się modele cewnika balonowego z dużych zwierząt połączone z substancjami trombogenicznymi oraz modelami zastrzyków skrzepów u gryzoni. Badania nad trombolizą lub reanalizacją powinny preferencyjnie stosować modele odwracalne, unikając trwałej ligacji lub sztywnych urządzeń okluzyjnych. Modele gumy nadmuchniające wodą są szczególnie odpowiednie do badania powoli progresywnych form CVST. Badania walidacyjne urządzeń wewnątrznaczyniowych powinny priorytetowo traktować modele świń z użyciem cewników balonowych w połączeniu z substancjami trombogenicznymi. Ponadto opracowanie modeli specyficznych dla etiologii może ułatwić przedkliniczną ocenę ukierunkowanych, mechanizmowych podejść terapeutycznych, podczas gdy modele naczelnych nieludzkich mogą dodatkowo zwiększyć znaczenie translacyjne.
Zakrzepica zatoki żylnej mózgu (CVST) to rzadkie, ale potencjalnie zagrażające życiu zaburzenie naczynia mózgowego, charakteryzujące się zakrzepicą w żyłach oponowych lub żyłach mózgowych1. W przeciwieństwie do udaru tętnic, CVST dotyka głównie młodych dorosłych, zwłaszcza kobiet w wieku rozrodczym, i wykazuje różnorodne objawy kliniczne, od bólu głowy i obrzęku brodawczego po napady padaczkowe, ogniskowe deficyty neurologiczne oraz zawał żylny 2,3. Podstawowa patofizjologia jest wieloczynnikowa, obejmująca stazę żylną, uszkodzenie śródbłonka oraz nadkrzepliwość. Dodatkowe czynniki przyczyniające się do tego to miejscowa niedrożność mechaniczna, zaburzenia zapalne oraz ogólnoustrojowe schorzenia protrombotyczne 4,5,6.
Pomimo postępów w obrazowaniu i terapii antykoagulantowej, CVST nadal wykazuje znaczną zachorowalność i śmiertelność, szczególnie w przypadkach ciężkiej lub rozległej zakrzepicy 7,8. Badania kliniczne pozostają ograniczone ze względu na rzadkość i heterogeniczność choroby, co czyni modele zwierzęce niezbędnymi do badania mechanizmów patofizjologicznych, testowania nowych metod leczenia oraz badania konsekwencji hemodynamicznych9. Eksperymentalne modele CVST umożliwiają kontrolowaną indukcję zakrzepicy, precyzyjne wyznaczenie czasu interwencji oraz systematyczną ocenę ustąpienia zakrzepu, reanalizacji i wtórnych urazów mózgu.
W ciągu ostatnich dekad opracowano wiele metod modelowania CVST u zwierząt, w tym podwiązanie mechaniczne10, uszkodzenia chemiczne wywołane chlorkiem żelaza (FeCl3)11,12, zakrzepicęfotochemiczną 13, środki zakrzepowe lub zastrzyk skrzepów14,15 oraz urządzenia wszczepialne lub rozszerzalne 16,17,18. Modele te różnią się składem zakrzepów, miejscem anatomicznym, odwracalnością, nasileniem oraz odpowiedniością gatunku, od genetycznie podatnych na myszy po anatomicznie porównywalne świnie19. Jednak większość istniejących modeli nie potrafi odtworzyć złożonego spektrum etiologicznego ludzkiego CVST, w tym stanów zapalnych ogólnoustrojowych, nadkrzepliwości i miejscowego ucisku żylnego. Zrozumienie zalet, ograniczeń i potencjału translacyjnego tych modeli jest kluczowe dla projektowania eksperymentów, które mogą wiarygodnie wspierać praktykę kliniczną.
Niniejszy przegląd przedstawia kompleksowy przegląd dostępnych modeli zwierzęcych CVST, omawiając techniki indukcji, wybór gatunku, klasyfikację na podstawie cech zakrzepów oraz kwestie translacyjne. Podkreśla także istniejące luki, w tym brak modeli specyficznych dla choroby lub etiologii, oraz oferuje perspektywy na rozwój klinicznie istotnych platform eksperymentalnych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Techniki indukcji
Opracowano wiele technik indukcyjnych, aby ustanowić eksperymentalne modele CVST. Poniższa sekcja podsumowuje główne podejścia, podkreślając ich zalety, ograniczenia oraz odpowiednie zastosowania. Techniki indukcji te zostały schematycznie zilustrowane na rysunku 1.
Ligacja
Podwiązanie polega na mechanicznej niedrożności wypływu żylnego, zazwyczaj poprzez częściową lub całkowitą ligację docelowej zatoki, co wywołuje miejscową stagnację krwi. Chociaż u myszoskoczków i kotów stosowano wyłącznie trwałą ligację, modele CVST szczurów są zazwyczaj generowane przy użyciu kombinacji częściowej lub całkowitej ligacji oraz wstrzyknięcia środków trombogenicznych 20,21,22,23. Dzieje się tak, ponieważ szczury posiadają rozległe żyły boczne, które odprowadzają odwód do alternatywnych zatok, łagodząc zakrzepicę zatoki strzeleckiej górnej (SSS) oraz uszkodzenia mięścia. Technika ta jest cenna do badania hemodynamicznych skutków niedrożności żylnej i urazów mięściowych wtórnych do stazy żylnej. Główne ograniczenia obejmują nadmierne skupienie się na stazie żylnej, która może nie odzwierciedlać wieloczynnikowej etiologii klinicznej CVST, oraz nieodwracalność, która czyni ją nieodpowiednią do oceny terapii przeciwzakrzepkowej lub trombolitycznej.
FeCl3
FeCl3 wywołuje zakrzepicę poprzez upokaranje utleniające śródbłonka w odsłoniętej ścianie zatoki. Powstała denudacja śródbłonka wywołuje adhezję, agregację i krzepnięcie płytek krwi, tworząc szybkie i powtarzalne zakrzepy11. Zakrzepica wywołana FeCl3 była szeroko stosowana u gryzoni i królików11,24. Jednak ta metoda bezpośrednio uszkadza śródbłonek, które może nie odtwarzać dokładnie klinicznych czynników CVST u człowieka, takich jak stan zapalny, nadkrzepliwość czy ucisk żylny. Ponadto zakrzepica indukowana FeCl₃ podlega spontanicznej reanalizacji, co czyni ten model nieodpowiednim do długoterminowych badań. Pomimo tych ograniczeń, model FeCl3 pozostaje korzystny do badań procesów patofizjologicznych po CVST oraz do oceny terapii przeciwzakrzepowych lub trombotycznych.
Fotochemiczna zakrzepica
Modele fotochemiczne, najczęściej wykorzystujące barwnik Rose Bengal aktywowany przez zielone światło, generują krzepel bogaty w płytki krwi w wybranych naczyniach powierzchniowych25. Mechanicznie oświetlenie Różanego Bengalu wytwarza reaktywne ilości tlenu, które powodują miejscowe uszkodzenia śródbłonka i stres oksydacyjny, odsłaniając białka matrycy podśródbłonkowej wspierające adhezję, agregację i krzepnięcie płytekkrwi 25. Takie podejście pozwala na precyzyjną kontrolę przestrzenną położenia i rozmiaru zakrzepów, a w niektórych przypadkach można stworzyć częściowo odwracalne zakrzepy. Modele fotochemiczne są szczególnie przydatne do symulacji zakrzepicy żył korowych, czyli zakrzepicy SSS, w połączeniu z trombiną, co umożliwia szczegółowe badanie lokalnych zmian hemodynamicznych i odpowiedzi mikronaczyniowych13. Model ten można stosować niezależnie tylko do żył korowych i nie nadaje się do wywoływania zakrzepicy w głównych zatokach żylnych. Powstałe uszkodzenie nie ogranicza się ściśle do dotkniętych żył, ponieważ otaczające naczynia mogą być również narażone na działanie światła lub wpływać na dyfuzję reaktywnych form tlenu. Zakrzepica jest wywoływana głównie przez bezpośrednie uszkodzenie śródbłonka, co nie oddaje w pełni patofizjologii spontanicznej zakrzepicy zatoki żylnej.
Środki zakrzepowe lub zastrzyk skrzepów
Bezpośrednie podanie trombiny lub tromboplastyny wewnątrzświatłowej do zatoki żylnej, powodujące szybkie tworzenie skrzepów, charakteryzujące się wyraźnym składem fibryny i płytekkrwi 24,26. Wstrzyknięcie zawiesiny kaolino-cefaliny do SSS również wywołuje powstawanie zakrzepicy u szczurów i królików27,28. Jednak wstrzykiwanie środków trombogenicznych rzadko stosuje się samodzielnie i częściej łączy się z innymi metodami, takimi jak ligacja, aplikacja FeCl₃ czy zakrzepicafotochemiczna 13,23,27. Iniekcje autologiczne lub wstępnie uformowane skrzepów mogą być również stosowane u myszy i świń15,29. W tym podejściu przygotowane skrzepy są wprowadzane bezpośrednio do lumenu zatoki, generując zakrzepy bardzo przypominające naturalnie powstałe skrzepy z obszarami bogatymi w erytrocyty i fibrynę29. Następnie podwiązano obustronną poprzeczną żyłę zatokową lub żyłę szyjną. Środki zakrzepowe lub zastrzyki skrzepów są szczególnie odpowiednie do oceny terapii trombolitycznej, ponieważ wielkość, skład i lokalizacja skrzepów mogą być standaryzowane. Ograniczenia obejmują ryzyko dystansowej embolizacji oraz trudności techniczne w precyzyjnym umieszczeniu skrzepu.
Urządzenia wszczepialne
Modele szczurów oparte na implantach stanowią ważną, lecz wcześniej niedocenianą kategorię eksperymentalnych modeli zakrzepicy żylnej. Modele te zazwyczaj wywołują zakrzepicę poprzez założenie implantów wewnątrznaczyniowych, co prowadzi do miejscowych zaburzeń przepływu i powstawania zakrzepów, a nie przez bezpośrednie podwiązanie naczyń czy chemicznie indukowane uszkodzenie śródbłonka. Urządzenia przeznaczone do implantacji lub rozszerzania, w tym plastikowe przeszczepy, pręty silikonowe, cewniki balonowe oraz polimery nadpuszczalne do wody, indukują niedrożność żylną poprzez zajęcie lumenu zatoki i wywieranie mechanicznego efektu masowego 14,16,17,18. Mu i in.16 przedstawili powtarzalny i nieodwracalny model CVST na szczurach, ustanowiony przez włożenie do SSS gumowego urządzenia do puchania wodą. Po wszczepieniu polimer podatny na pęcznienie stopniowo rozszerza się w lumencie zatoki, symulując powolne i postępujące niedrożności żyły. Silikonowy pręt o średnicy 1,2 mm został wprowadzony do SSS aż do zbiegu tylnej krawędzi z zatokami, co powodowało przeszkodę wypływu żylnego17. Podobnie, w SSS umieszczono plastikowy przeszczep składający się z stożkowego przedniego segmentu o maksymalnej średnicy 0,12 cm oraz stopniowo zwężającego się i spłaszczonego tylnego segmentu o szerokości 0,2 cm i długości 0,1 cm, aby wywołać przeszkodę żylną18. Balonowe cewniki można umieścić i napompować w zatokach żylnych, aby wywołać tymczasowe lub stopniowo nasilające się zwężenie luminalne. Często stosuje się je w połączeniu z trombiną lub innymi czynnikami protrombotycznymi, aby wspierać powstawanie zakrzepów w modelach świń i psów14,30. Takie modele oparte na implantach należy odróżnić od tradycyjnych modeli ligacyjnych lub indukowanych FeCl3, ponieważ ich mechanizmy trombogenezy i implikacje translacyjne znacznie się różnią.
Rozważania dotyczące gatunku
Modele myszy
U myszy modele CVST powstają głównie w zatoce strzałkowej górnej (SSS), choć mogą być również dotknięte żyły korowe. Dostępnych jest kilka metod indukcji. Uszkodzenie fotochemiczne przy Rose Bengal i zielonym świetle indukuje zakrzepy wzbogacone w płytki krwi w SSS lub żyłach powierzchownych, zapewniając precyzyjną regulację przestrzenną i częściową odwracalność31. Zastosowanie FeCl3 powoduje utleniające uszkodzenie śródbłonka wzdłuż ściany zatoki, co powoduje stałe i powtarzalne zakrzepy32,33. Alternatywnie, wstrzyknięcie przygotowanych skrzepów do SSS szybko powoduje zatory śródświatłonowe29. Kluczową zaletą modelu myszy jest jego manipulacja genetyczna oraz szeroki dostęp szczepów nokautowych, co ułatwia szczegółowe badania procesów układowych i zapalnych. Jednak niewielki rozmiar zatok myszy stwarza trudności techniczne, komplikując operację i obrazowanie in vivo.
Modele szczurów
U szczurów CVST zazwyczaj wpływa na SSS, choć mogą być również zaangażowane zatoki poprzeczne. Istnieje wiele strategii indukcji. Miejscowa ekspozycja na FeCl3 na odsłoniętym SSS prowadzi do uszkodzenia śródbłonka i zakrzepicy11. Bezpośrednie wstrzyknięcie środków trombogenicznych do SSS szybko powoduje wzrost trombów bogatych w fibrynę, co pozwala na powtarzalne wyniki34. Częściowa lub całkowita ligacja połączona z podaniami środków zakrzepowych, z lub bez stosowania FeCl₃, indukuje bardziej rozległą niedrożność wielozatokową23,35. Zakrzepica fotochemiczna, samodzielna lub w połączeniu z trombiną, może prowadzić do okluzji SSS 13,36. Ponadto wprowadzenie urządzenia polimerowego do puchnięć wodnego lub plastikowego przeszczepu do SSS może wywołać przedłużoną niedrożność wenozno-wypływową, umożliwiając badanie przewlekłych zaburzeń16,18. Ponadto włożenie i usunięcie pręta silikonowego może doprowadzić do ostrego zatkania i późniejszej reanalizacji SSS17. W porównaniu z myszami, szczury mają większą średnicę zatoki, co poprawia dostępność chirurgiczną i umożliwia szczegółowe obrazowanie, takie jak MRI czy MRV. Jednak ograniczona dostępność narzędzi genetycznych ogranicza badania mechanistyczne.
Modele myszoskoczka
Gerbile zostały również wykorzystane do modelowania CVST, zapewniając uzupełniającą platformę dla małych zwierząt. W tych modelach staza jest zazwyczaj indukowana przez ligację tylnego segmentu SSS22,37. U zwierząt z mniejszą liczbą żył mostkowych okluzja SSS skutkowała wyraźnym spadkiem regionalnego przepływu krwi w mózgu oraz nasycenia tlenem hemoglobiną, podczas gdy osoby z większą liczbą żył mostkowych utrzymywały stosunkowo lepszy przepływ krwi22. Wyniki te sugerują, że międzyindywidualne różnice anatomiczne mogą znacząco wpływać na hemodynamikę mózgu, potencjalnie zmniejszając powtarzalność i stabilność wyników eksperymentalnych w tym modelu.
Modele królików
Modele CVST królika zazwyczaj obejmują zatokę poprzeczną, choć czasami celuje się w zatokę esicową. Metody indukcji obejmują zastosowanie FeCl3 do ściany zatoki, co powoduje lokalne zaburzenia śródbłonka i powstawanie skrzepów, a także bezpośrednie wstrzyknięcie trombiny lub zawiesiny kaolino-cefaliny do lumenu24,28. Większy poziom żylny u królików w porównaniu z gryzoniami wspiera interwencje wewnątrznaczyniowe i podawanie leków, co czyni je odpowiednimi do oceny terapii antykoagulantowej i trombolitycznej. Jednak brak narzędzi do modyfikacji genetycznych oraz ograniczona przydatność do badań behawioralnych lub neurologicznych ograniczają ich szersze zastosowanie.
Modele kotów
Koty były czasami wykorzystywane jako średniej wielkości modele zwierzęce do badania patofizjologicznych skutków CVST. Do tej pory tylko jedno badanie ustanowiło model zawału żylnego mózgu poprzez mikrochirurgiczne podwiązywanie tylnej części SSS u kotów. W tym modelu zatkanie tylnego SSS spowodowało istotne i powtarzalne zmniejszenie regionalnego przepływu krwi w mózgu, wpływając na około 45% mózgu, a badanie histologiczne wykazało podostry zawał żylny, powtarzając tym samym kluczowe cechy upośledzonego drenażu żylnego obserwowane u pacjentów z ciężkim CVST21. Jednak takie podejście stanowi mechaniczną przeszkodę, a nie spontaniczne powstawanie zakrzepów, co ogranicza jego przydatność do badań nad trombogenezą lub trombolizą. Zmiany w żyłach mostkowych mogą również podważać powtarzalność i stabilność tego modelu.
Modele świń
U świń modele CVST zazwyczaj celują w SSS, a czasem także w żyłę szyjnąwewnętrzną 38. Zaproponowano kilka metod indukcji, w tym napompowanie cewników balonowych połączone z endowaskularnym podawaniem trombiny, tromboplastyny lub klejufibrynowego 14,26,30,39, a także podejście kombinowane polegające na autologicznym wstrzyknięciu skrzepów do SSS i podwiązaniu obustronnej zatoki poprzecznej 15. Świnie wykazują strukturę żylną i hemodynamikę bardzo przypominającą ludzkie, co czyni je idealnymi do weryfikacji metod obrazowania, testowania urządzeń medycznych oraz oceny translacyjnych interwencji farmakologicznych. Jednak wysokie koszty operacyjne, intensywne wymagania peroperacyjne oraz ograniczona dostępność ograniczają ich szerokie zastosowanie.
Modele psie
U psów zakrzepica SSS była indukowana za pomocą cewników balonowych o podwójnym lumenie wprowadzonych przez każdą żyłę szyjną wewnętrzną i umieszczonych w miejscu torcular Herophili. Napompowanie balonów powodowało stazę żylną, co dodatkowo wspierało wstrzyknięcie trombiny wewnątrzświatłowej, prowadząc do powstawania zakrzepów, które można było zobaczyć za pomocą CT40.
Modele naczelnych nieludzkich
Chociaż naczelne nieludzkie wykazują niezwykłe podobieństwo anatomiczne do ludzi w strukturach żylnych mózgu, ograniczenia etyczne znacznie utrudniają rozwój modelu, a do tej pory nie zgłoszono żadnego modelu CVST u naczelnych niebędących ludźmi41. Naukowcy powinni starannie rozważyć wykonalność, w tym wysokie koszty eksperymentalne i ograniczoną dostępność naczelnych niebędących ludźmi, etyczne zatwierdzenie oraz naukowe uzasadnienie przy rozważaniu modeli naczelnych nieludzkich.
Klasyfikacje modeli
Modele odwracalne a nieodwracalne
Eksperymentalne modele CVST klasyfikuje się na odwracalne lub nieodwracalne, w zależności od tego, czy okluzja zakrzepa może być naturalnie lub mechanicznie złagodzona. Modele odwracalne umożliwiają kontrolowaną przywracanie przepływu krwi, co czyni je idealnymi do badania redukcji zakrzepów, fibrynolizy oraz reperfuzji terapeutycznej. Zakrzeple indukowane FeCl₃ wykazały częściową spontaniczną reanalizację do dnia7-11. Tromby wywołane przez środki zakrzepowe, takie jak tromboplastyna, wykazały spontaniczną reanalizację, z wskaźnikiem reanalizacji 40% po 4 tygodniach34. Chociaż deficyty neurologiczne wykazały poprawę do 7. dnia, nadal nie wiadomo, czy okluzja zatok ulega spontanicznej reanalizacji w fotochemicznie indukowanym modeluCVST 13. Ponieważ wykazano, że zakrzepica fotochemiczna spontanicznie reanalizuje tętnice środkowe w tętnicach mózgowych, podobny proces odwracalny może potencjalnie wystąpić w modelu CVST, choć nie zostało to jeszcze potwierdzoneeksperymentalnie 42. Dodatkowo, implantowalny pręt silikonowy i plastikowy przeszczep można pozostawić w SSS, aby wygenerować model nieodwracalny, lub usunąć, tworząc model odwracalny. Te odwracalne modele są cenne do badania czasu i skuteczności terapii antykoagulantowej i trombolitycznej, ponieważ umożliwiają obserwację spontanicznej lub indukowanej reanalizacji.
Natomiast modele nieodwracalne wywołują trwałe ztykanie zatok żylnych przy minimalnej lub żadnej spontanicznej reanalizacji, co czyni je szczególnie odpowiednimi do badania niedrożności zakrzepowowej na końcowym etapie, uszkodzeń tkanek wtórnych oraz długotrwałych następstw. Typowe przykłady to trwałe podwiązanie, samodzielnie lub w połączeniu z trombiną i FeCl323. Zastosowanie FeCl₃ w połączeniu z iniekcją trombiny również wykazało wyraźny spadek tempa reanalizacji24. Dodatkowo niedrożność wywołana wstrzykiwaniem skrzepów lub cewnikami balonowych w połączeniu z trombiną jest zazwyczaj uznawana za nieodwracalną, ponieważ w ciągu pierwszych 7 dni14,29 nie zaobserwowano spontanicznej reanalizacji. Guma nadwyrężająca się wodą również powoduje nieodwracalną okluzję w tym okresie16. Należy jednak zauważyć, że nieodwracalność tych zasłon nie została jeszcze potwierdzona na dłuższy okres czasu. Te podejścia generują stabilne, przylegające zakrzepice, które utrzymują się przez dłuższy czas, stanowiąc niezawodną platformę do badania przewlekłego zatkania żył, zawału oraz późniejszych neuropatologicznych zmian. Chociaż te nieodwracalne modele są bardzo wartościowe do oceny długoterminowych skutków patofizjologicznych niedrożności żylnej, są mniej odpowiednie do badań skupiających się na spontanicznej reanalizacji, fibrynolizie lub krótkoterminowych interwencjach trombolitowych, ponieważ zakrzepy są zaprojektowane tak, aby pozostawały w dużej mierze trwałe. Ogólna odwracalność tych modeli została zilustrowana na Rysunku 2.
Modele łagodne a ciężkie
Eksperymentalne modele CVST można również klasyfikować według nasilenia obciążenia zakrzepowego oraz stopnia uszkodzenia przydzielającego. Łagodne modele, takie jak zakrzepica fotochemiczna, zastrzyk skrzepu, pręcik silikonowy, przeszczep plastikowy lub lokalizowane zastosowanie FeCl3 , powodują ograniczone zatkanie żylne i minimalne uszkodzenie mięścia. Modele te są szczególnie przydatne do badania subtelnych odpowiedzi zapalnych, wczesnych zmian mikronaczyniowych lub kompensacyjnych adaptacji hemodynamicznych bez wywoływania poważnych deficytów neurologicznych czy wysokiej śmiertelności.
Natomiast modele ciężkie obejmują zakrzepicę wielozatokową i bardziej rozległą okluzję żylną, które często uzyskuje się poprzez kombinację napompowania cewnika balonowego i wstrzyku trombiny, pełnej ligacji połączonej z iniekcją trombiny, zakrzepicy fotochemicznej z iniekcją z trombiny lub częściowej ligacji połączonej z iniekcją z trombiny i zastosowaniem FeCl₃ 13,14,23,35. Te podejścia prowadzą do rozległego zawału żylnego, obrzęku mózgu, napadów padaczkowych oraz wyższej śmiertelności, zapewniając solidną podstawę do badania patofizjologii przemian krwotocznych, ciężkich urazów mózgu oraz agresywnych interwencji terapeutycznych. Najnowsze badania na szczurach wykazały, że takie połączone modele konsekwentnie reprodukują ciężkie fenotypy, co czyni je bardzo cennymi do badań translacyjnych wysokoryzykownych CVST oraz do testowania nowych terapii antykoagulantowych lub trombolitycznej. Ogólna skala tych modeli została zilustrowana na Rysunku 3.
Walidacja modelu zwierzęcego CVST
Skuteczność modeli zwierzęcych CVST jest przede wszystkim oceniana w dwóch komplementarnych dziedzinach: przepływie żylnym mózgu oraz uszkodzeniach mięścia. Kompleksowa ocena przepływu żylnego i zmian w miazgocie miażdżowniczych zapewnia, że modele CVST wiernie oddają hemodynamiczne i tkankowe cechy chorób ludzkich, zapewniając solidne podstawy do walidacji modeli i badań translacyjnych.
Ocena przepływu przez zatokę żylną
Potwierdzenie zamknięcia zatok oraz ilościowe określenie zmian w hemodynamice żylnej mózgu są niezbędne dla oceny skuteczności modelu. Nieinwazyjne metody obrazowania, takie jak wenografia rezonansu magnetycznego (MRV) czy mikrotomografia komputerowa (CT) u gryzoni, umożliwiają bezpośrednią wizualizację obecności zakrzepu i przepływu resztkowego43,44. Laserowe obrazowanie z kontrastem plamkowym (LSCI) zapewnia w czasie rzeczywistym, wysokorozdzielczą ocenę względnej perfuzji krwi w obszarach kory SSS i przyzasinusowej, umożliwiając dynamiczne monitorowanie zmian przepływu żylnego45. Ultrasonografia Dopplera umożliwia in vivo ocenę wielkości zakrzepa oraz prędkości przepływu krwi w obrębie resztkowego lumenu SSS46. Razem te metody określają zakres, kompletność i stabilność wywołanych zakrzepic. Skuteczne opracowanie modelu CVST wymaga bezpośrednich dowodów na zatkanie zatoki, charakteryzujące się defektami wypełnienia luminalnego, przerwaniem przepływu żylnego lub histopisologicznymi dowodami na powstawanie zakrzepów wewnątrzświatłowych.
Ocena uszkodzenia mięściaszka mózgu
CVST często prowadzi do wtórnego uszkodzenia przyduszkowca z powodu zatkania żylnego, niedokrwienia i przemiany krwotocznej. Rezonans magnetyczny (MRI) umożliwia in vivo wykrywanie obrzęków, zawałów i krwotoków, podczas gdy techniki histopatologiczne, takie jak barwienie hematoksyliny i eozyny (H&E), barwienie 2,3,5-tryfenylotrazolu chlorku (TTC) oraz immunohistochemia markerów neuronalnych lub neuroglialnych pozwalają na szczegółową ocenę uszkodzeń tkanek 11,43,45. Analizy ilościowe, w tym pomiary objętości zawału lub krwotoczności oraz utraty neuronów, dodatkowo określają zakres urazu. Ocena integralności bariery krew-mózg może być przeprowadzona za pomocą ekstravazacji niebieskiego Evansa, natomiast obrzęk mózgu na podstawie zawartości wody w mózgu24,35. Testy behawioralne, takie jak wynik neurologiczny, test na otwartym polu, test równoważni oraz rotarod dostarczają dowodów na zaburzenia neurologiczne, kompromis miększaniamięściowego 35,45. Uszkodzenie przyzębia mózgu stanowi dalszy skutek CVST i dlatego jest uznawane za opcjonalne przy tworzeniu modelu.
Modele gryzoni oferują doskonałą podatność genetyczną i są dobrze nadane do mechanistycznych badań dróg odpornościowych i zapalnych47. Jednak ich małe struktury żylne stanowią wyzwanie dla precyzyjnej manipulacji chirurgicznej i oceny hemodynamicznej. Większe gatunki, takie jak psy i świnie, zapewniają bardziej dostępną anatomię żylną, umożliwiając indukcję zakrzepicy w wielu zatokach żylnych, a także szczegółową ocenę hemodynamiczną i badania farmakologiczne15. Niemniej jednak złożoność logistyczna, wysokie koszty oraz ograniczona dostępność narzędzi genetycznych utrudniają ich powszechne stosowanie. Chociaż naczelne niebędące ludźmi bardziej przypominają ludzi pod względem fizjologii i zachowania, pozostają w dużej mierze niewykorzystane z powodu braku powtarzalnych modeli. Brak standaryzowanych modeli naczelnych nieludzkich ogranicza badania nad złożonymi interakcjami hemodynamicznymi i interwencjami opartymi na urządzeniach, które można bezpośrednio przełożyć na ludzkie CVST. Opracowanie powtarzalnych modeli u większych gatunków pomogłoby zniwelować tę lukę i znacząco zwiększyć translacyjne znaczenie badań przedklinicznych. Należy brać pod uwagę obciążenie zwierząt w różnych gatunkach, ponieważ mniejsze zwierzęta mają niższe obciążenie fizjologiczne, ale bardzo małe struktury żylne, podczas gdy większe zwierzęta doświadczają wyższego obciążenia fizjologicznego i większej złożoności chirurgicznej mimo większej struktury żylnej.
Modele odwracalne nadają się do badania mechanizmów fazy ostrej, rozdzielczości zakrzepów oraz skuteczności leków, natomiast modele nieodwracalne są bardziej odpowiednie do badania dalszych procesów patofizjologicznych po CVT w fazie ostrej lub przewlekłej, ponieważ symulują stopniową lub utrzymującą się niedrożność żylną. Nasilenie zakrzepicy wpływa również na użyteczność modelu: łagodne modele wywołują częściowe lub całkowite zatykanie zatok przy subtelnym uszkodzeniu przymioskryzowym, natomiast ciężkie modele prowadzą do rozległego zawału mięźmiowiowego i obrzęku. Razem modele te stanowią kompleksowe ramy do badania ewolucji czasowej i mechanizmów patofizjologicznych CVST, a także do oceny ukierunkowanych interwencji terapeutycznych. Przy wyborze modelu CVST i projektowaniu eksperymentów powinny kierować kwestie etyczne i dobrostan zwierząt. Nasilenie modelu, w tym zakres zatkania żylnego, wtórne uszkodzenie przyduszkowca oraz deficyty neurologiczne, powinno być z góry zdefiniowane, aby zminimalizować cierpienie zwierząt. Naukowcy powinni również uwzględniać humanitarne punkty końcowe i priorytetowo traktować najmniej poważny, prawidłowy model zgodny z pytaniem naukowym, aby uniknąć nadmiernych urazów. Integracja tych zabezpieczeń etycznych z rozwojem modelu zwiększa rzetelność naukową i znaczenie translacyjne.
Modele o wysokiej wartości translacyjnej obejmują modele dużych zwierząt wykorzystujące cewniki balonowe połączone z środkami zakrzepowe oraz modele zastrzyków skrzepów u gryzoni, ponieważ generują one wewnątrzświatłowe zakrzepy bogate w fibrynę-erytrocyty, umożliwiają walidację obrazową oraz umożliwiają testowanie terapii farmakologicznych. Modele wartości translacyjnej o umiarkowanych wartościach obejmują modele indukowane FeCl3 oraz fotochemiczne, które są powtarzalne i użyteczne dla mechanizmów dalszych i badań przesiewowych, ale opierają się na sztucznym uszkodzeniu śródbłonka. Modele o niskiej wartości translacyjnej obejmują podejścia oparte na trwałej ligacji, które nadmiernie podkreślają stazę żylną i dlatego są zniechęcane do badań etiologii, przeciwzakrzepów lub trombolizy.
Wszystkie te modele można zastosować w badaniach skupiających się na późniejszych skutkach patofizjologicznych CVST. Badania nad trombolizą powinny preferencyjnie wykorzystywać modele zastrzyków skrzepów lub cewniki balonowe w połączeniu z substancjami trombogenicznymi, a także unikać trwałej ligacji, zakładania pręcików silikonowych i przeszczepów plastikowych. Badania mechanistyczne skupione na zapaleniu, uszkodzeniu śródbłonka lub reanalizacji mogą wykorzystywać modele indukowane FeCl3 lub oparte na fotochemii. Modele gumowe z napęczniającym wodą są szczególnie odpowiednie do badania powoli postępujących form CVST, ponieważ stopniowe rozszerzanie implantu w zatoce żylnej naśladuje postępujące zwężenie światła i opóźnioną niedrożność wypływu żylną. Walidacja urządzeń wewnątrznaczyniowych oraz badania obrazowania translacyjnego powinny priorytetowo traktować modele świń z użyciem cewników balonowych w połączeniu z substancjami zakrzepowemi. Tabela 1 podsumowuje zalecane zastosowania dla najczęściej stosowanych technik indukcji.
Modele indukowane FeCl3, modele zastrzyków skrzepów, podwiązywanie w połączeniu z lekami trombogenicznymi oraz wkładanie pręcików silikonowych są zazwyczaj bardzo wykonalne w rutynowych warunkach laboratoryjnych. Natomiast modele fotochemiczne i cewniki balonowe w połączeniu z substancjami trombogenicznymi są bardziej zależne od specjalistycznego sprzętu i infrastruktury technicznej. Fotochemiczna indukcja CVST wymaga stabilnego źródła światła o określonej długości fali, precyzyjnych optycznych systemów skupienia i pozycjonowania oraz kontrolowanego podawania środków fotouczulających, co sprawia, że podejście to jest w dużej mierze zależne od specjalistycznego sprzętu optycznego i wiedzy technicznej. Podobnie, modele oparte na cewnikach balonowych wymagają aparatury endowaskularnej i fluoroskopowej kontroli do dokładnego umieszczenia cewnika oraz zaawansowanych umiejętności operatora w manipulacji wewnątrznaczyniowej, co ogranicza ich wykonalność do laboratoriów dysponujących dedykowanym zapleczem interwencyjnym i wiedzą. Wykonalność tych metod indukcji przedstawiono w Tabeli 1.
Powtarzalność znacznie różni się w zależności od modeli CVST. Modele oparte wyłącznie na ligacji wykazują niską powtarzalność, głównie z powodu zmienności anatomicznej w drenażu żylnym i krążeniu bocznym. Balonowy cewnik w połączeniu z substancjami trombogenicznymi wykazuje umiarkowaną powtarzalność, ponieważ wyniki proceduralne są silnie zależne od operatora, a modele fotochemiczne są podobnie czułe na odległość oświetlenia i precyzję celowania. Dla porównania, modele indukowane FeCl3, modele zastrzyków skrzepów oraz wszczepienie pręcików silikonowych zazwyczaj wykazują wysoką powtarzalność przy stosowaniu standardowych protokołów. Powtarzalność tych metod indukcji jest podsumowana w Tabeli 1.
Jednak wciąż istnieje kilka ograniczeń, które ograniczają kliniczną istotność obecnych podejść. Obecne techniki indukcji niezawodnie prowadzą do zatkania żylnego, ale rzadko oddają złożone, wieloczynnikowe etiologie obserwowane u ludzkiego CVST, takie jak trombofilia genetyczna, stan zapalny ogólnoustrojowy, infekcje, choroby autoimmunologiczne czy ucisk żylny. W związku z tym większość modeli odzwierciedla przede wszystkim dalsze skutki powstawania zakrzepów, a nie początkowe zdarzenia patologiczne. To ograniczenie ogranicza ich zdolność do pełnego powtórzenia mechanizmów chorobowych19.
Opracowanie modeli specyficznych dla etiologii stanowi ważny kierunek na przyszłość. Techniki takie jak zastrzyk trombiny lub skrzepu, aplikacja FeCl3 oraz uszkodzenia fotochemiczne generują zakrzepy o powtarzalnej wielkości i składzie, ale nie odzwierciedlają czynników ryzyka ani stanów ogólnoustrojowych istotnych dla pacjenta. Uwzględnienie takich czynników jak stany hiperkrzepliwości, bodźce zapalne, wpływy hormonalne czy schorzenia wieloczynnikowe mogą znacząco zwiększyć kliniczną istotność modeli przedklinicznych, ułatwiając ukierunkowane badania terapeutyczne. Pomimo tych ograniczeń, istniejące modele pozostają kluczowe do oceny terapii farmakologicznych, takich jak leki przeciwzakrzepowe i trombolityczne, oraz do weryfikacji technik obrazowania i urządzeń interwencyjnych. Przyszłe badania powinny integrować genetyczne i systemowe czynniki ryzyka, metody indukcji multimodalnej oraz zaawansowane techniki obrazowania, aby dokładniej modelować ludzką patofizjologię CVST, zwiększając tym samym potencjał translacyjny i wspierając rozwój ukierunkowanych, opartych na mechanizmach terapii.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Skuteczne opracowanie modeli CVST definiuje bezpośrednie dowody na okluzję zatok, przy czym zmiany miąższowe są uznawane za opcjonalne. Zakrzepica wywołana metodami FeCl₃ lub fotochemiczną jest zazwyczaj odwracalna, podczas gdy modele oparte na trwałej ligacji, autologicznym wstrzyknięciu skrzepu, cewniku balonowym w połączeniu z trombiną lub gumie nadwyrężnej wodą zazwyczaj prowadzą do nieodwracalnej okluzji. Większość modeli wywołuje łagodną patologię, podczas gdy ciężkie fenotypy zwykle wymagają wspólnych interwencji,...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają żadnych konfliktów interesów do zgłoszenia.
Prace te były wspierane przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (82401527).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie