Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Två-fartyget ocklusion musmodell av Cerebral ischemi-reperfusion

Published: March 1, 2019 doi: 10.3791/59078
* These authors contributed equally

Summary

En musmodell av cerebral ischemi-reperfusion är etablerad för att undersöka patofysiologin av stroke. Vi distalt ligera av just mitten cerebral artär och höger gemensamma halspulsådern och återställa blodflödet efter 10 eller 40 min av ischemi.

Abstract

I denna studie är en mellersta cerebral artär (MCA) ocklusion musmodell anställd att studera cerebral ischemi-reperfusion. En reproducerbar och tillförlitlig musmodellen är användbar för att undersöka patofysiologin av cerebral ischemi-reperfusion och att fastställa potentiella terapeutiska strategier för patienter med stroke. Variationer i anatomi av kretsen av Willis i C57BL/6 möss påverkar deras infarct volym efter cerebral ischemi-inducerad skada. Studier har visat att distala MCA ocklusion (MCAO) kan lösa detta problem och resultera i en stabil infarct storlek. I denna studie upprättar vi en två-fartyget ocklusion musmodell cerebral ischemi-reperfusion genom avbrott av blodflödet till rätt MCA. Vi distalt ligera av rätt MCA och höger gemensamma halspulsådern (CCA) och återställa blodflödet efter en viss ischemi. Denna ischemi-reperfusionsskada inducerar en infarkt av stabila storlek och beteendemässiga underskott. Perifera immunceller infiltrera ischemisk hjärnan inom perioden 24 h infiltration. Neuronala förlusten i området kortikala är dessutom mindre för en längre reperfusion varaktighet. Därför passar denna två-fartyget ocklusion modell för undersöker immunsvar och neuronala återhämtning under de reperfusion efter cerebral ischemi.

Introduction

Cerebral ischemi-reperfusion musmodell är en av de mest använda experimentella metoderna för utredning av patofysiologin av ischemi-inducerad hjärnan skada1. Eftersom cerebral ischemi-reperfusion aktiverar perifera immunsystemet, perifer immunceller nästla sig in ischemisk hjärnan och orsaka nervcellskador2. Att förstå patofysiologin av stroke krävs således en tillförlitliga och reproducerbara musmodell som härmar cerebral ischemi-reperfusion.

C57BL/6J (B6) möss är den vanligaste stammen i stroke experiment eftersom de lätt kan vara genetiskt manipulerade. Två vanliga modeller MCAO/reperfusion som efterliknar villkora av cerebral ischemi-reperfusion finns. Först är den intraluminal glödtråd modellen av proximala MCAO, där en silicon-belagd glödtråden är anställd till intravaskulärt Täpp blodflödet i MCA; ockluderande glödtråden tas därefter bort om du vill återställa blod flöde3. En kort ocklusion varaktighet resulterar i en lesion i subkortikala regionen, medan en längre ocklusion varaktighet orsakar infarcts i områdena kortikala och subkortikala. Den andra modellen är den ligering av distala MCAO, som innebär extravaskulär ligering av MCA och CCA att minska blodflödet genom MCA, varefter blodflödet återställs genom avlägsnandet av suturen och aneurysm klipp4. I denna modell, en infarkt orsakas i kortikala områden, och dödligheten är låg. Eftersom ligering av MCAO/reperfusion modell kräver craniectomy att exponera platsen av distala MCA, webbplatsen kan bekräftas enkelt och undersöka om blodflödet i distala MCA störs under förfarandet är enkelt.

B6 möss uppvisar betydande variationer i anatomi av deras kretsen av Willis; Detta kan påverka infarct volymen efter cerebral ischemi-reperfusion5,6,7. För närvarande kan detta problem övervinnas genom ligering av den distala MCA8. I denna studie fastställa vi en metod för occluding MCA blodflödet och aktivera reperfusion efter en förutbestämt period av ischemi. Två-fartyget ocklusion av cerebral ischemi-reperfusion modellen inducerar övergående ischemi av MCA territorium genom ligering av just distala MCA och rätt CCA, med blodflödet återställs efter en viss ischemi. Denna MCAO/reperfusion modell inducerar en infarkt av stabila storlek, en huvuddelen av hjärnan-infiltrera immunceller i ischemisk hjärnan och beteendemässiga underskott efter cerebral ischemi – reperfusion4.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Den institutionella djurens vård och användning av kommittéer Academia Sinica och Taipei Medical University godkände detta protokoll för användning av försöksdjur.

1. MCAO/reperfusion modell

  1. Ge mössen med fri tillgång till vatten och chow fram till operationen.
  2. Autoklav den kirurgiska verktyg och sanera kirurgi bordet och utrustning som använder 70% etanol. Bära en kirurgisk mask och sterila handskar. Använd en torr pärla sterilizer för att omsterilisera de kirurgiska verktyg om flera mus operationer kommer att utföras i ett experiment.
  3. Söva ett 8 - till 12-vecka-gammal mus (massa: 25 – 30 g) med hjälp av 0,8% chloral hydrat, via en intraperitoneal injektion. Kontrollera sövda musen inte har en pedal reflex (som testats med hjälp av en fast tå nypa) efter anesthetization.
  4. Använda vet salva för att förhindra torra ögon för musen medan det är under narkos.
  5. Använda en icke-invasiv blodtryck system för att övervaka musens blodtryck.
  6. Använda ett fysiologiska övervakningssystem för att övervaka dess rektaltemperatur och arteriella blodgaser. Upprätthålla kroppstemperaturen på 36,5 ± 0,5 ° C.
  7. Subkutant injicera musen med en Profylaktisk antibiotika (25 mg/kg cefazolin)8.
  8. Placera musen i ryggläge på en värmedyna.
  9. Använda elektriska hårklippningsmaskiner för att exponera huden genom rakning musens päls på ventrala hals-regionen, liksom i regionen mellan höger öga och öra.
  10. Använd epilering cream att rensa päls från musens kropp och desinfektera operationsområdet alternerande scrbus med povidione-jod och 70% etanol.
  11. Använd iris sax för att klippa en 1 cm långa mittlinjen snitt i halsen.
  12. Använd iris pincett att noggrant dissekera CCA fri från vagus nerver utan att orsaka fysisk skada.
  13. Använd 5-0 silk suturer för att isolera CCA.
  14. Göra en 0.3 cm snitt i hårbotten vid mittpunkten mellan höger öga och öra.
  15. Använd microscissors att skära temporalis muskeln för att exponera den zygomatic och squamosal ben.
  16. I stereo dissekera Mikroskop, Använd en microdrill att skapa ett 2 mm diameter hål direkt över högra distala MCA.
  17. Ligera stammen av högra distala MCA använder en 10-0 sutur.
  18. Täpp högra CCA använder ett nontraumatic aneurysm klipp.
  19. Efter antingen 10 eller 40 min av ischemi, bort aneurysm klipp och sutur att återställa blodflödet till MCA och CCA.
  20. Använd en sutur klipp för att täta huden snittet på huvudet.
  21. Försegla de cervikala hud snitt med en enstaka sutur följt av utgående halsskinn med sutur eller krampa9.
  22. Subkutant injicera buprenorfin (0,1 mg/kg) för smärta lättnad9.
  23. Upprätthålla musens kroppstemperatur 36,5 ± 0,5 ° C på värmedyna tills det har återhämtat sig helt från anestesi. Returnera inte djuret som har genomgått operation för att företaget av andra djur tills det har återhämtat sig helt. Lämna inte djuret utan uppsikt tills det återfår tillräcklig medvetandet.
  24. Placera musen i Ånghärdad buren så att det fritt kan få tillgång till vatten och chow efter det har återhämtat sig helt.

2. färgning med 2,3,5-triphenyltetrazolium klorid

  1. Söva musen med 0,8% chloral hydrat via en intraperitoneal injektion.
  2. Använd sax för att halshugga djuret.
  3. Exponera skallen med iris sax göra ett snitt i huden på huvudet.
  4. Använd löpande sax för att klippa den främre pannbenet.
  5. Använd iris sax för att klippa skallen längs sagittal suturen.
  6. Använd en ben rongeur att skjuta undan de frontal och parietala ben och exponera hjärnan.
  7. Använd iris pincett för att dissekera hjärnan.
  8. Använd en mus hjärnan matris och rakblad för att få 2 mm koronalt skivor.
  9. Fläcken hjärnan skivor under 10 minuter vid 37 ° C med 2% 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) 1 x fosfatbuffrad koksaltlösning.
  10. Skölj hjärnan 2 x med 10% formalin.
  11. Fixa hjärnan i 10% formalin i rumstemperatur i 24 h.

3. mätning av infarkt storlek

  1. Ordna avsnitten om en ren plast slide och orientera i avsnitt från rostralt till stjärtfenan.
  2. Skanna bilden med hjälp av en skanner. Placera en metrisk linjal och kontrollera att den är synlig i den skannade bilden. Vänds bilden och skanna baksidan.
  3. Beräkna området infarkt i varje avsnitt med ImageJ programvara.
    1. Öppna bildfilen och ställa in skalan för bilden.
    2. Använda freehand urval för att välja området infarct.
    3. Använd regionerna av intresse (ROI) manager för att mäta området av intresse.
  4. Summera de infarkt områdena för varje avsnitt och multiplicera resultatet med snittjockleken att uppskatta den totala infarkt.

4. statistisk analys

  1. Använda GraphPad Prism 6 för att bestämma den statistiska signifikans med Student's t-test.
    Obs: Felstaplar på bar grafer representerar standardfel för medelvärdet (SEMs).
  2. Använd G * Power 3.1 beräkna lämplig urvalets storlek och utföra en power analys10.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Proceduren MCAO/reperfusion produceras en kortikal infarct i närheten av rätt MCA och orsakade en beteendevetenskaplig underskott. Olika grader av ischemi-inducerad infarct volym (figur 1AB) och neuronala förlust (figur 1 cD) skapades i hjärnbarken av rätt MCA område genom en ökning av ligering varaktighet. Denna MCAO/reperfusionsskada minskade djurets rörelseaktivitet på 48 h efter MCAO/reperfusion (figur 2). En huvuddelen av perifera immunceller (CD45hög celler) infiltrerat också ischemisk hjärnan (ipsilaterala halvklot) efter cerebral ischemi-reperfusion (figur 3). Dessutom vi jämförde denna två-fartyget ocklusion modell med den MCAO modellen och fann att infarct volymerna av dessa två modeller inte var signifikant (figur 4). Dödligheten var låg (< 5%) i två-fartyget ocklusion musmodell cerebral ischemi-reperfusion. Vi uteslutit möss från ytterligare analyser om kraftig blödning hade inträffat under operationen. När de kirurgiska ingrepp följdes korrekt, var djur utslagning på grund av kraftig blödning från craniectomy eller MCA mindre än 15%. Ocklusion av höger MCA eller CCA ensam orsaka inte hjärtinfarkt.

Figure 1
Figur 1: Infarct volym och neuronala förlust är positivt korrelerade med längden på fartyget ocklusion. (A), representativa TTC fläckar av hjärnan skivor från möss, 24 h efter MCAO/reperfusion. Varaktigheten av MCAO var 10 eller 40 min. Data som visas är representativa för tre oberoende experiment. (B) kvantifiering av infarct volym. Felstaplar representera SEMs; n = 8; p < 0,05. (C) MAP2 uttryck i B6 hjärnor på 24 h efter MCAO/reperfusion bestämdes med immunohistokemi. MAP2-negativa områden omges av en streckad linje i den representativa bilden av MAP2 färgning av avsnittet hjärnan. (D) kvantifiering av MAP2 negativa området. MAP2-negativ yta (%) = ipsilaterala MAP2-negativa området / kontralaterala hemisfären x 100; n = 3; * p < 0,05.

Figure 2
Figur 2: rörelseaktivitet minskade efter cerebral ischemi-reperfusion. (A) rörelseaktivitet analyserades 48 h efter MCAO/reperfusion. Varaktigheten av MCAO var 40 min. Data registrerades för 60 min i ett öppna-field test. Mösss spårning avstånd analyserades med hjälp av CleverSys TopScan 1.0. Sham kontrollgruppen bestod av möss som hade genomgått operationen utan ocklusion av MCA eller CCA. (B) kvantifiering av avståndet rörd av simulerad och MCAO/reperfusion möss. Uppgifterna presenteras som menar ± SEM; n = 7; p < 0,05. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: perifera immunceller nästla sig in på ischemisk halvklotet efter cerebral ischemi-reperfusion. (A) hjärna-infiltrating immunceller (CD45hög celler) i den ipsilaterala och kontralaterala hemisfären, på 24 h efter MCAO/reperfusion, analyserades av flöde flödescytometri. Isolering av hjärnan-infiltrera immunceller har beskrivits i en tidigare studie4. Varaktigheten av MCAO var 40 min. (B), kvantifiering av hjärnan-infiltrera immunceller i den ipsilaterala och kontralaterala hemisfären, på 24 h efter MCAO/reperfusion. Uppgifterna presenteras som menar ± SEM; n = 4; p < 0,05.

Figure 4
Figur 4: infarct volymen skiljer sig inte mellan MCAO- och MCAO/reperfusion-inducerade skador. (A), representativa TTC fläckar av hjärnan skivor från möss, 24 h efter MCAO. I gruppen MCAO experimentella trunkerades rätt MCA permanent använder ett fartyg cauterizer, medan den högra CCA var övergående sammanskrivna i 40 min. I MCAO/reperfusion (MCAO/Rep) experimentella gruppen var förfaranden som beskrivs i avsnitt 1 i protokollet. Durationen av MCAO var 40 min. (B) kvantifiering av infarct volym. Uppgifterna presenteras som menar ± SEM; n = 7.

Table 1
Tabell 1: jämförelse av infarct volym och variabilitet från olika experiment. Infarct volymen fastställdes på 24 h efter MCAO/reperfusion från tre oberoende experiment. Durationen av MCAO var 40 min. SD = standardavvikelse; n = antal möss används per experiment.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

MCAO/reperfusion musmodell är en djurmodell som allmänt används att efterlikna övergående ischemi hos människor. Denna djurmodell kan tillämpas på transgena och knockout möss stammar att undersöka patofysiologin av stroke. Flera steg i protokollet är särskilt kritisk. (1) microdrill måste användas försiktigt när du skapar ett hål i skallen, med olämpliga åtgärder enkelt orsakar blödning från MCA. (2) MCA bör inte skadas, och blödning måste undvikas före och efter förfarandet för ligering. Skador på MCA påverkar nivån av reperfusion i ischemisk hjärna7. MCA reperfusion status ska kontrolleras efter MCAO. Till ocklusion och restaurering av blodflödet till MCA kan analyseras med hjälp av en laser Doppler. (3) CCA ska inte blöda under CCA isolering. (4) vagusnerven måste inte skadas under CCA isolering eftersom detta kan öka infarct storlek och sannolikheten för dödlighet. (5) kroppstemperaturen hos musen bör bibehållas på 36,5 ± 0,5 ° C. Hypertermi ökar infarct storlek och sannolikheten för dödlighet11. Hypotermi minskar volymen infarct efter cerebral ischemi12.

Betydelsen av denna MCAO/reperfusion modell är att den kan skapa mycket reproducerbara kortikala infarcts och beteendemässiga underskott4. Jämfört med olika MCAO modeller, såsom den hypoxisk ischemisk (H / jag) stroke modell som beskrivs i en tidigare studie8, denna två-fartyget ocklusion modell inducerar en relativt liten variabilitet i infarct volym (variationskoefficienten varierade från 0,11-0,17) (tabell 1). Alternativa stroke modeller, såsom intraluminal glödtråden modellen, kan resultera i en oförutsägbar infarct volym på grund av den osäkra statusen av villkoret ocklusion och reperfusion efter kirurgi13. Jämfört med de tre-fartyget MCAO modell (ligering av rätt MCA och höger och vänster CCAs)14, innebär den föreslagna modellen ligering av endast två fartyg (rätt MCA och rätt CCA) att uppnå cerebral ischemi. Följaktligen, en kortare kirurgi krävs tid än i tre-fartyget MCAO modellen. Den största begränsningen av denna MCAO/reperfusion modell är att den kräver craniectomy att utföra MCA ligering. En studie visade att kraniotomi orsakar transkriptionell förändringar i hjärnan15. Därför krävs en simulerad kontroll att avgöra effekterna av MCAO/reperfusion på genuttryck.

Neuronala förlust i området kortikala är mindre när en längre reperfusion varaktighet är anställd. Studier har visat att området MAP2-negativ är mindre efter 7 dagar reperfusion, jämfört med 2 dagar reperfusion4,16. Denna återhämtning effekt är dock osannolik i en hjärna med ischemi som orsakas av en intraluminal monofilament modell MCAO17,18. Dessutom klarar intraluminal monofilament modellen av MCAO infarct storleken för minst 7 dagar.

B6 möss har omfattande collateralization mellan den främre cerebral artären och MCA19. När vi trunkerade permanent MCA i ischemisk hjärnan, fann vi att infarct volymen inte var signifikant från möss med en reperfused MCA på 24 h efter MCAO (figur 4). Vi föreslår därför att blodflödet från de främre cerebral artär säkerheter kan kompensera för ischemi effekterna av MCA territorium när distala MCA är permanent ockluderas.

I denna studie två-fartyget MCAO/reperfusion modellen skapade en ischemi-reperfusionsskada och orsakade perifera immunceller för att nästla sig in ischemisk hjärnan. Denna modell kan användas för att undersöka samspelet mellan hjärnan och immunsystemet. Dessutom kan det användas för att testa eventuella neuroprotectanter eller droger som modulerar immunsvaret efter cerebral ischemi-reperfusion.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes av ministeriet för vetenskap och teknik, Taiwan (mest 106-2320-B-038-024, mest 105-2221-E-038-007-MY3 och mest 104-2320-B-424-001) och Taipei Medical University Hospital (107TMUH-SP-01). Detta manuskript redigerades av Wallace akademiska redigering.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bone rongeur Diener Friedman
Buprenorphine Sigma B-044
Cefazolin Sigma 1097603
Chloral hydrate Sigma C8383
Dissection microscope Nikon SMZ-745
Electric clippers Petpro
10% formalin Sigma F5304
Germinator dry bead sterilizer Braintree Scientific
Iris Forceps Karl Klappenecker 10 cm
Iris Scissors Diener 9 cm
Iris Scissors STR Karl Klappenecker 11 cm
Microdrill Stoelting FOREEDOM K.1070
Micro-scissors-Vannas HEISS H-4240 blade 7mm, 8 cm
Mouse brain matrix World Precision Instruments
Non-invasive blood pressure system Muromachi MK-2000ST
Operating Scissors STR Karl Klappenecker 14 cm
Physiological Monitoring System Harvard Apparatus
Razor blades Ever-Ready
Stoelting Rodent Warmers Stoelting 53810 Heating pad
Suture clip Stoelting
Tweezers IDEALTEK No.3
Vetbond 3M 15672 Surgical glue
10-0 suture UNIK NT0410
2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride Sigma T8877

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Woodruff, T. M., et al. Pathophysiology, treatment, and animal and cellular models of human ischemic stroke. Molecular Neurodegeneration. 6 (1), 11 (2011).
  2. Chamorro, A., et al. The immunology of acute stroke. Nature Reviews. Neurology. 8 (7), 401-410 (2012).
  3. Engel, O., Kolodziej, S., Dirnagl, U., Prinz, V. Modeling stroke in mice - Middle cerebral artery occlusion with the filament model. Journal of Visualized Experiments. (47), e2423 (2011).
  4. Lee, G. A., et al. Interleukin 15 blockade protects the brain from cerebral ischemia-reperfusion injury. Brain, Behavior, and Immunity. 73, 562-570 (2018).
  5. Barone, F. C., Knudsen, D. J., Nelson, A. H., Feuerstein, G. Z., Willette, R. N. Mouse strain differences in susceptibility to cerebral ischemia are related to cerebral vascular anatomy. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism: Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 13 (4), 683-692 (1993).
  6. Kitagawa, K., et al. Cerebral ischemia after bilateral carotid artery occlusion and intraluminal suture occlusion in mice: evaluation of the patency of the posterior communicating artery. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism: Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 18 (5), 570-579 (1998).
  7. Wellons, J. C. 3rd, et al. A comparison of strain-related susceptibility in two murine recovery models of global cerebral ischemia. Brain Research. 868 (1), 14-21 (2000).
  8. Doyle, K. P., Fathali, N., Siddiqui, M. R., Buckwalter, M. S. Distal hypoxic stroke: a new mouse model of stroke with high throughput, low variability and a quantifiable functional deficit. Journal of Neuroscience Methods. 207 (1), 31-40 (2012).
  9. Doyle, K. P., Buckwalter, M. S. A mouse model of permanent focal ischemia: Distal middle cerebral artery occlusion. Methods in Molecular Biology. , 103-110 (2014).
  10. Wayman, C., et al. Performing Permanent Distal Middle Cerebral with Common Carotid Artery Occlusion in Aged Rats to Study Cortical Ischemia with Sustained Disability. Journal Of Visualized Experiments. (108), e53106 (2016).
  11. Noor, R., Wang, C. X., Shuaib, A. Effects of hyperthermia on infarct volume in focal embolic model of cerebral ischemia in rats. Neuroscience Letters. 349 (2), 130-132 (2003).
  12. Florian, B., et al. Long-term hypothermia reduces infarct volume in aged rats after focal ischemia. Neuroscience Letters. 438 (2), 180-185 (2008).
  13. Carmichael, S. T. Rodent models of focal stroke: size, mechanism, and purpose. NeuroRx: The Journal of the American Society for Experimental NeuroTherapeutics. 2 (3), 396-409 (2005).
  14. Lin, T. N., Te, J., Huang, H. C., Chi, S. I., Hsu, C. Y. Prolongation and enhancement of postischemic c-fos expression after fasting. Stroke. 28 (2), 412-418 (1997).
  15. Glazier, S. S., O'Rourke, D. M., Graham, D. I., Welsh, F. A. Induction of ischemic tolerance following brief focal ischemia in rat brain. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism: Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 14 (4), 545-553 (1994).
  16. Tachibana, M., et al. Early Reperfusion After Brain Ischemia Has Beneficial Effects Beyond Rescuing Neurons. Stroke. 48 (8), 2222-2230 (2017).
  17. Gan, Y., et al. Ischemic neurons recruit natural killer cells that accelerate brain infarction. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (7), 2704-2709 (2014).
  18. Li, M., et al. Astrocyte-derived interleukin-15 exacerbates ischemic brain injury via propagation of cellular immunity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (3), E396-E405 (2017).
  19. Wang, S., Zhang, H., Dai, X., Sealock, R., Faber, J. E. Genetic architecture underlying variation in extent and remodeling of the collateral circulation. Circulation Research. 107 (4), (2010).

Tags

Medicin fråga 145 cerebral ischemi-reperfusion mellersta cerebral artärocklusion 2,3,5-triphenyltetrazolium klorid assay öppna fält analys infarct volym ImageJ
Två-fartyget ocklusion musmodell av Cerebral ischemi-reperfusion
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Chen, C. Y., Chen, R. J., Lee, G. A. More

Chen, C. Y., Chen, R. J., Lee, G. A. Two-vessel Occlusion Mouse Model of Cerebral Ischemia-reperfusion. J. Vis. Exp. (145), e59078, doi:10.3791/59078 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter