Summary

Обогащенная фибрином и чувствительная к tPA модель фототромботического инсульта

Published: June 04, 2021
doi:

Summary

Традиционные модели фототромботического инсульта (ПТС) в основном индуцируют плотные агрегаты тромбоцитов с высокой резистентностью к тканевой терапии активатором плазминогена (tPA)-литическим лечением. Здесь модифицированная мышиная модель ПТС вводится путем совместного введения тромбина и фоточувствительного красителя для фотоактивации. Модель ПТС, усиленная тромбином, производит смешанные тромбоцитарно-фибриновые сгустки и обладает высокой чувствительностью к tPA-тромболизису.

Abstract

Идеальная модель тромбоэмболического инсульта требует определенных свойств, в том числе относительно простых хирургических процедур с низкой смертностью, постоянного размера и локализации инфаркта, осаждения тромбоцитов и сгустков крови с примесью тромбоцитов и фибрина, аналогичных таковым у пациентов, и адекватной чувствительности к фибринолитическому лечению. Модель фототромботического инсульта на основе красителя бенгальской розы (RB) отвечает первым двум требованиям, но обладает высокой рефрактерностью к tPA-опосредованному литической терапии, предположительно из-за богатого тромбоцитами, но бедного фибрином состава сгустков. Мы полагаем, что комбинация RB-красителя (50 мг/кг) и субтромботической дозы тромбина (80 ЕД/кг) для фотоактивации, направленной на проксимальную ветвь средней мозговой артерии (МЦА), может приводить к образованию обогащенных фибрином и tPA-чувствительных тромбов. Действительно, модель комбинированного фототромбоза с тромбином и RB (T+RB) вызывала смешанные тромбоцитарно-фибриновые тромбы, как показали иммуноокрашивание и иммуноблоты, и поддерживала постоянные размеры и локализацию инфаркта плюс низкую смертность. Кроме того, внутривенное введение tPA (Alteplase, 10 мг/кг) в течение 2 ч после фотоактивации значительно уменьшало размер инфаркта при фототромбозе T+RB. Таким образом, модель фототромботического инсульта, усиленная тромбином, может быть полезной экспериментальной моделью для тестирования новых методов тромболитической терапии.

Introduction

Эндоваскулярная тромбэктомия и tPA-опосредованный тромболизис являются единственными двумя одобренными Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) методами лечения острого ишемического инсульта, которым ежегоднов Соединенных Штатах страдают ~700 000 пациентов. Поскольку применение тромбэктомии ограничено окклюзией крупных сосудов (LVO), в то время как tPA-тромболизис может облегчить окклюзию мелких сосудов, оба метода лечения острого ишемического инсульта2 являются ценными. Кроме того, комбинация обоих методов лечения (например, начало tPA-тромболизиса в течение 4,5 часов после начала инсульта с последующей тромбэктомией) улучшает реперфузию и функциональные исходы3. Таким образом, оптимизация тромболизиса остается важной целью для исследований инсульта, даже в эпоху тромбэктомии.

Тромбоэмболические модели являются важным инструментом для доклинических исследований инсульта, направленных на улучшение тромболитической терапии. Это связано с тем, что модели механической окклюзии сосудов (например, внутрипросветная окклюзия MCA) не приводят к образованию тромбов, а быстрое восстановление мозгового кровотока после удаления механической окклюзии чрезмерно идеализировано 4,5. На сегодняшний день основные модели тромбоэмболии включают фототромбоз 6,7,8, местное применение хлорида железа (FeCl3)9, микроинъекцию тромбина в ветвь MCA 10,11, инъекцию ex vivo (микро)эмболии в MCA или общую сонную артерию (CCA)12,13,14 и транзиторную гипоксию-ишемию (tHI)15,16, 17,18. Эти модели инсульта различаются по гистологическому составу последующих тромбов и чувствительности к tPA-опосредованной литической терапии (табл. 1). Они также различаются по хирургическому требованию трепанации черепа (необходимой для инъекции тромбина in situ и местного применения FeCl3), постоянству размера и расположения инфаркта (например, CCA-инфузия микроэмболов дает очень разные результаты) и глобальному воздействию на сердечно-сосудистую систему (например, tHI увеличивает частоту сердечных сокращений и сердечный выброс, чтобы компенсировать вызванную гипоксией периферическую вазодилатацию).

Модель фототромботического инсульта (ПТС) на основе красителя RB имеет много привлекательных особенностей, включая простые хирургические процедуры без трепанации черепа, низкую смертность (обычно < 5%) и предсказуемый размер и расположение инфаркта (на территории, поставляющей MCA), но у нее есть два основных ограничения. 8 Первое предостережение – слабый или нулевой ответ на tPA-опосредованную тромболитическую терапию, что также является недостатком модели FeCl3 7,19,20. Второе предостережение моделей инсульта PTS и FeCl3 заключается в том, что последующие тромбы состоят из плотно упакованных агрегатов тромбоцитов с небольшим количеством фибрина, что не только приводит к их устойчивости к tPA-литической терапии, но и отклоняется от картины смешанных тромбоцитов:фибриновых тромбов у пациентов с острым ишемическим инсультом21,22. В отличие от этого, модель микроинъекций тромбина in situ в основном включает полимеризованный фибрин и неопределенное содержание тромбоцитов10.

Учитывая вышеизложенное, мы предположили, что примесь RB и субтромботической дозы тромбина для MCA-направленной фотоактивации через истонченный череп может увеличить фибриновый компонент в образующихся тромбах и повысить чувствительность к tPA-опосредованному литическому лечению. Мы подтвердили эту гипотезу,23 и в данной статье подробно описываем процедуры модифицированной (Т+РБ) модели фототромботического инсульта.

Protocol

Этот протокол одобрен Комитетом по уходу за животными и их использованию (IACUC) при Университете Вирджинии и соответствует Руководству Национальных институтов здравоохранения по уходу и использованию лабораторных животных. На рисунке 1А показана последовательность хи?…

Representative Results

Во-первых, мы сравнили содержание фибрина в RB и T+RB, индуцированных фототромбозом. Мышей приносили в жертву транскардиальной перфузией фиксаторов через 2 ч после фотоактивации, а мозг удаляли для иммунофлуоресцентного окрашивания ветви MCA в продольной и поперечной плоскостях. При фотот?…

Discussion

Традиционный RB-фототромботический инсульт, представленный в 1985 году, является привлекательной моделью фокальной ишемии головного мозга для простых хирургических процедур, низкой смертности и высокой воспроизводимости инфаркта головного мозга. 5 В этой модели фотодинами…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана грантами NIH (NS108763, NS100419, NS095064 и HD080429 для C.Y.K.; и NS106592 для Y.Y.S.).

Materials

2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) Sigma T8877 infarct
4-0 Nylon monofilament suture LOOK 766B surgical supplies
5-0 silk suture Harvard Apparatus 624143 surgical supplies
543nm laser beam Melles Griot 25-LGP-193-249 photothrombosis
adult male mice Charles River C57BL/6 10~14 weeks old (22~30 g)
Anesthesia bar for mouse adaptor machine shop, UVA surgical setup
Avertin (2, 2, 2-Tribromoethanol) Sigma T48402 euthanasia
Dental drill Dentamerica Rotex 782 surgical setup
Digital microscope Dino-Lite AM2111 brain imaging
Dissecting microscope Olympus SZ40 surgical setup
Fine curved forceps (serrated) FST 11370-31 surgical instrument
Fine curved forceps (smooth) FST 11373-12 surgical instrument
goat anti-rabbit Alexa Fluro 488 Invitrogen A11008 Immunohistochemistry
Halsted-Mosquito hemostats FST 13008-12 surgical instrument
Heat pump with warming pad Gaymar TP700 surgical setup
infusion pump KD Scientific 200 thrombolytic treatment
Insulin syringe with 31G needle BD 328291 photothrombosis
Ketamine CCM, UVA anesthesia
Laser protective google 532nm Thorlabs LG3 photothrombosis
Meloxicam SR CCM, UVA NSAID analgesia
micro needle holders FST 12060-01 surgical instrument
micro scissors FST 15000-03 surgical instrument
MoorFLPI-2 blood flow imager Moor 780-nm laser source Laser Speckle Contrast Imaging
Mouse adaptor RWD 68014 surgical setup
Puralube Vet ointment Fisher NC0138063 eye dryness prevention
Retractor tips Kent Scientific Surgi-5014-2 surgical setup
Rose Bengal Sigma 198250 photothrombosis
Thrombin Sigma T7513 photothrombosis
Tissue glue Abbott Laboratories NC9855218 surgical supplies
tPA Genetech Cathflo activase 2mg thrombolytic treatment
Vibratome Stoelting 51425 TTC infacrt
Xylazine CCM, UVA anesthesia

References

  1. Lyden, P. D. . Thrombolytic Therapy for Acute Stroke. 3/e. , (2015).
  2. Linfante, I., Cipolla, M. J. Improving reperfusion therapies in the era of mechanical thrombectomy. Translational Stroke Research. 7 (4), 294-302 (2016).
  3. Campbell, B. C., et al. Endovascular Therapy for Ischemic stroke with perfusion-imaging selection. The New England Journal of Medicine. 372 (11), 1009-1018 (2015).
  4. Hossmann, K. A. The two pathophysiologies of focal brain ischemia: implications for translational stroke research. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 32 (7), 1310-1316 (2012).
  5. Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 20 (1), 84-91 (1989).
  6. Watson, B. D., Dietrich, W. D., Busto, R., Wachtel, M. S., Ginsberg, M. D. Induction of reproducible brain infarction by photochemically initiated thrombosis. Annals of Neurology. 17 (5), 497-504 (1985).
  7. Watson, B. D., Prado, R., Veloso, A., Brunschwig, J. P., Dietrich, W. D. Cerebral blood flow restoration and reperfusion injury after ultraviolet laser-facilitated middle cerebral artery recanalization in rat thrombotic stroke. Stroke. 33 (2), 428-434 (2002).
  8. Uzdensky, A. B. Photothrombotic stroke as a model of ischemic stroke. Translational Stroke Research. 9 (5), 437-451 (2018).
  9. Karatas, H., et al. Thrombotic distal middle cerebral artery occlusion produced by topical FeCl(3) application: a novel model suitable for intravital microscopy and thrombolysis studies. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 31 (3), 1452-1460 (2011).
  10. Orset, C., et al. Mouse model of in situ thromboembolic stroke and reperfusion. Stroke. 38 (10), 2771-2778 (2007).
  11. Orset, C., et al. Efficacy of Alteplase in a mouse model of acute ischemic stroke: A retrospective pooled analysis. Stroke. 47 (5), 1312-1318 (2016).
  12. Kudo, M., Aoyama, A., Ichimori, S., Fukunaga, N. An animal model of cerebral infarction. Homologous blood clot emboli in rats. Stroke. 13 (4), 505-508 (1982).
  13. Busch, E., Kruger, K., Hossmann, K. A. Improved model of thromboembolic stroke and rt-PA induced reperfusion in the rat. Brain Research. 778 (1), 16-24 (1997).
  14. Lapchak, P. A., Araujo, D. M., Zivin, J. A. Comparison of Tenecteplase with Alteplase on clinical rating scores following small clot embolic strokes in rabbits. Experimental Neurology. 185 (1), 154-159 (2004).
  15. Sun, Y. Y., et al. Synergy of combined tPA-Edaravone therapy in experimental thrombotic stroke. PLoS One. 9 (6), 98807 (2014).
  16. Sun, Y. Y., et al. Prophylactic Edaravone prevents transient hypoxic-ischemic brain injury: Implications for perioperative neuroprotection. Stroke. 46 (7), 1947-1955 (2015).
  17. Sun, Y. Y., et al. Sickle mice are sensitive to hypoxia/ischemia-induced stroke but respond to tissue-type plasminogen activator treatment. Stroke. 48 (12), 3347-3355 (2017).
  18. Sun, Y. Y., Kuan, C. Y. A thrombotic stroke model based on transient cerebral hypoxia-ischemia. Journal of Visualized Experiments. (102), e52978 (2015).
  19. Pena-Martinez, C., et al. Pharmacological modulation of neutrophil extracellular traps reverses thrombotic stroke tPA (tissue-type plasminogen activator) resistance. Stroke. 50 (11), 3228-3237 (2019).
  20. Denorme, F., et al. ADAMTS13-mediated thrombolysis of t-PA-resistant occlusions in ischemic stroke in mice. Blood. 127 (19), 2337-2345 (2016).
  21. Marder, V. J., et al. Analysis of thrombi retrieved from cerebral arteries of patients with acute ischemic stroke. Stroke. 37 (8), 2086-2093 (2006).
  22. Bacigaluppi, M., Semerano, A., Gullotta, G. S., Strambo, D. Insights from thrombi retrieved in stroke due to large vessel occlusion. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 39 (8), 1433-1451 (2019).
  23. Sun, Y. Y., et al. A murine photothrombotic stroke model with an increased fibrin content and improved responses to tPA-lytic treatment. Blood Advances. 4 (7), 1222-1231 (2020).
  24. Su, E. J., et al. Activation of PDGF-CC by tissue plasminogen activator impairs blood-brain barrier integrity during ischemic stroke. Nature Medicine. 14 (7), 731-737 (2008).
  25. Gupta, A. K., et al. Protective effects of gelsolin in acute pulmonary thromboembolism and thrombosis in the carotid artery of mice. PLoS One. 14 (4), 0215717 (2019).
  26. Carroll, B. J., Piazza, G. Hypercoagulable states in arterial and venous thrombosis: When, how, and who to test. Vascular Medicine. 23 (4), 388-399 (2018).
  27. Coutts, S. B., Berge, E., Campbell, B. C., Muir, K. W., Parsons, M. W. Tenecteplase for the treatment of acute ischemic stroke: A review of completed and ongoing randomized controlled trials. International Journal of Stroke. 13 (9), 885-892 (2018).
  28. McFadyen, J. D., Schaff, M., Peter, K. Current and future antiplatelet therapies: emphasis on preserving haemostasis. Nature Reviews Cardiology. 15 (3), 181-191 (2018).
  29. Bang, O. Y., Goyal, M., Liebeskind, D. S. Collateral crculation in ischemic stroke: Assessment tools and therapeutic strategies. Stroke. 46 (11), 3302-3309 (2015).
  30. Faber, J. E., Chilian, W. M., Deindl, E., van Royen, N., Simons, M. A brief etymology of the collateral circulation. Arteriosclerosis, Thrombsis, Vascular Biology. 34 (9), 1854-1859 (2014).

Play Video

Cite This Article
Kuo, Y., Sun, Y., Kuan, C. A Fibrin-Enriched and tPA-Sensitive Photothrombotic Stroke Model. J. Vis. Exp. (172), e61740, doi:10.3791/61740 (2021).

View Video