Analys av cerebral vasospasm i en murin modell av subarachnoid blödning med hög frekvens transkraniell duplex ultraljud
Summary
Syftet med detta manuskript är att presentera en sonografibaserad metod som möjliggör in vivo-avbildning av blodflödet i cerebrala artärer hos möss. Vi visar dess tillämpning för att bestämma förändringar i blodflödet hastigheter är associerade med vasospasm i murin modeller av subarachnoid blödning (SAH).
Abstract
Cerebral vasospasm som uppstår under veckorna efter subarachnoid blödning, en typ av hemorragisk stroke, bidrar till fördröjd cerebral ischemi. Ett problem som uppstår i experimentella studier med murinmodeller av SAH är att metoder för in vivo övervakning av cerebral vasospasm hos möss saknas. Här visar vi tillämpningen av högfrekvent ultraljud för att utföra transkraniella Duplex sonography undersökningar på möss. Med hjälp av metoden kunde de inre halspulsådern (ICA) identifieras. Blodflödet hastigheter i intrakraniell ICAs accelererades betydligt efter induktion av SAH, medan blod flöde hastigheter i extrakraniell ICAs förblev låg, vilket anger cerebral vasospasm. Sammanfattningsvis tillåter metoden som demonstreras här funktionell, noninvasive in vivo övervakning av cerebral vasospasm i en murin SAH modell.
Introduction
Spontan subarachnoid blödning (SAH) är en form av hemorragisk stroke som främst orsakas av sprängning av en intrakraniell aneurysm1. Det neurologiska resultatet påverkas främst av två faktorer: tidig hjärnskada (EBI), som orsakas av effekterna av blödningen och den associerade övergående globala cerebrala ischemin, och fördröjd cerebral ischemi (DCI), som inträffar under veckorna efterblödningen 2,3. DCI rapporterades påverka upp till 30% av SAH patienter2. Patofysiologi av DCI innebär angiographic cerebral vasospasm, en störd mikrocirkulation orsakad av microvasospasms och microthrombosis, när spridning depressioner och effekter utlöses av inflammation4. Tyvärr är den exakta patofysiologin fortfarande oklar och det finns ingen behandling tillgänglig som effektivt förhindrar DCI3. DCI undersöks därför i många kliniska och experimentella studier.
Numera använder de flesta experimentella studier på SAH små djurmodeller, särskilt hos möss5,6,7,8,9,10,11,12,13. I sådana studier undersöks cerebral vasospasm ofta som en slutpunkt. Det är vanligt att bestämma graden av vasospasm ex vivo. Detta beror på att icke-invasiva metoder för in vivo-undersökning av cerebral vasospasm som kräver kort anestesitid och som endast ålägger djuren lite ångest saknas. Undersökning av cerebral vasospasm in vivo skulle dock vara fördelaktigt. Detta beror på att det skulle möjliggöra longitudinella in vivo-studier på vasospasm hos möss (dvs. avbildning av cerebral vasospasm vid olika tidpunkter under dagarna efter induktion av SAH). Detta skulle öka jämförbarheten mellan de uppgifter som insamlades vid olika tidpunkter. Dessutom är användning av en longitudinell studiedesign en strategi för att minska antalet djur.
Här visar vi användningen av högfrekvent transkraniell ultraljud för att bestämma blodflödet i cerebrala artärer hos möss. Vi visar att, i likhet med transkraniell Doppler sonography (TCD) eller transkraniell färgkodad Duplex sonography (TCCD) i klinisk praxis14,15,16,17,18, denna metod kan användas för att övervaka cerebral vasospasm genom att mäta blodflödet hastigheter i intrakraniell artärer efter SAH induktion i murin modell.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bäst av vår kunskap är denna studie den första att presentera ett protokoll för övervakning av cerebral vasospasm i en murinmodell av SAH med högfrekvent transkraniell färgkodad Duplex ultraljud. Vi visar att denna metod kan mäta en ökning av intrakraniell blodflödeshastigheter efter SAH-induktion hos möss. I humanmedicin är detta fenomenvälkänt 3,15. Flera kliniska studier har visat att förhöjda blodflödeshastigheter hos de stora intrakraniella…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka Stefan Kindel för att han har beredningen av illustrationerna i videon. PW, MM och SHK stöddes av det tyska federala ministeriet för utbildning och forskning (BMBF 01EO1503). Arbetet stöddes av ett stort instrumenteringsbidrag från den tyska forskningsstiftelsen (DFG INST 371/47-1 FUGG). MM fick stöd av ett bidrag från Else Kröner-Fresenius-Stiftung (2020_EKEA.144).
Materials
| Balea hair removal creme | Balea; Germany | ASIN B0759XM39V | hair removal creme |
| C57BL/6N mice | Janvier; Saint-Berthevin Cedex, France | n.a. | mice |
| Corneregel | Bausch&Lomb; Rochester, NY, USA | REF 81552983 | eye ointment, lube |
| cotton swabs | Hecht Assistent; Sondenheim vor der Röhn, Germany | REF 44302010 | cotton swabs |
| Ecco-XS razor | Tondeo; Soligen, Germany | DE 28693396 | razor |
| Electrode cream | GE; Boston, MA, USA | REF 21708318 | conductive paste |
| Heating plate | Medax; Kiel, Germany | 2005-205-01 | |
| Isoflurane | Abvie; Wiesbaden, Germany | n.a. | volatile anesthetic |
| Leukofix | BSN medical; Hamburg, Germany | REF 02137-00 | tape |
| Mechanical arm + micromanipulator | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | P/N 11277 | |
| Microbac tissues | Paul Hartmann AG; Hamburg, Germany | REF 981387 | antimicrobial tissues |
| MZ400, 38 MHz linear array transducer | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | REF 51068-30 | ultrasound transducer |
| Sonosid | ASID Bonz GmbH; Herrenberg, Germany | REF 782010 | ultrasonography gel |
| Ultrasound platform with heating plate and ECG-recording | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | P/N 11179 | |
| UniVet-Porta | Groppler; Oberperasberg, Germany | S/N BKGM0437 | isoflurane vaporizer |
| Vevo3100 | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | REF 51073-45 | ultrasonography device |
| VevoLab software | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | n.a. | evaluation software |
References
- Macdonald, R. L., Schweizer, T. A. Spontaneous subarachnoid haemorrhage. Lancet. 389 (10069), 655-666 (2017).
- Macdonald, R. L. Delayed neurological deterioration after subarachnoid haemorrhage. Nature Reviews Neurology. 10 (1), 44-58 (2014).
- Francoeur, C. L., Mayer, S. A. Management of delayed cerebral ischemia after subarachnoid hemorrhage. Critical Care. 20 (1), 277 (2016).
- van Lieshout, J. H., et al. An introduction to the pathophysiology of aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Neurosurgical Review. , (2017).
- Altay, T., et al. A novel method for subarachnoid hemorrhage to induce vasospasm in mice. J Neurosci Methods. 183 (2), 136-140 (2009).
- Momin, E. N., et al. Controlled delivery of nitric oxide inhibits leukocyte migration and prevents vasospasm in haptoglobin 2-2 mice after subarachnoid hemorrhage. Neurosurgery. 65 (5), 937-945 (2009).
- Froehler, M. T., et al. Vasospasm after subarachnoid hemorrhage in haptoglobin 2-2 mice can be prevented with a glutathione peroxidase mimetic. Journal of Clinical Neuroscience. 17 (9), 1169-1172 (2010).
- Provencio, J. J., Altay, T., Smithason, S., Moore, S. K., Ransohoff, R. M. Depletion of Ly6G/C(+) cells ameliorates delayed cerebral vasospasm in subarachnoid hemorrhage. Journal of Neuroimmunology. 232 (1-2), 94-100 (2011).
- Kamp, M. A., et al. Evaluation of a murine single-blood-injection SAH model. PLoS One. 9 (12), 114946 (2014).
- Luh, C., et al. The Contractile Apparatus Is Essential for the Integrity of the Blood-Brain Barrier After Experimental Subarachnoid Hemorrhage. Translational Stroke Research. , (2018).
- Neulen, A., et al. A Volumetric Method for Quantification of Cerebral Vasospasm in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage. Journal of Visualized Experiments. (137), (2018).
- Neulen, A., et al. Large Vessel Vasospasm Is Not Associated with Cerebral Cortical Hypoperfusion in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage. Translational Stroke Research. , (2018).
- Neulen, A., et al. Neutrophils mediate early cerebral cortical hypoperfusion in a murine model of subarachnoid haemorrhage. Scientific Reports. 9 (1), 8460 (2019).
- Neulen, A., et al. Volumetric analysis of intracranial vessels: a novel tool for evaluation of cerebral vasospasm. Int J Comput Assist Radiol Surg. 14 (1), 157-167 (2019).
- Washington, C. W., Zipfel, G. J. Participants in the International Multi-disciplinary Consensus Conference on the Critical Care Management of Subarachnoid, H. Detection and monitoring of vasospasm and delayed cerebral ischemia: a review and assessment of the literature. NeuroCritical Care. 15 (2), 312-317 (2011).
- Greke, C., et al. Image-guided transcranial Doppler sonography for monitoring of defined segments of intracranial arteries. Journal of Neurosurgical Anesthesiology. 25 (1), 55-61 (2013).
- Neulen, A., Prokesch, E., Stein, M., Konig, J., Giese, A. Image-guided transcranial Doppler sonography for monitoring of vasospasm after subarachnoid hemorrhage. Clinical Neurology and Neurosurgery. 145, 14-18 (2016).
- Neulen, A., et al. Image-Guided Transcranial Doppler Ultrasound for Monitoring Posthemorrhagic Vasospasms of Infratentorial Arteries: A Feasibility Study. World Neurosurgery. 134, 284-291 (2020).
- Neulen, A., et al. Correlation of cardiac function and cerebral perfusion in a murine model of subarachnoid hemorrhage. Scientific Reports. 11 (1), 3317 (2021).
- Neulen, A., et al. A segmentation-based volumetric approach to localize and quantify cerebral vasospasm based on tomographic imaging data. PLoS One. 12 (2), 0172010 (2017).
- Marbacher, S., et al. Systematic Review of In Vivo Animal Models of Subarachnoid Hemorrhage: Species, Standard Parameters, and Outcomes. Translational Stroke Research. , (2018).
- Figueiredo, G., et al. Comparison of digital subtraction angiography, micro-computed tomography angiography and magnetic resonance angiography in the assessment of the cerebrovascular system in live mice. Clinical Neuroradiology. 22 (1), 21-28 (2012).
- Lindegaard, K. F., Nornes, H., Bakke, S. J., Sorteberg, W., Nakstad, P. Cerebral vasospasm diagnosis by means of angiography and blood velocity measurements. Acta Neurochirurgica. 100 (1-2), 12-24 (1989).
- Cassia, G. S., Faingold, R., Bernard, C., Sant’Anna, G. M. Neonatal hypoxic-ischemic injury: sonography and dynamic color Doppler sonography perfusion of the brain and abdomen with pathologic correlation. American Journal of Roentgenology. 199 (6), 743-752 (2012).
- Shen, Q., Stuart, J., Venkatesh, B., Wallace, J., Lipman, J. Inter observer variability of the transcranial Doppler ultrasound technique: impact of lack of practice on the accuracy of measurement. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 15 (3-4), 179-184 (1999).
