İnme, amerika Birleşik Devletleri'nde engelliliğin önde gelen nedeni ve beşinci ölüm nedenidir1. Tüm inmelerin yaklaşık% 87'si iskemiktir, geri kalan% 13'ünün çoğunluğu hemorajik2 'dir. İskemik inme, bir arterdeki kan akışının çevre dokuya tıkanması olarak tanımlanır. Bu tıkanıklık, hayatta kalan hastalarda sıklıkla kalıcı sakatlığa yol açan oksijen yoksunluğu ve sonraki nekroz ile sonuçlanır. İnme ölüm oranında bir azalma olsa da3, yaygınlığının 2030 yılına kadar 3,4 milyon kişiye çıkması bekleniyor4. Engelli hayatta kalanlardaki bu artış ve buna bağlı olarak ekonomik yük, sinirsel onarım mekanizmalarına odaklanan inme araştırmaları için bir itmeye yol açmıştır. İnmenin ardından, nekrotik bölgenin genişlemesini önleyen bir yara izi oluşumuna yol açan enflamatuar bir dönem vardır. Nekrotik çekirdeği çevreleyen bölge "peri-enfarktüs" olarak ad altındadır ve artan anjiogenez, nörogenez ve aksonal filizlenmeyi içeren bu bölgedeki plastisitenin hayvan modellerinde ve insanlarda gözlenen iyileşme ile doğrudan bağlantılı olduğuna dair güçlü bir kanıt vardır5. İnmeden sonraki karmaşık etkileşimleri düzgün bir şekilde kopyalayabilen in vitro modeller olmadığından, inme araştırmaları için hayvan modelleri gereklidir.
İskemik inme üretmek için kullanılabilecek birkaç in vivo model vardır. Farelerde kullanılan en yaygın modellerden biri, distal veya proksimal (intra-arteriyel filament yoluyla) tıkanıklık yoluyla orta serebral arter tıkanıklığı veya MCAo'dur. Filament MCAo (fMCAo) olarak da bilinen proksimal model, tipik olarak, faktör sayısına bağlı olarak, serebral yarımkürenin% 5 ila% 50'sini kapsayan büyük iskemik inmelerle sonuçlanır6. Bu modellerde, bir dikiş veya filament iç şahdamarından orta serebral arterin (MCA) tabanına ilerletilir ve belirli bir süre yerinde tutulur. Geçici veya kalıcı hale getirilebilen bu tıkanıklık yöntemi, striatum merkezli bir enfarktüs üretir ve korteksin aşırıya bulaştırılmasını içerebilir veya içermeyebilir6. Elde edilen kontur boyutu oldukça değişkendir ve her farede prosedürün etkinliğini doğrulamak için lazer doppler gibi görüntüleme teknikleri gereklidir. 30 dakikadan uzun süren intra-arteriyel veya intra-luminal filament tıkanıklığı, boyut aralığının daha büyük ucunda vuruşlar üretir. Bazı araştırmacılar, önemli deneysel odaklanma ve laboratuvar doğrulaması gerektiren daha kısa filament tıkanma sürelerine odaklanmıştır7. Farelerdeki Filament MCAo modelleri, insan inme vakalarında görüldüğü gibi hücre ölümünün, iskemik ilerlemenin ve peri-enfarktüs bölgesinin oluşumunun benzer aşamalarını izler; bununla birlikte, daha büyük inmeler, daha az yaygın, daha az tedavi edilebilir insan inmeleri olan malign serebral enfarktüslerin hastalık durumuna daha yakından benzer6. Bu arada distal MCA tıkanıklığı daha ilgili bir ameliyat ve kraniektomi gerektirir. Bu modelde, MCA'nın beynin yüzeyi boyunca uzanan distal kısmı doğrudan bir dikiş bağı veya koterizasyon ile tıkanır. Tekniğin bazı varyasyonlarında, şahdamarları tek taraflı veya geçici olarak çift taraflı olarak tıkanır. Distal MCAo'nun bir yararı, filament modelinden daha az değişken boyutta kortikal tabanlı bir inme üretmesidir. Bununla birlikte, distal model, fMCAo6ile de ilgili bir endişe olan dış şahdamarının (ECA) transeksiyon nedeniyle daha zayıf davranışsal çıktı üretir.
Daha az invaziv olmasıyla bilinen alternatif bir kontur modeli fototropombotik (PT) modeldir. PT modeli iyi tanımlanmış bir iskemi yeri ile sonuçlanır ve yüksek sağkalım oranı8ile ilişkilidir. Teknik, intraperitoneal olarak enjekte edilen ve intravasküler foto-oksidasyona izin veren ışığa duyarlı bir boyaya dayanır, sadece istenen dokuyu bir ışık veya lazerle ışınlayarak9. Eksitasyondan sonra, ışınlanan bölgede trombosit toplama ve pıhtı oluşumunu aktive eden endotel hasarına neden olan oksijen radikalleri oluşur8,9. Strok boyutu ve konumu üzerindeki sıkı kontrolün yanı sıra PT modelinin yüksek tekrarlanabilirliği, biyomalzemelerin incelenmesi için idealdir. Lazer ve stereotaksik koordinatlar kullanılarak hassasiyet mümkün olsa da, bu modeli birkaç çalışma için daha az ideal hale getirebilecek bazı dezavantajlar vardır. fMCAo modelinin aksine, PT kontur modeli yeniden çürütülemez. Bu nedenle, reperfüzyondan sonraki hasarlara veya reperfüzyonu takip eden mekanizmalara özgü nöroprotektif ajanların araştırılması için malzemeler burada yararlı olmayacaktır8. Ek olarak, PT modelinin mikrovasküler hakareti nedeniyle nispeten küçük iskemik penumbra görülür. Bunun yerine, insan inmesi için karakteristik olmayan lokal vazojenik ödem oluşur, bu da bu modeli peri-enfarktüs alanı6,8'eodaklanan preklinik ilaç çalışmaları için istenmeyen hale getirir.
İnmede biyomalzeme stratejilerinin genel amacı ya biyoaktif ajanlar sunmak ya da beyin dokusu büyümesi için hücre dışı bir matris olarak hareket etmektir. Yöntemlerimizi kullanarak araştıracağımız bir strateji, birçok mevcut hücre tedavilerinin verildiği peri-enfarktüs dokusunun aksine, hidrojel'i doğrudan inme çekirdeğine teslim etmektir10. Bu yaklaşımın gerekçesi, çekirdekte bulunan nekrotik dokuya doğumun çevredeki sağlıklı veya iyileşen dokuyu bozmaktan kaçınacağıdır. Biyomalzemeye dahil olan herhangi bir aktif ajanın difüzyonunun çekirdekten peri-enfarktüse ulaşabileceğini varsayıyoruz, özellikle hidrojel biyomalzemelerin teslimatının glial skarın kalınlığını azalttığını bulduğumuz için11. Peri-enfarktüs bölgesinin inmeden sonra nöroplastisite gösterdiği ve çekici bir hedef haline getirdiği için bu önemlidir. Ayrıca, inme çekirdeğine bir taşıyıcı matrisin teslimi, yeni dokunun oluşumuna rehberlik etmek için anjiyojenik12 veya nörojenik13 faktörle ve doğum için hücrelerle yüklenebilir14. Hücre teslimi bir matris kullanılarak büyük ölçüde geliştirilmiştir, çünkü hücreleri teslimat sırasında mevcut olan sert enjeksiyon kuvvetlerinden ve yerel ortamdan korur, ayrıca farklılaşmayı ve engraftment15'iteşvik eder.
Bu enjekte edilebilir terapötik biyomalzemeler inme uygulamalarında klinik öneme sahiptir, çünkü şu anda inmeden sonra nöronal iyileşmeyi uyaran tıbbi tedaviler yoktur. İyileşmede yer alan altta yatan sinir devreleri inme çekirdeğine bitişik beyin dokusunda yatmaktadır16İnme çekirdeğinin kendisi canlı sinir dokusundan yoksundur. Nekrotik inme çekirdeğine biyomalzeme verilmesinin, büyüme faktörlerinin depo salınımı 13 , büyümedeki dokunun uyarılması ve iyileşen beyin dokusu gelişiminin teşviki11 , 12, immün yanıtların değiştirilmesi17ve kök hücre türevi terapötiklerin verilmesi14, 18. Bununla birlikte, bu uygulamaların olasılığını etkili bir şekilde incelemek için, inmeyi teşvik etmek ve biyomalzeme enjekte etmek için tutarlı ve tekrarlanabilir bir yönteme ihtiyaç vardır. PT kontur modeli, konturun yönü ve konumu üzerinde hassas kontrol sağlayan teknikler kullanır. Stereotaksik cihaza bağlı bir lazer yönlendirmelere rehberlik eder ve stereotaksik cihazlara bağlı pompalar, ek görüntüleme formlarına gerek kalmadan malzemenin enjeksiyon oranını kontrol eder. Bu nedenle, farelerin motor kortekslerinde PT inme yapma ve inme çekirdeğine biyomalzeme enjekte etme yöntemlerini tanımlamayı seçtik. Burada, ilave hücre veya büyüme faktörü olmadan enjeksiyon için biyomalzeme olarak mikro gözenekli tavlanmış parçacık (MAP) hidrojelleri kullanıyoruz. Ek olarak, beynin sağlam biyomalzeme ile nasıl başarılı bir şekilde alınacağını açıklıyoruz ve inme sonucunu biyomalzeme enjeksiyonu ile ve enjeksiyonu olmadan analiz etmek için kullanılan immün entrika testlerini tartışıyoruz.