Method Article
Neonatal stroke is a significant cause of early brain injury requiring a translational model with consistent focal injury patterns and high reproducibility in order to enable study. This study describes the detailed surgical procedure for creating a non-hemorrhagic, unilateral focal ischemia-reperfusion injury in full-term-equivalent rodents.
A number of animal models have been used to study hypoxic-ischemic injury, traumatic injury, global hypoxia, or permanent ischemia in both the immature and mature brain. Stroke occurs commonly in the perinatal period in humans, and transient ischemia-reperfusion is the most common form of stroke in neonates. The reperfusion phase is a critical component of injury progression, which occurs over a period of days to weeks, and of the endogenous response to injury. This postnatal day 10 (p10) rat model of transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) creates a unilateral, non-hemorrhagic focal ischemia-reperfusion injury that can be utilized to study the mechanisms of focal injury and repair in the full-term-equivalent brain. The injury pattern that is produced by tMCAO is consistent and highly reproducible and can be confirmed with MRI or histological analyses. The severity of injury can be manipulated through changes in occlusion time and other methods that will be discussed.
السكتة الدماغية خلال فترة ما بعد الولادة هي سببا هاما من أسباب الوفاة والعجز، والتي تحدث في ما يصل الى 1 في 2300 ولادة حية 1. وهذا يؤدي إلى تطوير النظام العصبي المركزي المتغيرة وزيادة معدلات الإصابة بالمرض على المدى الطويل، بما في ذلك زيادة حالات الصرع، والشلل الدماغي والتخلف العقلي، وغيرها من أنواع السيارات أو ضعف الادراك. آثار مدى الحياة من السكتة الدماغية المبكرة تجعل النماذج الحيوانية متعدية ضرورية لدراسة آليات الإصابة وإصلاح في هذه الفئة من السكان، بما في ذلك استراتيجيات لحماية الدماغ المصاب أو لتعزيز الإصلاح.
وقد استخدمت نماذج نقص التروية مختلفة لدراسة إصابات الدماغ في الحيوانات البالغة، وبينما رايس وVannucci (معدلة ليفين) يستخدم 2 الإجراء عادة لدراسة إصابة الإقفاري بنقص التأكسج في الدماغ النامية، البؤري نقص التروية ضخه هو آلية واضحة للإصابة مما تسبب في إصابة التنسيق، مع جوهر المصابين وpenumbra والأنسجة البعيدة لم يصب. وقد وضعت نماذج كويزومي 3 و 4 لونجا في الفئران البالغة لتحقيق عابرة وسط انسداد الشريان الدماغي عن طريق الشريان السباتي المشترك (CCA) والشريان السباتي الخارجي (ECA)، على التوالي. في كلا النموذجين، ربط دائم والكي من فروع الشريان مهمة للحد من النزيف وتبسيط الإجراء الجراحي، والذي يسبب أيضا آثارا سلبية على قدرة الحيوان على إطعام واكتساب الوزن بعد الاصابة. وعلاوة على ذلك، هناك آليات واضحة إصابة في الدماغ غير ناضجة وأنماط محددة من الإصابة ينظر إليها على أنها نتيجة لذلك.
وفي الآونة الأخيرة، استخدمت السكتة الدماغية photothrombotic (طريقة روز البنغال) (5) ودائم MCA ربط 6 لدراسة السكتة الدماغية حديثي الولادة وتعليم الكبار. كل من السكتة الدماغية photothrombotic وMCA ربط خلق تغييرات دائمة في تدفق الدم إلى المخ أن يؤدي إلى نقص في reperfusأيون. ضخه هو عنصر حاسم من تطور وتقدم الإصابة التنسيق، مع زيادة التحفيز الزائدة، وتشكيل الجذور الحرة، والنيتريك إنتاج أكسيد مما يؤدي إلى موت الخلايا تأخر ينطوي على إشارات أجهزة الطرد المركزي التي تختلف من مرحلة الدماغية 7. ويشمل نقص الأكسجة نقص التروية دائم ربط الشريان السباتي من جانب واحد يليه نقص الأكسجة العالمي، والذي يختلف أيضا من سبب الإصابة بنقص التأكسج الدماغية لدى البشر ولا تتسبب في نمط الإصابة بؤري ثابت، مما يجعل دراسة جوهر المصابين وغبش أكثر تحديا.
وصفناها سابقا نقص التروية ضخه نموذج السكتة الدماغية غير نزفية في الفئران غير ناضجة باستخدام عابرة وسط انسداد الشريان الدماغي (MCAO) 8، 9، 10. هذا هو وسيلة أقل الغازية التي يصل وoccludes على MCA من خلال الشريان السباتي الداخلي دون ligati دائمةأو الكي. وهذا يوفر نموذجا للإصابة مماثلة إلى السبب الأكثر شيوعا من السكتة الدماغية في فترة ما حول الولادة 11 و 12. هذا نموذج نقص التروية ضخه من النتائج إصابة في الأضرار التي لحقت المخطط المماثل والقشرة الجداري الصدغي. هذا النموذج من tMCAO أيضا يساعد في التحكم في شدة الإصابة بنسبة تتراوح مدة انسداد. يمكن فحص مسارات الإشارات والتغيرات النسيجية في قلب المصاب وغبش وفي النسيج المماثل والمقابل لم يصب مزيد من إلقاء الضوء على آليات الإصابة وإصلاح في الدماغ غير ناضجة. وهذه الدراسة تثبت هذا النموذج إصابة مهم لنمو الدماغ.
تمت الموافقة على جميع البحوث الحيوانية في جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو جنة للبحوث الحيوانية وأجريت وفقا لدليل لرعاية واستخدام الحيوانات المختبرية (وزارة الصحة والخدمات الإنسانية، المنشور رقم 85-23، 1985 ). تم رصد الحيوانات عن كثب من قبل الأطباء البيطريين لجنة UCSF المؤسسي رعاية الحيوان واستخدام (IACUC)، المعتمدة من قبل AAALAC. تم الحصول على واحدة من الإناث سبراغ داولي الفئران مع القمامة القديمة يوم 8 (10 الجراء في القمامة). أعطيت الأم والجراء لها الطعام والمياه libitum الإعلانية ويضم في مرافق الرعاية الحيوانية و للحرارة التي تسيطر عليها الضوء في تخصيب اليومي، في بروتوكول IACUC، حتى كانت الجراء 10 يوما القديمة. تم تعقيمها جميع الأدوات الجراحية المستخدمة في هذا الإجراء لضمان العقم. يتم الحفاظ على عقم نصائح أداة في جميع أنحاء الجراحة.
1. الأوسط انسداد الشريان الدماغي
2. ضخه
ملاحظة: يتم تنفيذ انسداد لمدة 3 ساعات لسبب كمية متوسطة إلى شديدة من الإصابة التي تنطوي على المخطط وقشرة.
شدة الضرر الناجم عن tMCAO تعتمد بشكل كبير على كل من الوقت انسداد وخبرة الجراح. A انسداد 90 دقيقة في كثير من الأحيان تنتج خفيفة الى معتدلة نمط الإصابة، في حين أن 3 ساعات تنتج إصابات بين متوسطة وشديدة. يمكن تقدير شدة الإصابة من خلال مجموعة متنوعة من الطرق، بما في ذلك التصوير بالرنين المغناطيسي، الأنسجة، أو التحليلات السلوكية على المدى القصير أو على المدى الطويل. يوضح الشكل 2 مثالا للDW-MRI إجراء 75 دقيقة إلى انسداد 90 دقيقة، مؤكدا الإصابة الدماغية التي تنطوي على نصف الكرة المماثل. نشر التصوير المرجح يدل على زيادة نشر في المخطط المماثل والغالبية من القشرة المماثل، دون تغييرات المقابل، خلال المرحلة الدماغية الحادة. هذا يرتبط إلى مستوى معتدل من إصابة طويلة الأجل تشمل كلا من القشرة والمادة الرمادية عميقة.
انسداد نتائج MCA في موت الخلايا التي تبدأ في المخطط للإصابة أقل حدة وتطور تفاقم الاصابة القشرية وقرن آمون في أوقات انسداد أطول وإصابة أكثر شدة. خلال تعظيم الاستفادة من هذه التقنية الجراحية، مثل تحديد خياطة طول الإدراج، MRI ينصح بشدة، لأنها تسمح لتأكيد وضع الخيط الصحيح والتصور وذمة وتطور الإصابة خلال الانسداد 14 و 15 و 16. إذا MRI غير متوفرة، H & E أو الكريزيل تلطيخ البنفسجي طرق النسيجية بسيطة وموثوق بها لتحديد الإصابة التشكل، ويمكن استخدامها في كل من النقاط الزمنية المبكرة والمتأخرة بعد tMCAO. يوضح الشكل (3) نمط إصابة معتدلة إلى شديدة على فحص الأنسجة بعد انسداد 3 ساعات، مما يدل على تشكيل الكيس وحدة التخزين في المخطط المماثل والقشرة.
> الكمي stereological متحيز أقسام الكريزيل البنفسجية الملطخة لحساب نسبة المماثل لحجم نصف الكرة الأرضية المقابل يؤكد المماثل الإصابة الدماغية ضخه. على وجه التحديد، بعد التخدير الحيوان مع Euthasol، كان حصادها الدماغ عن طريق نضح transcardiac في 0.1 M PBS مع 4٪ لامتصاص العرق. وبعد postfixation بين عشية وضحاها وموازنة في 30٪ سكروز، ومقطوع الدماغ بأكمله في 50 ميكرومتر فترات، واختير كل قسم الثاني عشر، التي شنت، وملطخة الكريزيل البنفسجي 10.
حتى مع إصابة خفيفة، والتغيرات الحركي، مثل الطواف وفالج، لاحظت خلال الفترة انسداد. مع أكثر إصابة شديدة، فإن هذه التغيرات تستمر بعد ضخه. اختبار السلوكي إضافية يمكن استخدامها لتقييم شدة إصابة، بما في ذلك rotarod أو اسطوانة اختبار تربية من أجل وظيفة الحسية ومتاهة موريس المائية للوظيفة الادراك 13.
الشكل 1: صور جراحية حية من إجراء tMCAO. ويحلق (A) أول حبلا خياطة حول ICA، كما هو مفصل في خطوة 1.6. (B) ويرتبط ضمد مؤقت الأول وتراجع عن ICA. ويحلق حبلا خياطة الثاني حول ICA، الأفقي إلى أول حبلا خياطة، كما هو مفصل في خطوة 1.9. ويتم تغذية (C) سيليكون المغلفة خياطة انسداد في الموقع بضع الشريان، كما هو مفصل في خطوة 1.12. (D) ويرتبط ضمد مؤقت الثاني لتأمين مطبق في المكان، كما هو مفصل في خطوة 1.14. شريط مقياس = 1 مم.
الشكل 2: MRI خلال Occlusion يدل على جانب واحد من الإصابات المناسبة. الأمامي إلى الخلفي، صورة شرائح الاكليلية من DW-MRI، التي أجريت خلال الانسداد 90 دقيقة، وإظهار زيادة انتشار تنطوي على نصف الكرة المماثل (الأسهم)، وهو ما يتسق مع الإصابة الدماغية الجارية في المرحلة الحادة. أعيد طبعها بإذن من السكتة الدماغية 11. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل (3): من جانب واحد الإصابات إشراك المخطط وقشرة في 4 أسابيع التالية tMCAO. الخلفي لالأمامي، ملطخة الكريزيل البنفسجي-أقسام الدماغ الاكليلية (كل 50 ميكرون) تحصد من P38 الحيوانات تبين إصابة شديدة إلى حد ما (تظهر السهام تشكيل الكيس المماثل وخفضت القشرية وحجم العقدة المخططة) بعد tMCAO 3 ساعات في P10. حفرة مستديرة على الجانب الأيسر يمثل معرف نصف الكرة الأرضية المقابل. شريط مقياس = 5 ملم. أعيد طبعها بإذن من علم الأعصاب من الأمراض (12). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الخطوات الحاسمة في البروتوكول
أولا، من المهم للحفاظ على سوائية الحرارة من بدء التخدير حتى الشفاء التام، كما أن هناك من المعروف تأثيرات كل من انخفاض حرارة الجسم 17 و 18 ارتفاع الحرارة على تطور إصابات الدماغ في كل من الحيوانات غير الناضجة والناضجة. ثانيا، في حين تأمين الحيوان والتراجع شق، وتحديد المواقع المثلى لمراقبة التنفس والتأكد من أن القصبة الهوائية خالية من ضغط غير ضروري. ثالثا، تجنب الضغط أو تمتد العصب المبهم، لأن هذا قد يسبب تغيرات في معدل ضربات القلب مع تحفيز العصب الحائر. رابعا، بسبب تراجع للICA ضروري للسيطرة على النزيف خلال بضع الشريان، يجب أن تدفع الانتباه إلى درجة من التوتر خلال التراجع لتجنب إتلاف الشرايين. إذا كان الشريان لا المسيل للدموع من التراجع، أو إذا كان هناك سوء بضع الشريان شق، ينبغي استبعاد الحيوان من التحليل بسبب خطرمن نزيف وضعف ضخه.
التعديلات واستكشاف الأخطاء وإصلاحها
باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي كدليل، قد يكون الأمثل طول الخيط للتأكد من أن الطرف سيليكون occludes صحيح MCA لإنشاء نقص التروية البؤري. إذا MRI غير متوفرة، قد يتم التخلص الجراء قبل ضخه للتشريح لتصور موضع خياطة. ضبط طول الخيط حسب الحاجة. وزن الجرو يرتبط إلى حد كبير مع متطلبات طول الاغلاق خياطة. الساعة انسداد يمكن تعديلها لضبط درجة شدة الإصابة.
وبالإضافة إلى ذلك، شكل خياطة وطول حاسمة. لP10 سبراغ داولي وطويل ايفانز الفئران وزنها 19-21 غ، 10 ملم وطول الأمثل للالإدراج في تجربتنا. مزيد من ادراج خياطة الاغلاق قد يؤدي إلى ثقب في MCA. وعلاوة على ذلك، فإن التناسق في شكل خيوط الاغلاق في كل عملية جراحية يؤدي إلى الاتساق زيادة الإصابة صattern 19 و 20. لهذا السبب، أوصينا باستخدام الخيوط الجراحية المصنعة مهنيا لهذا الغرض المحدد. ومن المهم أيضا أن نلاحظ أن نمط الإصابة قد تختلف بين الممارسين بسبب الخلافات التي تبدو دقيقة في تقنية.
حدود أسلوب
أداء هذه التقنية في الصغيرة، وتطوير القوارض يتطلب خبرة كبيرة. إذا أجريت بشكل صحيح، الجراح قادر على التسبب في إصابة نمط ثابت للغاية عبر الحيوانات من مختلف الأحجام وتحقيق معدل البقاء على قيد الحياة أكبر من 95٪. وعلاوة على ذلك، الأدوات الجراحية المناسبة ضرورية. الأدوات الجراحية يجب أن تكون بحالة جيدة لضمان أن جميع نصائح أداة تقارب بشكل صحيح.
أهمية هذه التقنية فيما يتعلق بأساليب القائمة أو بديلة
في حين نقص الأكسجة نقص التروية، أو الأرز Vannucci نموذج 2 ، هو الأكثر شيوعا لدراسة إصابة الإقفاري بنقص التأكسج في الدماغ النامية، من المهم أن نلاحظ أن هذا النموذج من tMCAO يختلف من مرحبا في أن هناك نقص التروية التنسيق عابرة دون نقص الأكسجة العالمي، تليها مرحلة ضخه عندما يكون تتم إزالة العراقيل واستعادة تدفق الدم. هذا يؤدي إلى إصابة أكثر اتساقا وقابلة للتكرار، وأكثر متعدية سريريا عن طريق التسبب في نمط إصابة مماثلة لتلك التي شوهدت في السكتة الدماغية حديثي الولادة فترة ولاية كاملة. وهذا يتيح للدراسة أنماط الإصابة التنسيق والاستجابات التعويضية في الأنسجة لم يصب.
التطبيقات المستقبلية بعد اتقان هذه التقنية
هذا النموذج يشبه السبب الأكثر شيوعا من السكتة الدماغية في حديثي الولادة الإنسان، وهو خثرة سادة عابرة التي تحدث خلال فترة ما حول الولادة 11 و 21. المسببات غير واضح تماما، وهو على الأرجح سياقاتها، ولكن يفترض في معظم الحالات رس تنجم عن الصمات يمر من المشيمة (11). وبالإضافة إلى ذلك، فإن العديد من الأطفال حديثي الولادة مع السكتة الدماغية فترة ما حول الولادة يفترض الحالية في كثير من الأحيان مع نوبة الصرع لاحق أو الفحص العصبي البؤري خفية تشوهات 22. وهذا يجعل استخدام نموذج إصابة متعدية ثابت لتحديد آليات تطور الإصابة والاستراتيجيات العلاجية الممكنة حاسمة.
The authors have nothing to disclose.
Funding was provided by the NIH K08 NS064094 and UCSF REAC grants. The authors would like to acknowledge Nikita Derguin, Zinalda Vexler, and Joel Faustino for their assistance in the development of this technique.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Isoflourane | Henry Schein | 50033 | anesthetic, at 3% |
Trinocular Surgioscope | World Precision Instruments | PSMT5N | |
Heating pad | Sunbeam | 000731-500-000 | low to medium setting |
IR Thermometer | Extech Instruments | 72-5270 | |
Retraction kit for small animals | Fine Science Tools | 18200-20 | |
CermaCut Scissors | Fine Science Tools | 14958-09 | |
Dumont #5SF Forceps | Fine Science Tools | 112522-00 | 2x |
Dumont #5/45 Forceps | Fine Science Tools | 11251-35 | 2x |
B-2 Micro Clamp | Fine Science Tools | 00398-02 | |
Forcepts for Clamp Application | Fine Science Tools | 00072-14 | |
Micro Vannas Scissors | Fine Science Tools | 15000-03 | 2mm cutting edge |
Occlusion Sutures | Doccol | 602123PK10 | 701712PK5Re |
Ruler | Fine Science Tools | ||
Hemostatic Agent | Avitene | DVL1010590 | |
6-0 Perma-Hand Silk Reverse CuttingSuture | Ethicon | 769G | |
Euthasol | Virbac | 710101 | 0.22 mL/kg |
Cotton Tipped Applicators | Henry Schein | 100-9249 | |
Laboratory Tape | VWR | 89097-990 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved