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Method Article
This protocol describes repetitive hypoxic preconditioning, or brief exposures to systemic hypoxia that reduce infarct volumes and blood-brain barrier disruption following transient middle cerebral artery occlusion in mice. It also details dual quantification of infarct volume and blood-brain barrier disruption after stroke to assess the efficacy of neurovascular protection.
脳卒中の実験動物モデルは、ストロークの病態を理解し、より効果的な治療戦略を開発するための貴重なツールです。反復的な低酸素プレコンディショニング(RHP)2週間のプロトコルは、焦点虚血性脳卒中のマウスモデルにおいて、中枢神経系(CNS)損傷に対する長期保護を誘導します。 RHPは期間(2または4時間)と強度(8%と11%のO 2)の両方に変化する低酸素症に9確率的エクスポージャーで構成されています。 RHPは、内因性CNS-保護表現型の長期的な誘導を示唆し、梗塞体積、血液脳関門(BBB)の破壊、および低酸素への最後の暴露後の数週間のための脳卒中後の炎症反応を減少させます。梗塞体積及びBBB破壊の二重定量化のための方法は、RHPまたは他の推定上の神経保護剤を有するマウスにおける神経血管保護を評価するのに有効です。成人男性のスイスウェブスターマウスを21%OにRHPまたは期間と同等の曝露によって予め調整しました。 すなわち、室内空気)。 60分一過中大脳動脈閉塞(tMCAo)は、最後の低酸素曝露後の2週間誘導しました。閉塞および再灌流の両方が経頭蓋レーザドップラー流量測定によって確認しました。再灌流後の二十二時間、エバンスブルー(EB)を尾静脈注射を介して投与しました。 2時間後、動物をイソフルランの過剰投与、脳切片を2,3,5-塩化トリフェニルテトラゾリウム(TTC)で染色したことにより屠殺しました。梗塞容積を定量しました。次に、EBをtMCAo後にBBB破壊を決定するために、48時間かけて組織から抽出しました。要約すると、RHPは他のCNSベースおよびプロ炎症性全身疾患状態のための翻訳可能性のある、マウスにおける脳卒中損傷から長期内因性神経血管保護を誘導するために、最小限のコストで、複製することができる単純なプロトコルです。
成人障害と死因の第4位の主要な原因としては、脳卒中は、米国の成人人口が直面する最も衰弱性疾患状態の一つである。脳卒中の1動物モデルは、虚血性傷害を軽減する新しい方法の実験的調査を可能にし、脳卒中後の回復を改善します。そのようなトランスレーショナルリサーチのための新規な一道がプリコンディショニングされます。前処理は、その後、より重度の傷害からの損傷を低減するために、非損傷刺激の意図的な使用である。2低酸素プレコンディショニングは、 インビボおよびインビトロ試験の両方において脳卒中に対する保護を提供する脳内の多面的な変化をもたらすことが示されています。低比重低酸素しかし、低酸素に一回の露光のみ成体マウスにおける虚血に対する耐性未満の72時間の誘導、短期的な神経保護を提供しています3。でも14時間毎日のエクスポージャーの4週間後の4、Linら。 FOウントその神経保護は、一週間持続した。5繰り返し低酸素プレコンディショニング(RHP)頻度、期間、および低酸素曝露の強度の確率的変動によって特徴付けられます。単一プレコンディショニング課題とは対照的に、RHPはマウスで8週間まで持続脳保護表現型を誘導する。6 RHP、最終低酸素暴露後週間梗塞体積、血液脳関門(BBB)破壊、血管炎症、および白血球漏出を減少。 RHPは、具体的には、虚血性半球におけるB細胞集団を維持しながら、T細胞、単球、およびマクロファージ集団を減少させることにより、虚血性脳の炎症を減少させた。 図7は、実際には、RHPは、脳卒中を含む、任意のCNS 傷害の前に、マウスにおける免疫表現型を誘導しました。 RHP処理された健康なマウスから単離したRHP処理されたB細胞は、抗原提示および抗体産生の両方のダウンレギュレーションと、ユニークな抗炎症性の表現型を示しました。ザ炎症誘発性適応免疫機構の全体的な減少だけでなく、中枢神経系に特異的な炎症性疾患のための内因性の免疫抑制を誘導するためにRHPに優れた方法論になりますが、また前炎症性病変を含む全身損傷または疾患モデル。
RHPは一過性の中大脳動脈閉塞(tMCAo)以下の梗塞体積およびBBB破壊の両方を低減します。このような一般的に使用されるtMCAoとして脳卒中の動物モデルは、劇的に脳卒中の病態生理の理解だけでなく、より効果的な神経治療薬の設計を改善します。まず、小泉らによって開発された1986年に、8 tMCAo手順は、広く使用されているげっ歯類において脳卒中を誘導する方法と、再灌流後の炎症を調査するための好ましい方法の一つです。 tMCAoための方法が進化するにつれて、シリコーンコートフィラメントのより最近の使用は、他のモデル9,10 <と比較して、くも膜下出血の危険性を減らします/ SUP>残念ながらtMCAoは、多くの場合、梗塞量に大きなばらつきを生成してもして、信頼性を向上させる。11-13これらの研究のほとんどは、2,3,5-トリフェニルクロリド(TTC)で染色することによって冠状脳切片における梗塞領域の輪郭を描く、考え梗塞定量化のためのゴールドスタンダードは、鮮やかな、複製可能な結果を生成するための簡単で安価な方法であるためです。 TTCは、ミトコンドリア内に存在する脱水素酵素の基質として機能します。脳切片をTTC溶液にさらされると、ホルマザン、非水溶性の還元生成物は、生存可能なミトコンドリアの深い赤色の沈殿ところ、TTCを選択的に生細胞内に取り込まれます。そのため、虚血組織におけるミトコンドリア機能障害のため、この組織が 損傷を受け、健康な組織の分化を可能にする、白のまま。14
RHPはまた、虚血性半球におけるBBB破壊を減少させる。6したがって、同じB内のBBBの整合性の二重の定量化をTTCベース梗塞ボリュームと雨は、内因性の保護の完全な有効性に関する有用な情報、および未処理と処理された動物におけるBBB破壊および梗塞の間の潜在的な因果関係を提供する15の測定します。脳卒中の二次破砕BBBを介して末梢血の流入は、最終的には虚血性脳卒中の患者における感染と死亡率を増加させ、虚血性半球で白血球集団、炎症性サイトカイン、酸化ストレス、血管原性浮腫、出血性転換を増加させます。16,17動物モデルにおいてBBB破壊を測定する一般的な方法は、脳へのエバンスブルー(EB)色素漏出の定量化によるものである。15,18-21 EBを選択的にアルブミン、球状タンパク質を血清に結合する(MW = 65kDaの)それは無傷の動物でBBBを通過していません。22虚血性脳卒中後、EBは、脳に浸透し、光学濃度withiの測定を可能にする、620 nmで蛍光を発しますnは灌流が実質を負傷。22光学密度はEBは経心臓灌流によって死後皮質血管系から洗い流されたBBBの透過性に正比例します。 EBを投与した動物におけるTTC染色脳の即時処理により、梗塞容積及びBBB破壊の両方を効果的に定量することができます。これは、神経損傷およびBBBの破壊は、脳卒中後の脳の同時処理ではないことに留意すべきである、23,24ので屠殺時の選択は重要な考慮事項です。
詳細RHP方法、そのモデルヒト患者において、中大脳動脈閉塞、神経および血管脳卒中損傷エンドポイントを決定するための二重の組織学的方法を、一時的な動脈閉塞を誘導するためのtMCAo方法を以下のプロトコル。 TTCは、全体の梗塞体積の定量化を可能にする、細胞死および累積的組織損傷を測定します梅、EBはBBB損傷の半球定量化を提供します。
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注:このプロトコルは、実験動物の使用のための健康のための国立研究所(NIH)のポリシーを遵守していUTサウスウェスタン医療センターの施設内動物管理使用委員会(IACUC)によって承認されました。
1.繰り返し低酸素プレコンディショニング
2.過渡中大脳動脈閉塞(tMCAo)
3.エバンスブルー(EB)注射
4. 2,3,5-トリフェニル塩化(TTC)染色
5.梗塞体積の定量化
6.血液脳関門(BBB)の整合性の定量化
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本研究では、10週齢がRHPに無作為化の開始時であった(N = 10)25の雄Swiss Websterマウスまたは21%のO 2(N = 15)のグループが含まれていました。二週間最終RHP曝露後、外科的処置は盲検基により行い、日の間相殺します。 tMCAoに続いて、1マウスは、術後の回復中に死亡し、再灌流CBF基準を満たしていなかったので、1マウスは研究から除外しました。両方除外マウスは、21%O 2群?...
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全身低酸素症マウスでの( すなわち、2時間11%O 2の)への単回暴露は「一過性」 -短い持続である低酸素プレコンディショニングの課題へのエピジェネティックな応答を意味tMCAo、29から脳を保護し、ベースラインの表現型は、内に復元され、日。低酸素プレコンディショニング刺激の繰り返しプレゼンテーションは劇的に神経保護表現型の持続時間を延ばす。6
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The authors have nothing to disclose.
Special thanks to the Gidday lab for their work in developing the RHP protocol, as well as the Neuro-Models Facility (UTSW) for their assistance in the tMCAo surgeries. This work was supported by grants from the American Heart Association (AMS), The Haggerty Center for Brain Injury and Repair (UTSW; AMS), and The Spastic Paralysis Research Foundation of the Illinois-Eastern Iowa District of Kiwanis International (JMG).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Flowmeters, regulators | VetEquip, Inc | Specialty order | Four flowmeters are attached to 6.0 mm flexible PVC tubing which connects to the inlet port on each induction chamber with a plastic female connector. These flowmeters are bolted to a 6.5" x 1" x 1" metal bar. This metal bar is bolted to a MI-246-P pressure gauge with a DISS outlet. This pressure gauge and flowmeter equipment can be attached to each new gas cylinder with a wrench. |
21% O2 tank | AirGas | OX USP200 | |
11% O2 tank | AirGas | Specialty order | |
8% O2 tank | AirGas | Specialty order | |
15 L induction chambers | VetEquip | 941454 | |
Moor Laber Dopper Flow | Moor Instruments | moorVMS-LDF1-HP | 0.8 mm diameter probe |
High Intensity Illuminator | Nikon | NI-150 | |
Zoom Stereo Microscope | NIkon | SMZ800 | Other surgical microscopes may be used. |
Kent Scientific Right Temperature CODA | Kent Scientific Corporation | Discontinued | Recommended replacement is PhysioSuite with RightTemp Temperature Monitoring and Homeothermic Control (Kent Scientific, #PS-RT). |
Hovabator Incubator | Stromberg's | 2362-E | Our model is the 2362N. 2362E is a later model and includes an electronic thermostat. |
V010 Anesthesia system | VetEquip | 901807 | Includes: ten foot high-pressure oxygen hose, frame, flowmeter, oxygen flush assembly, vaporizer, breathing circuit, chamber, nosecones, waste gas evacuation tubing and two VapoGuard filters |
250 ml isoflurane | Butler Schein | NDC-11695 | |
D-6 Vet Trim Animal Cordless Trimmer | Andis | #23905 | Replacement blades are available from Andis (#23995) |
Betadine | Fisher Scientific | 19-898-867 | |
Q-tips | Multiple sellers | Catalog number not available | |
Gauze Pads | Fisher Scientific | 67622 | |
Surgical drape | Fisher Scientific | GM300 | |
Silk Sutures | Look/Div Surgical Specialties | SP115 | |
Nylon Sutures | Look/Div Surgical Specialties | SP185 | |
Durmont #5 forceps (2) | Fine Science Tools | 11251-35 | Angled 45° |
Surgical Scissors | Fine Science Tools | 14028-10 | |
3 mm Vannas | Kent Scientific Corporation | INS600177 | Straight blade |
Hartman Hemostats | Fine Scientific Tools | 13002-10 | |
Occluding filaments | Washington University | Specialty order | Filaments are silicone coated at Washington Univeristy and provided to UTSW facilities for a fee. |
Evans Blue | Sigma Aldritch | E2129-10G | |
Filter Paper | Sigma Aldritch | WHA1001150 | 150 mm, circles, Grade 1 |
Weigh Boats | Fisher Scientific | 02-202-101 | 2.5" diameter |
0.9% Sodium Chloride Injection USP | Baxter Pharmaceutics | 2B1321 | |
0.3 cc insulin syringe with 29 gauge needle | Becton Dickinson Labware | 309301 | |
Flat bottom restrainer | Braintree Scientific | FB M | 2.0" diameter |
TTC | Sigma | T8877 | |
10x PBS, pH 7.4 | Fisher Scientific | BP399-20 | |
Water Bath | Multiple sellers | Catalog number not available | Scintillation tubes with TTC may be manually held under running warm water as an alternative to the water bath. |
Styrofoam board | Multiple sellers | Catalog number not available | |
Large Syringe Kit | PumpSystems Inc | P-SYRKIT-LG | |
Perfusion Pump | PumpSystems Inc | NE-300 | |
60 cc syringe | Fisher Scientific | NC9203256 | |
27 gauge winged infusion set | Kawasumi Laboratories, Inc | D3K1-25G 1 | |
20 ml scintillation vial | Fisher Scientific | 50-367-126 | |
Stainless steel spatula | Fisher Scientific | 14-373-25A | |
Alto acrylic 1.0 mm mouse brain, coronal | CellPoint Scientific | Catalog number not available | |
0.21 mm stainless steel blades, 25 pk | CellPoint Scientific | Catalog number not available | Reusable cryostat blades are an inexpensive alternative. |
4% paraformaldehyde | Santa Cruz Biotechnology | SC-281692 | |
Superfrost microscope slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
HP Scanjet G4050 | Multiple sellers | Catalog number not available | Other commercial scanners are suitable for this step in the protocol. |
ImageJ | National Institute of Health | Catalog number not available | |
Analytical Balance | Mettler Toledo | XSE 205U | |
Precision Compact Oven | Thermo Scientific | PR305225M | |
1.7 ml microcentrifuge tubes (Eppendorfs) | Denville Scientific | C2170 | |
Formamide | Fisher Scientific | BP228-100 | |
96-well plates | Fisher Scientific | 07-200-9 | |
Epoch Microplate Spectrophotometer | BioTek | Catalog number not available |
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