マウスにおける脳卒中のモデリング:外頸動脈を介した過渡中脳動脈閉塞

要約

中大脳動脈閉塞の異なるモデル(MCAo)は、実験的な脳卒中研究で使用されています。ここでは、外部頸動脈(ECA)を介した一過性MCAoの実験的ストロークモデルについて説明し、これは、自然血栓溶解または治療のために脳血管血栓が除去されるヒトの脳卒中を模倣することを目的とする。

要約

脳卒中は、先進国における死亡の第3の最も一般的な原因であり、成人後天障害の主な原因である。現在までに、治療の選択肢は、脳卒中後最初の1時間以内に脳卒中患者のごく一部に制限されている。新しい治療戦略は、特に治療時間を延長するために広範囲に調査されています。これらの現在の調査には、脳卒中後の重要な病態生理学的経路の研究が含まれます, 例えば脳卒中後の炎症, 血管新生, 神経可塑性, 再生.過去10年間、独立した研究グループ間での実験結果や科学的知見の再現性が悪いという懸念が高まっています。いわゆる「レプリケーション危機」を克服するためには、すべての手続きのための詳細な標準化されたモデルが緊急に必要とされます。「ImmunoStroke」研究コンソーシアム(https://immunostroke.de/)における取り組みとして、一過性中大脳動脈閉塞(MCAo)の標準化されたマウスモデルが提案されている。このモデルは、フィラメントの除去時に血流を完全に回復させ、人間の脳卒中の大部分で起こる治療的または自発的な血栓の起こりをシミュレートする。この「フィラメント」ストロークモデルの外科的処置とその機能分析のためのツールは、付随するビデオで示されています。

概要

脳卒中は、世界中の死亡と障害の最も一般的な原因の一つです。主に2つの異なる形態の脳卒中があり、虚血性と出血性があり、全脳卒中症例の80~85%が虚血性¹である。現在、虚血性脳卒中の患者には、組換え組織プラスミノーゲン活性化剤(rtPA)または機械的血栓切れによる薬理学的治療の2つの治療法のみが利用可能です。しかし、狭い治療時間枠と複数の除外基準のために、選択された患者の数だけがこれらの特定の治療オプションの恩恵を受けることができます。過去20年間で、 前臨床およびトランスレーショナル脳卒中研究は神経保護アプローチの研究に焦点を当ててきました。しかし、臨床試験に到達したすべての化合物は、これまでのところ患者²に対する改善を示していない。

in vitroモデルでは、脳卒中の脳相互作用や病態生理学的メカニズムをすべて正確に再現できないため、動物モデルは前臨床脳卒中研究にとって非常に重要です。しかし、虚血性脳卒中は非常に複雑で不均一な疾患であるため、ヒト虚血性脳卒中のすべての側面を単一の動物モデルで模倣することは不可能である。このため、異なる虚血性脳卒中モデルが異なる種で経時開発されてきた。中大脳動脈の大脳動脈または永久遠位閉塞(MCA)の光血栓症は、新皮質^3、4において小さく、局所的に定義された病変を誘導するモデルとして一般的に用^{いられている}。これらに加えて、最も一般的に使用されるストロークモデルは、おそらくMCAの過渡的な閉塞が達成されるいわゆる「フィラメントモデル」である。このモデルは、MCAの起源に縫合フィラメントを一過性に導入し、脳血流の急激な減少と皮質下および皮質脳領域のその後の大梗塞に至る^5。ほとんどのストロークモデルはMCA閉塞⁶を模倣するが、「フィラメントモデル」は虚血時間の正確な区切りを可能にする。フィラメント除去による再灌流は、血栓溶解(rtPAまたは機械的血栓切除術)後の脳血流回復のヒト臨床シナリオを模倣する。現在までに、この「フィラメントモデル」の異なる変更が記載されている。最も一般的なアプローチでは、最初にLongaらによって記述されます。1989^年5月、シリコンコーティングされたフィラメントが、共通の頸動脈(CCA)を介してMCA 7の起源に導入^される。広く使用されているアプローチですが、このモデルでは、フィラメントの除去後にCCAが永久に結紮されるため、再灌流時の血流の完全な回復はできません。

過去10年間、この「フィラメントモデル」を用いてマウスの脳卒中をモデル化することに関心を持つ研究グループが増えています。しかしながら、このモデルのかなりのばらつきと、手順の標準化の欠如は^{、これまでに報告}された実験結果と科学的知見の変動性が高く、再現性が悪い理由の一部^{である2,8。}現在の「複製危機」の潜在的な原因は、研究所間での再現性の低さに言及し、同じ実験方法論9を用いた研究グループ間の非比較的な脳卒中梗塞量^である。実際、最初の前臨床無作為化対照多施設試験試験¹⁰を実施した結果、この実験ストロークモデルの十分な標準化の欠如とその後の結果パラメータが、独立した実験室間の前臨床試験における再現性の失敗の主な理由であることを確認することができました¹¹.結果として生じる梗塞サイズの劇的な違いは、同じストロークモデルを使用しているにもかかわらず、確認研究だけでなく、堅牢で再現可能なモデルの欠如による科学的コラボレーションにも脅威を与える。

これらの課題を踏まえ、「ImmunoStroke」研究コンソーシアム(https://immunostroke.de/)における共同研究に用いられている標準化された過渡性MCAoモデルの手順を開発し、詳細に記述することを目指しました。このコンソーシアムは、脳卒中回復の機械主義の根底にある脳と免疫の相互作用を理解することを目的としています。さらに、脳卒中の結果分析のための組織学的および関連する機能法が提示される。すべての方法は、ImmunoStrokeコンソーシアムのすべての研究所で使用される確立された標準的な操作手順に基づいています。

プロトコル

このビデオで報告された実験は、実験動物の使用に関する国家ガイドラインに従って行われ、プロトコルはドイツ政府委員会(ドイツのドイツ、ミュンヘン、ドイツ)によって承認されました。10週齢の雄C57Bl/6Jマウスを使用し、制御温度(22±2°C)で収容し、12時間の明暗サイクル期間とペレット食品および水 アドリビタムへのアクセスを行った。

1. 材料と機器の準備

1. 熱毛布を接続して、麻酔中の操作領域の温度とマウス体温を37°Cに保ちます。
2. オートクレーブはさみおよび鉗子は、70%エタノール溶液を準備し、利用可能なデブンタンテノールの目軟膏、綿のいくつかの部分、および5-0コーティングされた編組ポリエステル縫合糸を使用する準備ができておきます。動物の切開部位を水分補給するために、0.9%の生理食塩水(針なし)で1 mLシリンジを調製します。麻酔ガス(100%O2+イソフルラン)を準備します。
3. 10 μL ピペットチップ(3~5 mm)の先端を切って、レーザードップラープローブ用のホルダーを準備します。
   注:すべての器具は熱いビードの殺菌器を使用して殺菌される。表面はまた、微生物消毒スプレーで手術の前後に消毒されます。手術前、マウスの頭と胸の周囲の領域は、創傷消毒スプレーで消毒されます。

2. レーザードップラーの準備

1. 手術の30分前にマウスに鎮痛薬を注入する(4mg/kgカルプロフェンおよび0,1mg/kgブプレノルフィン、腹腔内)。
2. 自発的な身体運動とビブリッサエの停止まで4%のイソフルラン流量で誘導室に置くことによって、マウスを麻酔します。
3. 麻酔マスク内の鼻を持つ操作領域の起こりやすい位置にマウスを置きます。さらに4%のイオブルラン濃度を維持し、それを減らし、2%に保ちます。
4. 37°Cでマウスの体温を維持するために関連するフィードバック制御加熱パッドを設定し、外科的処置全体の温度を監視するために直腸プローブを静かに挿入します。
5. 両目にデブサンテノール眼軟膏を適用する。
6. 左目と耳を取り巻く皮膚や毛髪を70%エタノールで消毒します。
7. 頭皮を左耳と目(長さ1cm)の間で切り、頭蓋骨を露出させる。
8. 頭蓋の下のMCAを視覚化するために、側頭筋を切断して退断します。
9. レーザードップラープローブ/ファイバーを左MCAの上に接着剤で固定して、先端の外側の部分を接着剤で固定します。次に、皮膚を接着して、先端ホルダーの周りの傷口を閉じます。2~3滴の硬化剤を塗布して、プロセスをスピードアップします。レーザードップラー繊維が接着されておらず、いつでも簡単にチップホルダーから取り外しできることを確認してください。

3. 過渡MCAoモデル(オクルージョン)

1. マウスを上の位置に回します。スパウトを麻酔コーンに入れ、足をテープで固定します。
2. 胸部を取り巻く皮膚や毛髪を消毒し、首に長さ2cmの中線切開を行います。
3. 鉗子を使用して皮膚と顎下腺を引き離します。胸骨筋を保持し、外科分野を露出させ、左共通頸動脈(CCA)を見つけるためにリトラクターを使用してください。結合組織および周囲の神経から解放されたCCAを解剖し(迷走神経に害を与えることなく)、分岐前に一過性の結紮を行う。
4. 外的頸動脈(ECA)を解剖し、最も遠位の目に見える部分で永久結び目を結ぶ。ECAの下に別の縫合線を配置し、分岐の近くに配置し、後で使用する緩い結び目を準備します。
5. 内部頸動脈(ICA)を解剖し、その上に微小血管クリップを置き、分岐の上に5mm。迷走神経を傷めないようにしてください。
6. タイトと緩い結紮の間のECAに小さな穴をカットします。ECA全体をカットしないように注意してください。
7. フィラメントを導入し、CCAに向かって進めます。管腔の周りのECAの緩い結紮を締めて、その位置のフィラメントをすぐに固定し、微小血管クリップを取り外すときに出血を避けます。
8. マイクロ血管クリップを取り外し、レーザードップラーで測定した脳血流の急激な減少(>80%)を検出することによってMCAの起源に達するまでICAを通してフィラメントを挿入します。さらに、ECAの周りの結び目を引き締めることによって、この位置のフィラメントを固定します。
   注:フィラメントが適切な方向に向かうと、スムーズに進み、抵抗は見られないようにしてください。
9. フィラメント挿入前と後のレーザードップラー値を記録します。
10. リトラクタを取り除き、創傷を縫合する前に胸骨筋と顎下腺を再配置する。レーザードップラープローブを取り外し、37°Cの回収室に1時間(フィラメント除去まで)を入れます。

4. 過渡MCAoモデル(リパーフュージョン)

1. 自発的な身体運動とビブリッサエの停止まで4%のイソフルラン流量で誘導室に置くことによって、マウスを麻酔します。
2. 両目にデブサンテノール眼軟膏を適用する。
3. 麻酔マスクの中に、そのスナを伴う操作領域の起こりやすい位置にマウスを置きます。さらに4%のイオブルラン濃度を維持し、それを減らし、2%に保ちます。テープで動物の足を固定します。
4. レーザードップラープローブをプローブホルダーに挿入します。
5. 創傷縫合糸を取り除き、皮膚と顎下腺を引き離すために鉗子を使用する。胸骨筋を優しく引っ張り、外科分野を露出させるためにレトラクターを使用してください。
6. フィラメントを引き締めるECA縫合を緩め、そっとフィラメントを引っ張ります。除去中にフィラメントのシリコーンゴムコーティングを損傷しないようにしてください。
7. ECA縫合糸をしっかりと結びます。
8. レーザードップラー装置における脳血流の増加を確認する(再灌流前の初期値の>80%)。
9. フィラメント除去の前後にレーザードップラー値を記録します。
10. CCAからの分岐の前に一過性の結紮を開く。
11. リトラクタを取り外し、創傷を縫合する前に胸骨筋と顎下腺を再配置する。動物を37°Cの回復室に1時間置き、麻酔から回復します。
12. 回復後、マウスを温度制御された部屋のケージに戻します。
13. 手術後3日目までケージの床に小さなペトリ皿にウェットフードペレットとヒドロゲルを加えることで、動物の世話をします。
14. 手術後3d(4mg /kgカルプロフェンおよび0.1mg/kgブプレノルフィン)に対して12時間ごとに鎮痛を注入する。

5. シャム操作

1. 上述の手順は、動脈の結紮およびフィラメントの導入を含む全ての手順を行う(ステップ1〜3.7)。
2. フィラメントを挿入した直後に取り外します。その後、動物を1時間回収室に入れます。
3. 再度操作領域に動物を置き、完全な脳血流回復を確実にするためにCCAの一過性の結紮を除去する。
4. 創傷を縫合し、麻酔から回復するために1時間37°Cの回収室に動物を入れた。回復後、マウスを温度制御された部屋のケージに戻します。
5. 手術後3日目までケージの床に小さなペトリ皿にウェットフードペレットとヒドロゲルを加えることで、動物の世話をします。
6. 手術後3d(4mg /kgカルプロフェンおよび0.1mg/kgブプレノルフィン)に対して12時間ごとに鎮痛を注入する。

6. ニューロスコア

1. ニューロスコアは常に同じ時間帯に実行し、個々の外科医の間で「中立的な臭い」を維持するために外科服を使用します。
2. マウスは、テストの前に「開いた」ケージで部屋の中で30分間休ませます。
3. 表 1と表 2の各項目を 30 s で観察します。

7. 心臓内灌流

1. リン酸緩衝生理食塩水(PBS)-ヘパリン(2 U/mL)を含む20mLシリンジを準備し、重力駆動灌流を容易にするためにベンチの上に1m置きます。(任意:4%パラホルムアルデヒド(PFA)を用いて、PBS、pH7.4で4%PFAを含む20mLシリンジを用いて心臓内灌流を行う。
2. ケタミンとキシラジン(それぞれ120と16mg/kgの体重)のイントルペリトン100 μLを注入します。5分待って、自発的な身体運動とビブリッサエの停止を確認します。
3. 動物を圧出位置に固定し、70%エタノールで腹部体表面を消毒する。
4. 腹部に3cmの切開を行います;ダイヤフラム、肋骨、胸骨を切って心臓を完全に視覚化する。
5. 右心房に小さな切開を行い、左心室に輸血カニューレを挿入します。
6. PBS-ヘパリン20 mLを使用したパーフューズ。
7. 灌流後、動物の首を切り落とし、脳を取り除きます。
8. 粉末ドライアイスで脳を凍らせ、さらに使用するまで-80°Cで保存します。

8. 梗塞容積測定

1. 凍結切断には、クライオスタットを使用して、脳を400μmごとに20μmの厚さのセクションに切断します。セクションをスライドに置き、使用するまで-80 °Cでスライドを保管してください。
2. クレシルバイオレット(CV)染色
   1. 500mLの_H2OでCVアセテートを溶解するまで撹拌・加熱(60°C)0.5gで染色液を調製します。溶液が冷めた後、暗いボトルに保管してください。60°Cに再加熱し、すべての使用前にフィルター。
   2. スライドを室温で30分間乾燥させます。95%エタノールに15分間、70%エタノールで1分間、50%エタノールで1分間浸します。
   3. 2分間蒸留水にスライドを浸します。蒸留水をリフレッシュし、スライドを水に1分間入れます。その後、スライドを60°Cで10分間予熱染色液に浸します。 スライドを蒸留水で2回1分間洗います。
   4. スライドを95%エタノールに2分間浸漬します。5分間、100%エタノールに入れる。100%エタノールをリフレッシュし、2分間エタノールにスライドを再び入れる。その後、スライドを取り付け媒体で覆います。
   5. 分析 (図 4C)
      1. スライドをスキャンし、スワンソン法¹² で間接梗塞の体積を分析し、次の式を使用して浮腫を補正します。
         (虚血領域)=(虚血領域)((イプシアテラミカル半球)-(対角半球))

結果

ここで説明するモデルは、一般的に使用される「フィラメント」ストロークモデルの改変であり、これは、MCAの起源を一時的に遮断するためにECAを介してシリコンコーティングされたフィラメントを導入することから成っている(図1)。フィラメントを除去した後、ECA内の血流のみが永久に停止し、CCAおよびICAの完全な再活性化を可能にする。これにより、ヒト患者にお?...

ディスカッション

本プロトコルは、標準化された過渡MCAoモデルを確立するためのドイツの多施設研究コンソーシアム(「ImmunoStroke」)の合意に基づく実験的ストロークモデルを記述する。ECAを介してシリコンコートフィラメントを導入してMCAの原点に導入した一過性MCAoモデルは、閉塞期間を経て動脈再灌流を達成するために最も広く使用されているストロークモデルの1つです。したがって、この手順は、翻訳?...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
45° ramp	H&S Kunststofftechnik		height: 18 cm
5/0 threat	Pearsalls	10C103000
5 mL Syringe	Braun
Acetic Acid	Sigma Life Science	695092
Anesthesia system for isoflurane	Drager
Bepanthen pomade	Bayer
C57Bl/6J mice	Charles River	000664
Clamp	FST	12500-12
Clip	FST	18055-04
Clip holder	FST	18057-14
Cotons	NOBA Verbondmitel Danz	974116
Cresyl violet	Sigma Life Science	C5042-10G
Cryostat	Thermo Scientific CryoStarNX70
Ethanol 70%	CLN Chemikalien Laborbedorf	521005
Ethanol 96%	CLN Chemikalien Laborbedorf	522078
Ethanol 99%	CLN Chemikalien Laborbedorf	ETO-5000-99-1
Filaments	Doccol	602112PK5Re
Fine 45 angled forceps	FST	11251-35
Fine forceps	FST	11252-23
Fine Scissors	FST	14094-11
Glue	Orechseln	BSI-112
Hardener Glue	Drechseln & Mehr	BSI-151
Heating blanket	FHC DC Temperature Controller
Isoflurane	Abbot	B506
Isopentane	Fluka	59070
Ketamine	Inresa Arzneimittel GmbH
Laser Doppler	Perimed	PF 5010 LDPM, Periflux System 5000
Laser Doppler probe	Perimed	91-00123
Phosphate Buffered Saline pH: 7.4	Apotheke Innestadt Uni Munchen	P32799
Recovery chamber	Mediheat
Roti-Histokit mounting medium	Roth	6638.1
Saline solution	Braun	131321
Scalpel	Feather	02.001.30.011
Silicon-coated filaments	Doccol	602112PK5Re
Stereomicropscope	Leica	M80
Superfrost Plus Slides	Thermo Scientific	J1800AMNZ
Vannas Spring Scissors	FST	15000-00
Xylacine	Albrecht