Name: Author Spotlight: Innovative Techniques and Future Directions in Stroke Research
Uploaded: 2023-05-05T14:50:00
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Gli autori ringraziano Kathy Gage per il suo supporto editoriale. Le figure dello schema sono state create con BioRender.com. Questo studio è stato sostenuto da fondi del Dipartimento di Anestesiologia (Duke University Medical Center) e da sovvenzioni NIH (NS099590, HL157354, NS117973 e NS127163).

Tutte le procedure descritte in questo lavoro sono condotte in conformità con le linee guida NIH per la cura e l'uso degli animali nella ricerca e il protocollo è stato approvato dal Comitato per la cura e l'uso degli animali del Duke Institute (IACUC). Per il presente studio sono stati utilizzati topi maschi C57Bl/6 giovani (8-10 settimane) e anziani (22 mesi). Una panoramica di questo protocollo è illustrata nella Figura 1.
1. Preparazione chirurgica</s...

Establishing a Transcranial Middle Cerebral Artery Occlusion Mice Model

<ol>
	<li>Tsao, C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heart+disease+and+stroke+statistics-2022+update:+a+report+from+the+American+Heart+Association.">Heart disease and stroke statistics-2022 update: a report from the American Heart Association.</a> Circulation. 145 (8), e153 (2022).</li><li>Nogueira, R. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thrombectomy+6+to+24+hours+after+stroke+with+a+mismatch+between+deficit+and+infarct.">Thrombectomy 6 to 24 hours after stroke with a mismatch between deficit and infarct.</a> The New England Journal of Medicine. 378 (1), 11-21 (2018).</li><li>Fisher, M., Savitz, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pharmacological+brain+cytoprotection+in+acute+ischaemic+stroke-renewed+hope+in+the+reperfusion+era.">Pharmacological brain cytoprotection in acute ischaemic stroke-renewed hope in the reperfusion era.</a> Nature Reviews Neurology. 18 (4), 193-202 (2022).</li><li>Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+middle+cerebral+artery+occlusion+without+craniectomy+in+rats.">Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats.</a> Stroke. 20 (1), 84-91 (1989).</li><li>Knauss, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+semiquantitative+non-invasive+measurement+of+PcomA+patency+in+C57BL/6+mice+explains+variance+in+ischemic+brain+damage+in+filament+MCAo.">A semiquantitative non-invasive measurement of PcomA patency in C57BL/6 mice explains variance in ischemic brain damage in filament MCAo.</a> Frontiers in Neuroscience. 14, 576741 (2020).</li><li>Yang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Post-ischemia+common+carotid+artery+occlusion+worsens+memory+loss,+but+not+sensorimotor+deficits,+in+long-term+survived+stroke+mice.">Post-ischemia common carotid artery occlusion worsens memory loss, but not sensorimotor deficits, in long-term survived stroke mice.</a> Brain Research Bulletin. 183, 153-161 (2022).</li><li>Wang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increasing+O-GlcNAcylation+is+neuroprotective+in+young+and+aged+brains+after+ischemic+stroke.">Increasing O-GlcNAcylation is neuroprotective in young and aged brains after ischemic stroke.</a> Experimental Neurology. 339, 113646 (2021).</li><li>Jiang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=XBP1+(X-box-binding+protein-1)-dependent+O-GlcNAcylation+Is+neuroprotective+in+ischemic+stroke+in+young+mice+and+its+impairment+in+aged+mice+is+rescued+by+thiamet-G.">XBP1 (X-box-binding protein-1)-dependent O-GlcNAcylation Is neuroprotective in ischemic stroke in young mice and its impairment in aged mice is rescued by thiamet-G.</a> Stroke. 48 (6), 1646-1654 (2017).</li><li>Li, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-cell+transcriptomic+analysis+of+the+immune+cell+landscape+in+the+aged+mouse+brain+after+ischemic+stroke.">Single-cell transcriptomic analysis of the immune cell landscape in the aged mouse brain after ischemic stroke.</a> Journal of Neuroinflammation. 19 (1), 83 (2022).</li><li>Li, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beneficial+effects+of+neuronal+ATF6+activation+in+permanent+ischemic+stroke.">Beneficial effects of neuronal ATF6 activation in permanent ischemic stroke.</a> Frontiers in Cellular Neuroscience. 16, 1016391 (2022).</li><li>Tamura, A., Graham, D. I., McCulloch, J., Teasdale, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Focal+cerebral+ischaemia+in+the+rat:+2.+Regional+cerebral+blood+flow+determined+by+[14C]iodoantipyrine+autoradiography+following+middle+cerebral+artery+occlusion.">Focal cerebral ischaemia in the rat: 2. Regional cerebral blood flow determined by [14C]iodoantipyrine autoradiography following middle cerebral artery occlusion.</a> Journal of Cerebral Blood Flow &amp; Metabolism. 1 (1), 61-69 (1981).</li><li>Tamura, A., Graham, D. I., McCulloch, J., Teasdale, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Focal+cerebral+ischaemia+in+the+rat:+1.+Description+of+technique+and+early+neuropathological+consequences+following+middle+cerebral+artery+occlusion.">Focal cerebral ischaemia in the rat: 1. Description of technique and early neuropathological consequences following middle cerebral artery occlusion.</a> Journal of Cerebral Blood Flow &amp; Metabolism. 1 (1), 53-60 (1981).</li></ol>

Il primo modello di occlusione transcranica MCA è stato stabilito nei ratti nel 1981 11,12 e sostituito dal modello MCAO senza craniectomia nel1989 4. L'occlusione transcranica iniziale dell'MCA aveva un ampio campo chirurgico, tale che l'intera arcata zigomatica veniva rimossa e i muscoli tirati lateralmente. I tessuti locali si sono gonfiati dopo l'intervento chirurgico, causando stress e diminuzione dell'assunzione di cibo per gli anim...

Quasi 800.000 persone subiscono un ictus negli Stati Uniti ogni anno e la maggior parte di questi ictus sonodi natura ischemica. Il ripristino tempestivo del flusso sanguigno cerebrale con attivatore tissutale del plasminogeno (tPA) e/o trombectomia è attualmente il trattamento più efficace per i pazienti colpiti da ictus; Tuttavia, il pieno recupero delle funzioni neurologiche a lungo termine è raro 2,3. Pertanto, la ricerca di una nuova terapia per l'ictus che miri al miglioramento funzionale è un'intensa area di ricerca che richiede modelli animali clinicamente rilevanti di ictus.
Il modello di ictus ischemico più comune nei roditori utilizza l'occlusione intraluminale dell'arteria cerebrale media (MCAO) per indurre l'ictus. In questo modello, inizialmente sviluppato da Zea Longa nel 1989, un filamento di nylon viene introdotto nell'arteria carotide interna (ICA) per bloccare il flusso sanguigno all'arteria cerebrale media (MCA)4. Tuttavia, questo modello presenta delle limitazioni. In primo luogo, quando il filamento viene inserito nell'ICA, anche il flusso sanguigno all'arteria cerebrale posteriore (PCA) potrebbe essere parzialmente bloccato, specialmente nei topi. Criticamente, l'arteria comunicante posteriore (PcomA), una piccola arteria che collega la circolazione cerebrale anteriore e posteriore, è spesso sottosviluppata in alcuni ceppi di topo, come C57Bl/6, il ceppo prevalentemente utilizzato nella ricerca sperimentale sull'ictus. Si ritiene che questa pervietà del PcomA contribuisca alla variabilità delle dimensioni della lesione nei topi dopo l'ictus5. Infatti, quando il flusso sanguigno al PCA scende precipitosamente durante l'MCAO e il PcomA non è in grado di fornire un flusso sanguigno collaterale sufficiente, l'infarto dell'ictus può espandersi nel territorio del PCA. Inoltre, in questo modello, una lunga durata dell'ischemia porta a una maggiore probabilità di mortalità nei topi. Di conseguenza, una breve durata MCAO di 30-60 minuti è tipicamente utilizzata nei topi. Tuttavia, la maggior parte dei pazienti colpiti da ictus sperimenta alcune ore di ischemia prima del trattamento di riperfusione. Pertanto, un modello di ictus murino con una durata estesa dell'ischemia è di elevata rilevanza clinica. 
L'obiettivo generale di questa procedura è quello di modellare l'ictus ischemico in topi che hanno un infarto di medie dimensioni e un eccellente tasso di sopravvivenza. Questo modello transcranico MCAO affronta gli attributi critici dell'ictus clinico, poiché è possibile eseguire un'ischemia prolungata e i topi anziani tollerano bene questo modello, consentendo la valutazione a lungo termine del recupero funzionale.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.25% bupivacaine</td>
			<td>Hospira</td>
			<td>NDC 0409-1159-18</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.9% sodium chloride</td>
			<td>ICU Medical</td>
			<td>NDC 0990-7983-03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2,3,5-Triphenyltetrazolium Chloride (TTC)&#160;</td>
			<td>Sigma or any available vendor</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20 G IV catheter</td>
			<td>BD</td>
			<td>381534</td>
			<td>20 GA 1.6 IN</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30 G needle</td>
			<td>BD</td>
			<td>305106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-0 silk suture</td>
			<td>Look</td>
			<td>SP116</td>
			<td>Black braided silk</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8-0 suture with needle&#160;</td>
			<td>Ethilon</td>
			<td>2822G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alcohol swabs</td>
			<td>BD</td>
			<td>326895</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anesthesia induction box</td>
			<td>Any suitable vendor</td>
			<td></td>
			<td>Pexiglass make&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrical grinder</td>
			<td>JSDA</td>
			<td>JD 700</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High temperature cautery loop tip</td>
			<td>Bovie</td>
			<td>AA03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Covetrus</td>
			<td>NDC 11695-6777-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser doppler perfusion monitor</td>
			<td>Moor Instruments</td>
			<td>moorVMS-LDF1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lubricant eye ointment</td>
			<td>Bausch + Lomb</td>
			<td>339081</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse rectal probe</td>
			<td>Physitemp</td>
			<td>RET-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrous Oxide</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>UN1070</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Otoscope</td>
			<td>Welchallyn</td>
			<td>728</td>
			<td>2.5 mm Speculum</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>UN1072</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Povidone-iodine</td>
			<td>CVS</td>
			<td>955338</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recovery box</td>
			<td>Brinsea&#160;</td>
			<td>TLC eco</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rimadyl (carprofen)</td>
			<td>Zoetis</td>
			<td>6100701</td>
			<td>Injectable 50 mg/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rodent ventilator</td>
			<td>Harvard</td>
			<td>Model 683</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature controller</td>
			<td>Physitemp</td>
			<td>TCAT-2DF&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triple antibioric &#38; pain relief</td>
			<td>CVS</td>
			<td>NDC 59770-823-56</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vaporizer</td>
			<td>RWD</td>
			<td>R583S</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a modified transcranial middle cerebral artery occlusion model to study stroke outcomes in aged mice

Nella ricerca sperimentale sull'ictus, l'occlusione dell'arteria cerebrale media (MCAO) con un filamento intraluminale è ampiamente utilizzata per modellare l'ictus ischemico nei topi. Il modello MCAO a filamento mostra tipicamente un infarto cerebrale massiccio nei topi C57Bl/6 che a volte include tessuto cerebrale nel territorio fornito dall'arteria cerebrale posteriore, che è in gran parte dovuta a un'elevata incidenza di atresia dell'arteria comunicante posteriore. Questo fenomeno è considerato uno dei principali fattori che contribuiscono all'alto tasso di mortalità osservato nei topi C57Bl/6 durante il recupero a lungo termine dell'ictus dopo il filamento MCAO. Pertanto, molti studi sull'ictus cronico sfruttano i modelli MCAO distali. Tuttavia, questi modelli di solito producono infarto solo nell'area della corteccia e, di conseguenza, la valutazione dei deficit neurologici post-ictus potrebbe essere una sfida. Questo studio ha stabilito un modello MCAO transcranico modificato in cui l'MCA al tronco è parzialmente occluso in modo permanente o transitorio attraverso una piccola finestra cranica. Poiché la posizione dell'occlusione è relativamente prossimale all'origine dell'MCA, questo modello genera danni cerebrali sia nella corteccia che nello striato. L'ampia caratterizzazione di questo modello ha dimostrato un eccellente tasso di sopravvivenza a lungo termine, anche nei topi anziani, nonché deficit neurologici facilmente rilevabili. Pertanto, il modello murino MCAO qui descritto rappresenta uno strumento prezioso per la ricerca sperimentale sull'ictus.

Nearly 800,000 people suffer a stroke in the US every year, and most of these strokes are ischemic in nature1. Timely restoration of the cerebral blood flow with tissue plasminogen activator (tPA) and/or thrombectomy is currently the most effective treatment for stroke patients; however, the full recovery of neurologic functions in the long term is rare2,3. Thus, searching for novel stroke therapy that targets functional improvement is an intense area of research that requires clinically relevant animal models of stroke. 
The most common ischemic stroke model in rodents uses intraluminal middle cerebral artery occlusion (MCAO) to induce stroke. In this model, initially developed by Zea Longa in 1989, a nylon filament is introduced into the internal carotid artery (ICA) to block the blood flow to the middle cerebral artery (MCA)4. However, this model has limitations. First, when the filament is inserted into the ICA, the blood flow to the posterior cerebral artery (PCA) could be partially blocked as well, especially in mice. Critically, the posterior communicating artery (PcomA), a small artery that connects anterior and posterior cerebral circulation, is frequently underdeveloped in some mouse strains, such as C57Bl/6, the strain predominantly used in experimental stroke research. This patency of the PcomA is believed to contribute to the variability in lesion size in mice after stroke5. Indeed, when blood flow to the PCA drops precipitously during MCAO, and the PcomA is unable to provide sufficient collateral blood flow, the stroke infarct can expand into the territory of the PCA. Moreover, in this model, a long duration of ischemia leads to a higher chance of mortality in mice. Consequently, a short MCAO duration of 30-60 min is typically used in mice. However, most stroke patients experience a few hours of ischemia before reperfusion treatment. Thus, a mouse stroke model with an extended duration of ischemia is of high clinical relevance. 
The overall goal of this procedure is to model ischemic stroke in mice that have a medium-sized infarct and an excellent survival rate. This transcranial MCAO model addresses critical attributes of clinical stroke, as prolonged ischemia can be performed, and aged mice tolerate this model well, allowing for the long-term assessment of functional recovery.

Author Spotlight: Innovative Techniques and Future Directions in Stroke Research 

Un modello modificato di occlusione dell'arteria cerebrale media transcranica per studiare gli esiti dell'ictus nei topi anziani

Stroke affects nearly 800, 000 people annually in the US.Around 87%of this, ischemic, presenting as a severe medical condition. However, there are limited treatment options available especially during the chronic stroke phase. Our research aims to develop a recovery enhancing therapy to reduce disability and improve the quality of life for stroke patients.They widely use the filament, the middle cerebral artery occlusion model, as a drawback where the inserted filament can block a blood flow to the posterior cerebral artery. The C57BL/6 in mice often have an undisturbed posterior communicating artery leading to a high mortality in the later chronic stroke recovery phase. Our modified transcranial middle cerebral artery occlusion model partially across the MCA at the trunk generating brain damage in the cortex and the striatum via a small cranial window.This model achieves a high long-term survival rate, detectable neurological deficits, and works well even in aged mice. Our transcranial MCAO model can incorporate the critical attributes of clinical stroke, such as delayed reperfusion, neurological deficits, and aging factor. This model can be used to evaluate the therapeutical potential of new stroke treatments on long-term function recovery.

Con una visione diretta al microscopio operatorio, è possibile confermare visivamente che il flusso sanguigno MCA è bloccato durante l'ischemia. Il nostro studio precedente ha mostrato una riduzione del flusso sanguigno dell'>80% nell'area ischemica utilizzando un monitor laser Doppler6. Al fine di determinare le variazioni del flusso sanguigno post-MCAO, LSCI può essere utilizzato per confermare ulteriormente l'insulto ischemico e la riperfusione (Figura 1). Infat...

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Questo protocollo dimostra un modello unico di ictus del topo con un infarto di medie dimensioni e un eccellente tasso di sopravvivenza. Questo modello consente ai ricercatori preclinici sull'ictus di estendere la durata dell'ischemia, utilizzare topi anziani e valutare gli esiti funzionali a lungo termine.

In experimental stroke research, middle cerebral artery occlusion (MCAO) with an intraluminal filament is widely used to model ischemic stroke in mice. ...

L'ictus colpisce quasi 800.000 persone all'anno negli Stati Uniti. Circa l'87% di questi, ischemico, si presenta come una condizione medica grave. Tuttavia, ci sono opzioni di trattamento limitate disponibili, soprattutto durante la fase di ictus cronico. La nostra ricerca mira a sviluppare una terapia di potenziamento del recupero per ridurre la disabilità e migliorare la qualità della vita dei pazienti colpiti da ictus.Usano ampiamente il filamento, il modello di occlusione dell'arteria cerebrale media, come inconveniente in cui il filamento inserito può bloccare un flusso sanguigno all'arteria cerebrale posteriore. Il C57BL/6 nei topi ha spesso un'arteria comunicante posteriore indisturbata che porta a un'elevata mortalità nella successiva fase di recupero dall'ictus cronico. Il nostro modello di occlusione dell'arteria cerebrale media transcranica modificata parzialmente attraverso l'MCA a livello del tronco che genera danni cerebrali nella corteccia e nello striato attraverso una piccola finestra cranica.Questo modello raggiunge un alto tasso di sopravvivenza a lungo termine, deficit neurologici rilevabili e funziona bene anche nei topi anziani. Il nostro modello MCAO transcranico può incorporare gli attributi critici dell'ictus clinico, come la riperfusione ritardata, i deficit neurologici e il fattore di invecchiamento. Questo modello può essere utilizzato per valutare il potenziale terapeutico dei nuovi trattamenti per l'ictus sul recupero funzionale a lungo termine.