حقن Intrastriatal من ذاتي الدم أو اللاهوائية كولاجيناز كنماذج الفئران من نزف الدماغي الداخلي
Summary
Preclinical models of intracerebral hemorrhage are utilized to mimic certain aspects of clinical disease. Thus, mechanisms of injury and potential therapeutic strategies may be explored. In this protocol, two models of intracerebral hemorrhage are described, intrastriatal (basal ganglia) injections of autologous blood or collagenase.
Abstract
نزيف داخل المخ (ICH) هو شكل شائع من الأمراض الدماغية الوعائية ويترافق مع معدلات الاعتلال والوفيات كبيرة. نقص العلاج الفعال وفشل التجارب السريرية الكبيرة التي تستهدف الارقاء وإزالة جلطة تظهر الحاجة لمزيد من التحقيق يحركها آلية ICH. قد يتم تنفيذ هذا البحث من خلال الإطار الذي توفره نماذج قبل السريرية. وتشمل نموذجين الفئران في استخدام شعبية intrastriatal (العقد القاعدية) حقن الدم كله إما ذاتي أو كولاجيناز المطثية. منذ ذلك الحين، كل نموذج يمثل الميزات الفيزيولوجية المرضية تختلف اختلافا واضحا المتعلقة ICH، يمكن اختيار استخدام نموذج معين بناء على ما الجانب من المرض لدراستها. على سبيل المثال، وحقن الدم الذاتي يمثل أكثر دقة استجابة الدماغ على وجود الدم intraparenchymal، ويمكن تكرار أوثق فصي النزف. المطثية حقن كولاجيناز يمثل أكثر دقة لياليتمزق الأوعية مول وتطور ورم دموي سمات نزيف عميق. وبالتالي، فإن كل نتائج النموذج في تشكيل مختلف ورم دموي، والاستجابة neuroinflammatory والتنمية وذمة دماغية، ونتائج السلوك العصبي. قوة من التدخل العلاجي المزعوم يمكن أن يكون أفضل تقييمها باستخدام كلا النموذجين. في هذا البروتوكول، وأظهرت تحريض ICH باستخدام كلا النموذجين، مظاهرة بعد الجراحة الفورية للإصابة، وتقنيات الرعاية اللاحقة للعمليات الجراحية في وقت مبكر. كلا النموذجين تؤدي الى سقوط ضحايا استنساخه، وحجم ورم دموي، والعجز السلوك العصبي. بسبب عدم تجانس ICH الإنسان، وهناك حاجة إلى نماذج متعددة قبل السريرية لاستكشاف آليات الفسيولوجية المرضية بدقة واختبار الاستراتيجيات العلاجية المحتملة.
Introduction
نزيف داخل المخ (ICH) هو شكل شائع نسبيا من الأمراض الدماغية الوعائية مع ما يقرب من 40-50٪ من المرضى المصابين يموتون في غضون 30 يوما 1. للأسف، أحرز تحسن طفيف في معدل وفيات خلال ال 20 سنة الماضية 2. وأكد تقارير من المعاهد الوطنية للصحة (3) والمبادئ التوجيهية من جمعية القلب الأمريكية 4 على أهمية تطوير النماذج ذات الصلة سريريا من ICH تمديد فهم الفيزيولوجيا المرضية ووضع أهداف للنهج علاجية جديدة.
وتوجد عدة نماذج لمحاكاة ICH الإنسان 5. كما فهم ICH نضوج الفيزيولوجيا المرضية، فقد أصبح من الواضح أن مجموعة متنوعة من النماذج التي يمكن استخدامها لدراسة جوانب مختلفة من هذا المرض. وتشمل النماذج المستخدمة سابقا الفئران اميلويد اعتلال وعائي 6، intraparenchymal الإدراج microballoon والتضخم 7، والدم الشرياني المباشرتسلل 8،9. تم غرار فصي نزف من اميلويد اعتلال وعائي مع استخدام الفئران المعدلة وراثيا، ويمثل التراث الثقافي غير المادي سلالة متميزة. نماذج تحاكي تأثير Microballoon الشامل الحاد من تشكيل ورم دموي لكنه يفشل في التقاط استجابة الدماغ الخلوية إلى وجود الدم. أخيرا، مباشرة تسلل الدم الشرياني يخضع الدماغ للضغوط الشرياني من الشريان الفخذي. وهكذا، وهذا يحاكي نموذج الضغوط الشرياني ووجود الدم ولكن لا تعرض الدماغ لإصابة تمزق الاوعية الدموية الدقيقة من الأوعية الدموية الصغيرة. علاوة على ذلك، هذا النموذج قد تقلب عالية بطبيعتها. ومن المثير للاهتمام، الفئران ارتفاع ضغط الدم بشكل عفوي 10 تطوير عفوية ICH مع تقدمهم في السن. دراسة هذه الحيوانات بعد تطوير ICH قد تحاكي المرض في وجود واحد من الأمراض المصاحبة الرئيسية المهيئة للتراث الثقافي غير المادي البشر. في حين توجد هذه النماذج الأخرى، حقن intrastriatal من اللاهوائية كولاجيناز 11 أو حقن instrastiatal لالدم الكامل utologous 12 هي، في الوقت الراهن، واثنين من النماذج الأكثر شيوعا التي تستخدم في البحوث قبل السريرية ICH.
وينبغي بذل ICH اختيار نموذج استنادا إلى الهدف من السؤال التجريبية، بما في ذلك اختيار الأنواع وطريقة حمل تشكيل دموي. على سبيل المثال، الخنازير هي الحيوانات الكبيرة مع وحدات التخزين بيضاء الدماغ المسألة كبيرة نسبيا بالمقارنة مع الفئران. وبالتالي، هي مناسبة نماذج الخنازير لدراسة المسألة الأبيض الفيزيولوجيا المرضية التالية ICH. في المقابل، أدمغة القوارض هي المادة الرمادية إلى حد كبير، ولكن الأنظمة المعدلة وراثيا جعل القوارض مفيدة لتقييم الآليات الجزيئية من الإصابة والتعافي بعد ICH. يحتوي كل نموذج على نقاط القوة والضعف المتأصلة فيها (الجدول 1)، والتي ينبغي النظر فيها بعناية قبل التجريب.
البروتوكولات التالية تثبت الدم والحقن كولاجيناز نماذج ذاتي في الفئران. وقد ترجمت كل هذه النماذج من نماذج وضعت أصلا في الفئران13،14 والسماح باستخدام التكنولوجيا المعدلة وراثيا على نطاق واسع لاستكشاف الآليات الجزيئية المرتبطة موت الخلايا بعد ICH. سواء تمثل آليات الإصابة تختلف اختلافا واضحا من ICH الإنسان، وكلاهما النتيجة المتوقعة تختلف اختلافا واضحا من حيث التدابير السلوكية والنسيجية. وبالتالي، قد فرضيات معينة تصلح لنموذج واحد على الآخر، ولكن قد تتطلب التحقق من صحة العديد من الأفكار في كلا النموذجين.
الجدول 1. مقارنة بين خصائص كولاجيناز وحقن الدم نزيف داخل المخ نماذج ذاتي.
| كولاجيناز حقن | حقن الدم | |
| سهولة الاستخدام | + + + | + + | استنساخ | + + | + + |
| السيطرة على النزيف الحجم | + + | + + + |
| الجزر الدم | + | + + |
| يحاكي الأمراض البشرية | + | – |
| بساطة | + + | + + |
| استخدام بأنواع متعددة | + + | + + |
Protocol
Representative Results
Discussion
على الرغم من البحوث قبل السريرية والتجارب السريرية الكبيرة الناتجة الناشئة للعلاجات واعدة 15-18، لا توجد التدخلات الدوائية أظهرت لتحسين النتيجة في ICH، ويبقى الرعاية الداعمة إلى حد كبير. قد يتم إنشاء قوائم العلاجات الممكنة بواسطة تكنولوجيات إنتاجية عالية، مثل ا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the American Heart Association Scientist Development Grant and the Foundation for Anesthesia Education and Research (MLJ). We would like to thank Talaignair N. Venkatraman PhD for his assistance with magnetic resonance imaging.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Stereotactic frame | Stoelting Co. | 51603 | |
| Probe holder with corner clamp | Stoelting Co. | 51631 | |
| Mini grinder | Power Glide | Model 60100002 | |
| 0.5 µl Hamilton syringe | Hamilton Co. | 86259 | 25 gauge needle |
| 50 µl Hamilton syringe | Hamilton Co | 7637-01 | |
| 26G Hamilton needle | Hamilton Co | 7804-03 | |
| Syringe pump | KD Scientific | Model 100 | |
| Heat therapy water pump | Gaymar Industries, Inc. | Model# TP650 | |
| Circulating waterbed | CMS Tool & Die, Inc. | ||
| Rodent ventilator | Harvard Apparatus | Model 683 | |
| Isoflurane vaporizer | Drager | Vapor 19.1 | |
| Air flowmeter | Cole Parmer | Model PMR1-010295 | |
| Induction chamber | Self made | ||
| Otoscope | Welch Allyn | 22820 | |
| intravenous catheter | Becton-Dickinson | 381534 | 20-gauge, 1.16 inch Insyte-W |
| Isoflurane | Baxter Healthcare Corporation | NDC10019-360-69 | |
| Collagenase Type IV-S | Sigma | C1889 | |
| Polyethylene tubing PE20 | Becton-Dickinson | 427406 | |
| Polyethylene tubing PE10 | Becton-Dickinson | 427401 | |
| 30G 1 inch needle | Becton-Dickinson | 305128 | |
| 27G 1 1/4 inch needle | Becton-Dickinson | 305136 | |
| Surgical scissors | Miltex | 21-539 | |
| Forceps | Miltex | 17-307 | |
| Needle holder | Boboz | RS-7840 | |
| Monofilament suture | Ethicon | 8698 | Size 5-0 |
| Indicating controller | YSI | 73ATD |
References
- Asch, C. J., et al. Incidence, case fatality, and functional outcome of intracerebral haemorrhage over time, according to age, sex, and ethnic origin: a systematic review and meta-analysis. Lancet Neurology. 9, 167-176 (2010).
- Qureshi, A. I., Mendelow, A. D., Hanley, D. F. Intracerebral haemorrhage. Lancet. 373, 1632-1644 (2009).
- Participants, N. I. W. Priorities for clinical research in intracerebral hemorrhage: report from a National Institute of Neurological Disorders and Stroke workshop. Stroke. 36, (2005).
- Morgenstern, L. B., et al. Guidelines for the management of spontaneous intracerebral hemorrhage: a guideline for healthcare professionals from the American Heart Association/American Stroke Association. Stroke. 41, 2108-2129 (2010).
- James, M. L., Warner, D. S., Laskowitz, D. T. Preclinical models of intracerebral hemorrhage: a translational perspective. Neurocrit Care. 9, 139-152 (2008).
- Winkler, D. T., et al. Spontaneous hemorrhagic stroke in a mouse model of cerebral amyloid angiopathy. J Neurosci. 21, 1619-1627 (2001).
- Sinar, E. J., Mendelow, A. D., Graham, D. I., Teasdale, G. M. Experimental intracerebral hemorrhage: effects of a temporary mass lesion. J Neurosurg. 66, 568-576 (1987).
- Mendelow, A. D., Bullock, R., Teasdale, G. M., Graham, D. I., McCulloch, J. Intracranial haemorrhage induced at arterial pressure in the rat. Part 2: Short term changes in local cerebral blood flow measured by autoradiography. Neurol Res. 6, 189-193 (1984).
- Bullock, R., Mendelow, A. D., Teasdale, G. M., Graham, D. I. Intracranial haemorrhage induced at arterial pressure in the rat. Part 1: Description of technique, ICP changes and neuropathological findings. Neurol Res. 6, 184-188 (1984).
- Sang, Y. H., Su, H. X., Wu, W. T., So, K. F., Cheung, R. T. Elevated blood pressure aggravates intracerebral hemorrhage-induced brain injury. J Neurotrauma. 28, 2523-2534 (2011).
- Krafft, P. R., et al. Modeling intracerebral hemorrhage in mice: injection of autologous blood or bacterial collagenase. J Vis Exp. , (2012).
- Sansing, L. H., et al. Autologous blood injection to model spontaneous intracerebral hemorrhage in mice. J Vis Exp. , (2011).
- Rosenberg, G. A., Mun-Bryce, S., Wesley, M., Kornfeld, M. Collagenase-induced intracerebral hemorrhage in rats. Stroke. 21, 801-807 (1990).
- Nath, F. P., Jenkins, A., Mendelow, A. D., Graham, D. I., Teasdale, G. M. Early hemodynamic changes in experimental intracerebral hemorrhage. J Neurosurg. 65, 697-703 (1986).
- Anderson, C. S., et al. Rapid blood-pressure lowering in patients with acute intracerebral hemorrhage. N Engl J Med. 368, 2355-2365 (2013).
- Clark, W., Gunion-Rinker, L., Lessov, N., Hazel, K. Citicoline treatment for experimental intracerebral hemorrhage in mice. Stroke. 29, 2136-2140 (1998).
- Mayer, S. A., et al. Efficacy and safety of recombinant activated factor VII for acute intracerebral hemorrhage. N Engl J Med. 358, 2127-2137 (2008).
- Mendelow, A. D., et al. Early surgery versus initial conservative treatment in patients with spontaneous supratentorial lobar intracerebral haematomas (STICH II): a randomised trial. Lancet. , (2013).
- James, M. L., Blessing, R., Bennett, E., Laskowitz, D. T. Apolipoprotein E modifies neurological outcome by affecting cerebral edema but not hematoma size after intracerebral hemorrhage in humans. J Stroke Cerebrovasc Dis. 18, 144-149 (2009).
- James, M. L., Blessing, R., Phillips-Bute, B. G., Bennett, E., Laskowitz, D. T. S100B and brain natriuretic peptide predict functional neurological outcome after intracerebral haemorrhage. Biomarkers. 14, 388-394 (2009).
- James, M. L., Sullivan, P. M., Lascola, C. D., Vitek, M. P., Laskowitz, D. T. Pharmacogenomic effects of apolipoprotein e on intracerebral hemorrhage. Stroke. 40, 632-639 (2009).
- James, M. L., et al. Brain natriuretic peptide improves long-term functional recovery after acute CNS injury in mice. J Neurotrauma. 27, 217-228 (2010).
- Indraswari, F., et al. Statins improve outcome in murine models of intracranial hemorrhage and traumatic brain injury: a translational approach. J Neurotrauma. 29, 1388-1400 (2012).
- Laskowitz, D. T., et al. The apoE-mimetic peptide, COG1410, improves functional recovery in a murine model of intracerebral hemorrhage. Neurocrit Care. 16, 316-326 (2012).
- Lei, B., et al. Interaction between sex and apolipoprotein E genetic background in a murine model of intracerebral hemorrhage. Translational Stroke Research. 3, (2012).
- Lekic, T., et al. Evaluation of the hematoma consequences, neurobehavioral profiles, and histopathology in a rat model of pontine hemorrhage. J Neurosurg. 118, 465-477 (2013).
- Nakamura, T., et al. Intracerebral hemorrhage in mice: model characterization and application for genetically modified mice. J Cereb Blood Flow Metab. 24, 487-494 (2004).
- Yang, D., et al. Statins Protect the Blood Brain Barrier Acutely after Experimental Intracerebral Hemorrhage. J Behav Brain Sci. 3, 100-106 (2013).
- Rynkowski, M. A., et al. A mouse model of intracerebral hemorrhage using autologous blood infusion. Nature Protocols. 3, 122-128 (2008).
- Wang, J., Fields, J., Dore, S. The development of an improved preclinical mouse model of intracerebral hemorrhage using double infusion of autologous whole blood. Brain Research. 1222, 214-221 (2008).
- MacLellan, C. L., et al. Intracerebral hemorrhage models in rat: comparing collagenase to blood infusion. J Cereb Blood Flow Metab. 28, 516-525 (2008).
