Intrastriatal Injectie van autoloog bloed of Clostridium Collagenase als muismodellen van intracerebrale bloeding
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
Intracerebrale bloeding (ICH) is een veel voorkomende vorm van cerebrovasculaire ziekte en gaat gepaard met een aanzienlijke morbiditeit en mortaliteit. Gebrek aan effectieve behandeling en falen van grote klinische proeven ter hemostase en stolsel verwijdering uitwijzen dat verdere mechanisme aangedreven onderzoek ICH. Dit onderzoek kan worden uitgevoerd door middel van het kader dat door preklinische modellen. Twee muizen modellen in de populaire gebruik omvatten intrastriatal (basale ganglia) injectie van ofwel autoloog volbloed of clostridium collagenase. Aangezien elk model vertegenwoordigt duidelijk verschillende pathofysiologische kenmerken in verband met ICH, kan gebruik van een bepaald type worden geselecteerd op basis van welk aspect van de ziekte te onderzoeken. Bijvoorbeeld autoloog bloed injectie nauwkeurigst vertegenwoordigt reactie van de hersenen om de aanwezigheid van intraparenchymale bloed en kan het best repliceren lobaire bloeding. Clostridium collagenase injectie meest nauwkeurig vertegenwoordigt de small schip breuk en hematoom evolutie karakteristieke diepe bloedingen. Dus elk model leidt tot verschillende hematoomvorming, neuro-inflammatoire respons, cerebraal oedeem ontwikkeling en neuro resultaten. Robuustheid van een vermeende therapeutische interventie kan het beste worden beoordeeld met behulp van beide modellen. In dit protocol, inductie van ICH gebruik van beide modellen, onmiddellijke postoperatieve demonstratie van letsel, en vroege post-operatieve zorg technieken worden gedemonstreerd. Beide modellen leiden tot reproduceerbare verwondingen, hematoom volumes, en neuro tekorten. Vanwege de heterogeniteit van de menselijke ICH, worden meerdere preklinische modellen die nodig zijn om grondig te verkennen pathofysiologische mechanismen en testen van potentiële therapeutische strategieën.
Introduction
Intracerebrale bloeding (ICH) is een relatief veel voorkomende vorm van cerebrovasculaire ziekte bij ongeveer 40-50% van de getroffen patiënten sterven binnen 30 dagen 1. Helaas is weinig verbetering geboekt in de sterfte in de afgelopen 20 jaar 2. Verslagen van de National Institutes of Health 3 en richtlijnen van de American Heart Association 4 benadrukte het belang van het ontwikkelen van klinisch relevante modellen van ICH aan het begrijpen van de pathofysiologie breiden en targets voor nieuwe therapeutische benaderingen te ontwikkelen.
Verschillende modellen bestaan om menselijke ICH 5 nabootsen. Als begrijpen ICH pathofysiologie rijpt, is het duidelijk geworden dat verschillende modellen kunnen gebruikt worden om verschillende aspecten van de ziekte te onderzoeken. Eerder gebruikte modellen zijn voorzien van muizen amyloïde angiopathie 6, intraparenchymateuze microballoon inbrengen en inflatie 7 en directe arteriële bloedinfiltratie 8,9. Lobar bloeding van amyloïde angiopathie is gemodelleerd met behulp van transgene muizen en vertegenwoordigt een afzonderlijke ICH subtype. Microballoon modellen bootsen acute massa ingang van hematoomvorming maar niet om cellulaire respons van de hersenen op de aanwezigheid van bloed vast te leggen. Tenslotte directe arteriële bloed infiltratie onderwerpt de hersenen om arteriële druk van de slagader. Zo hoeft dit model nabootst arteriële druk en de aanwezigheid van bloed, maar niet de hersenen bloot aan microvasculaire verwondingen door kleine bloedvaten scheuren. Verder heeft dit model inherent hoge variabiliteit. Interessant, spontaan hypertensieve ratten 10 ontwikkelen spontane ICH als ze ouder worden. Studie van deze dieren na ICH ontwikkeling kan in aanwezigheid van een van de belangrijkste comorbiditeit predisponerende mensen ICH de ziekte na te bootsen. Terwijl deze andere modellen bestaan, intrastriatal injectie van Clostridium collagenase 11 of instrastiatal injectie van eenutologous volbloed 12 zijn momenteel de twee meest voorkomende modellen gebruikt bij preklinisch onderzoek ICH.
ICH model keuze maken gebaseerd op de doelstelling van de experimentele vraag, inclusief soorten selectie en werkwijze voor het induceren hematoomvorming. Bijvoorbeeld, varkens zijn grote dieren met relatief grote hersenen materie witte volumes in vergelijking met muizen. Zo worden varkens modellen geschikt om materie pathofysiologie wit volgende ICH bestuderen. In tegenstelling, knaagdier hersenen zijn grotendeels grijze stof, maar transgene systemen knaagdieren nuttig om moleculaire mechanismen van schade en herstel te beoordelen na ICH. Elk model heeft zijn inherente sterke en zwakke punten (tabel 1), die zorgvuldig moet worden overwogen vóór het experiment.
De volgende protocollen tonen de autologe bloed en collagenase injectie modellen bij muizen. Deze modellen zijn elk vertaald van modellen die oorspronkelijk ontwikkeld in ratten13,14 en maken het gebruik van algemeen beschikbare transgene technologie om moleculaire mechanismen geassocieerd met celdood na ICH verkennen. Beide vertegenwoordigen duidelijk verschillend letsel mechanismen van menselijke ICH, en beide hebben duidelijk verschillende verwachte resultaat op het gebied van gedrags-en histologische maatregelen. Zo kunnen bepaalde hypothesen zich lenen voor een model boven de andere, maar veel ideeën kunnen geldig worden in beide modellen.
Tabel 1. Vergelijking van de kenmerken van collagenase-en autoloog bloed injectie hersenbloeding modellen.
| Collagenase Injectie | Bloed Injectie | |
| Gebruiksgemak | + + + | + + | Reproduceerbaarheid | + + | + + |
| Controle van Bloeding Grootte | + + | + + + |
| Bloed Reflux | + | + + |
| Simuleert menselijke ziekte | + | – |
| Eenvoud | + + | + + |
| Gebruik in meerdere soorten | + + | + + |
Protocol
Representative Results
Discussion
Ondanks opkomende preklinisch onderzoek en resulterende grote klinische proeven voor veelbelovende therapieën 15-18, er geen farmacologische interventies aangetoond uitkomst ICH verbeteren en zorg grotendeels ondersteunend. Lijsten van mogelijke therapieën kunnen worden gegenereerd door high throughput technologieën, zoals transcriptomische en proteomics werk. Hoewel deze technologieën blijven onze kennis vooruit vooruit van potentiële therapeutische doelen, en achterwaartse vertaling van veelbelovende d…
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).
