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Method Article
본 연구는 급성 고혈당증이 있는 C57BL/6 마우스에서 중대뇌동맥 폐색/재관류(MCAO/R)를 사용하여 재현성이 높은 출혈성 변형(HT)의 동물 모델을 확립하기 위한 프로토콜을 제시합니다.
출혈성 변형(HT)은 허혈성 뇌졸중(IS) 후 혈전용해 요법의 결과로 발생할 수 있는 심각한 합병증으로, 재조합 조직 플라스미노겐 활성제(rt-PA)의 임상 적용에 상당한 제한을 가합니다. 불행히도, 현재 임상 실습에서 HT에 사용할 수 있는 효과적인 중재는 없습니다. 따라서 HT의 발병기전을 규명하고 효과적인 중재 전략을 개발하기 위해 안정적이고 신뢰할 수 있는 실험동물 모델이 시급히 필요합니다. 이 연구는 일과성 국소 허혈(tMCAO)과 결합된 급성 고혈당증에 의해 유발되는 HT의 마우스 모델을 확립하기 위한 프로토콜을 제시했습니다. 수컷 C57BL/6J 마우스에 고혈당을 유도하기 위해 30% 포도당을 주입한 후 재관류와 함께 60분 동안 tMCAO를 투여했습니다. 경색 용적, 혈액뇌장벽(BBB)의 무결성 및 두개내 출혈 정도는 MCAO 후 24시간에 평가되었습니다. 그 결과, 포도당 주사가 일시적인 고혈당증(14.3-20.3 mmol/L)을 유발하여 경색 부피와 HT 발생률을 모두 유의하게 증가시키는 것으로 나타났습니다. Hematoxylin-eosin(H&E) 염색은 고혈당 마우스의 경색 영역 내에서 상당한 출혈성 병변을 나타냈습니다. 또한, 고혈당 마우스는 Evans blue(EB) 및 FITC-Dextran의 더 심각한 누출에서 알 수 있듯이 악화된 BBB 파괴를 보였습니다. 결론적으로, 급성 고혈당증은 tMCAO의 마우스 모델에서 안정적이고 일관되게 거시적 HT를 초래했습니다. 이 재현 가능한 모델은 HT의 병리학적 메커니즘을 조사하고 해당 치료 개입을 개발하기 위한 귀중한 도구를 제공합니다.
뇌경색은 장애의 주요 원인이며 전 세계 성인의 두 번째 주요 사망 원인입니다1. 급성기는 뇌경색의 진행에 중요한 역할을 하며, 질병 치료의 중추적인 시점 역할을 합니다. 반그림자 부위의 혈류를 조기에 적시에 회복하는 것은 추가적인 뇌세포 사멸을 예방하는 데 필수적이며, 혈전용해술과 중재적 요법이 급성 뇌경색(ACI) 치료의 핵심입니다. 그러나 허혈성 뇌졸중 환자의 15%-30%에서 발생하는 혈전용해술 및 중재적 치료 후 출혈성 변형(HT)은 상당한 합병증을 일으키기 때문에 그 적용이 어느 정도 제한된다 2,3. HT의 발생은 사망률과 장애의 위험을 현저히 증가시켜 ACI의 예후에 영향을 미칩니다. 따라서 HT의 병리학적 기전을 조사하고 효과적인 치료 표적을 식별하는 것은 임상적으로 매우 중요합니다.
현재 실색전증에 의한 중대뇌동맥 폐색(MCAO)은 설치류의 HT 모델로 자주 활용되고 있다4. 장기간의 폐쇄는 피질과 선조체를 포함하는 대규모 뇌경색을 유발할 수 있으며, 잠재적으로 2차 HT로 이어질 수 있습니다. Thread MCAO는 개두술이 필요하지 않고 재현성이 높으며 인간 뇌졸중과 유사한 국소 뇌 손상 및 HT를 생성합니다. 그러나 이 기계적 모델에는 높은 조기 사망률과 낮은 장기 생존율5 등 몇 가지 뚜렷한 단점이 있습니다. 자주 사용되는 또 다른 HT 모델은 혈전용해(thrombolysis) 모델로, 먼저 표적 혈관에서 혈전 형성을 유도한 다음 혈전용해제(예: rt-PA, 와파린)를 사용하여 혈전을 용해시켜 허혈성 뇌졸중에서 HT의 임상 과정을 모방합니다 6,7. 임상적 혈전용해 요법의 병리학적 과정을 상당 부분 복제하고 있음에도 불구하고, rt-PA 또는 와파린에 의해 유도된 HT 동물 모델은 구현하기가 복잡하고 높은 동물 폐사율뿐만 아니라 다양한 발생률 및 출혈 위치와 관련이 있습니다. 뇌경색 후 HT에 대한 기초 및 임상 중개 연구를 진행하기 위해서는 조작이 쉽고 안정성이 높은 재현 가능한 HT 동물 모델을 확립하는 것이 필수적입니다.
고혈당증은 뇌허혈/재관류(I/R) 후 HT의 중요한 원인입니다8. 여러 후향적 연구에서 기계적 혈전제거술을 받은 환자의 임상 데이터를 분석한 결과, 입원 시 혈당 수치 상승이 자발적 HT 발병률 증가와 관련이 있음을 밝혔다3. 당뇨병성 뇌졸중 환자에서 고혈당증은 HT의 위험을 현저히 증가시키고 더 심각한 신경학적 결손을 초래한다 9,10. 연구자들은 MCAO를 통해 당뇨병 동물 모델에서 대뇌 I/R을 유도하여 HT 모델을 개발하였습니다. 그러나 당뇨병-MCAO 모델은 실험 기간이 길고 절차가 복잡하며 비용이 많이 듭니다11,12. HT의 신뢰할 수 있는 모델은 포도당의 복강내 주사를 통해 급성 고혈당을 유도하고 봉합사 기술에 의해 생성된 대뇌 I/R 모델과 통합함으로써 확립될 수 있습니다. 이 방법은 일정한 출혈 위치로 쉽게 수행할 수 있으며 뇌졸중 후 고혈당증의 임상적 특징을 효과적으로 모방합니다. 그러나 허혈 시간 및 포도당 농도와 같은 중요한 조건에는 상당한 차이가 있습니다. 또한, 모델의 안정성과 HT의 발생률은 서로 다른 문헌에서 일치하지 않습니다.
본 연구그룹은 HT 모델을 확립하기 위해 급성 고혈당증-MCAO 방법을 광범위하게 활용했습니다. 또한, 허혈 시간, 혈당 농도, HT 발생률 및 동물 폐사율 간의 관계를 조사하기 위해 포괄적인 일련의 실험을 수행했습니다. 이러한 실험은 궁극적으로 뇌경색 후 HT 모델을 만들기 위한 최적의 조건을 식별하는 데 도움이 되었습니다. 이 연구는 색전성 MCAO와 결합된 30% 포도당의 복강내 주사를 사용하여 급성 고혈당증 유발 HT 모델을 확립하기 위한 자세한 프로토콜을 제시합니다.
실험 프로토콜은 Jianghan University의 Institutional Animal Care and Use Committee(JHDXLL2024-080)의 승인을 받았으며 중국 질병통제센터(Center for Disease Control of China)에서 발행한 실험 동물 윤리 지침에 따라 수행되었습니다. 이 연구에서는 체중이 21-26g인 성인 수컷 C57BL/6J 마우스를 사용했습니다. 사용된 시약 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 동물 그룹화 및 급성 고혈당 유발
2. 수술 전 준비
참고: 모든 실험용 마우스는 수술 전 12시간 동안 금식했습니다.
3. 기준선 대뇌 혈류 측정
4. MCAO 수술 절차
참고: MCAO는 이전에 Chiang et al.13에서 설명한 대로 수정된 스레드 폐색 방법을 사용하여 수행됩니다.
5. 모노필라멘트 제거 및 재관류
6. 혈당 측정
참고: 혈당 수치는 (1) MCAO 수술 직전(기준선), (2) 모노필라멘트 삽입 직후(포도당 주입 후 15분), (3) 모노필라멘트 삽입 직후(포도당 주입 후 75분).
7. 2,3,5-트리페닐테트라졸륨 클로라이드(TTC) 염색
8. G로스 관찰
9. 헤마톡실린 및 에오신 (H & E) 염색
10. 에반스 블루(EB) 레카게의 결정
참고: 이 절차에 대한 자세한 내용은 Wang et al.17을 참조하십시오.
11. FITC-덱스트렌 누출 측정
이 연구의 실험 절차는 그림 1에 나와 있습니다. 간단히 말해서, 마우스는 60분 동안 스레드 폐색으로 유도된 MCAO를 받은 후 재관류를 수행했습니다. 포도당(생리식염수 30%, 체중 7.2mL/kg)은 MCAO 15분 전에 복강내 투여하였다. 혈당 수치는 기준선(포도당 주사 전), MCAO 직후 및 재관류 시점에 측정되었습니다. 24시간 재관류 후 마우스를 안락?...
현재 프로토콜은 허혈성 뇌졸중 후 출혈성 변형에 대한 신뢰할 수 있는 동물 모델을 만들기 위해 고안되었으며, 이는 고혈당 조건에서 혈관 재생의 유해한 영향을 복제할 수 있습니다. 허혈성 뇌졸중의 다양한 위험 요인 중 뇌졸중 발병 후 24시간 이내의 혈당 수치는 뇌 손상의 악화 및 사망률 증가와 양의 상관관계가 있다 3,18. ...
저자는 공개할 상충되는 이해 관계가 없습니다.
그림 1은 BioRender 소프트웨어(https://www.biorender.com/)로 제작되었습니다. 이 연구는 후베이성 자연과학재단의 안내 프로젝트(No. 2022CFC057)의 보조금으로 지원되었습니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2,3,5-Triphenyltetrazolium Chloride (TTC) | Sigma-Aldrich | 108380 | The dye for TTC staining |
24-well culture plate | Corning Incorporated | CLS3527 | The vessel for TTC staining |
30% glucose injection | Kelun Pharmaceutical | H42021188 | Acute hyperglycemia induction |
4% paraformaldehyde | Wuhan Servicebio Technology Co., Ltd. | G1101 | Tissue fixation |
5.0 Polyglycolic acid absorbable suture | Jinhuan Medical Co., Ltd | KCR531 | Equipment for surgery |
96-well culture plate | Corning Incorporated | CLS3596 | EB content measuring |
Anesthesia machine | Midmark Corporation | VMR | Anesthesia for animal |
Antifade Mounting Medium with DAPI | Beyotime Biotech | P0131 | Mount for tissue sections |
Automation-tissue-dehydrating machine | Leica Biosystems | TP1020 | Dehydrate tissue |
Confocal microscopy | Leica Biosystems | STELLARIS 5 | Image acquisition |
Diclofenac sodium gel | MaYinglong Pharmaceutical | H10950214 | Analgesia for animal |
Eosin staining solution | Servicebio Technology | G1001 | The dye for H&E staining |
Evans Blue | Aladdin | E104208 | EB staining |
Eye gel | Guangzhou Pharmaceutical | H44023098 | Material for surgery |
Fitc-dextran | Sigma-Aldrich | 60842-46-8 | BBB permeability assessing |
Fluorescence microscope | Olympus | BX51 | Image acquisition |
Frozen microtome | Leica Biosystems | CM1900 | Use for frozen sections |
Glucometer | YuWell | 580 | Blood glucose measurement |
Hematoxylin staining Solution | Servicebio | G1004 | The dye for H&E staining |
Iodine | Lircon | 20020059 | Material for surgery |
Isoflurane | Rwd Life Science | R510-22-10 | Anesthesia for animal |
Laser doppler blood flow meter | Moor Instruments | moorVMS | Blood flow monitoring |
MCAO Sutures | Rwd Life Science | 907-00023-01 | Material for surgery |
Meloxicam | Boehringer-Ingelheim | J20160020 | Analgesia for animal |
Microsurgical instrument kit | Rwd Life Science | SP0003-M | Equipment for surgery |
Microtome | Thermo Fisher Scientific | HM325 | Tissue section production |
Microtome blade | Leica Biosystems | 819 | Tissue section production |
Mupirocin ointment | GlaxoSmithKline | H10930064 | Anti-infection for animal |
Neutral balsam | Absin Bioscience | abs9177 | Seal for H&E staining |
Paraffin embedding center | Thermo Fisher Scientific | EC 350 | Produce paraffin blocks |
Pentobarbital sodium | Sigma-Aldrich | P3761 | Euthanasia for animal |
Phosphate buffered saline | Beyotime Biotech | C0221A | Rinse for tissue section |
Scanner | EPSON | V330 | Tissue scanning |
Shaver | Shenzhen Codos Electrical Appliances Co.,Ltd. | CP-9200 | Equipment for surgery |
Spectrophotometer | Thermo Fisher Scientific | 1510-02362 | EB content measuring |
Sucrose solution | Shanghai Macklin Biochemical | 57-50-1 | Dehydration for tissue |
Tissue-Tek O.C.T. Compound | Sakura | 4583 | Tissue embedding medium |
Trichloroacetic acid | Sigma-Aldrich | T6399 | EB content measuring |
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