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常用小动物脑缺血模型制备及评价汇总

2021.01.11

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一、背景


脑缺血性血管病(I CVD)约占全部脑血管病的80%。具有高发病率、高致残率、高死亡率的特点,是严重危害人类健康的疾病之一。由于临床研究的种种限制,脑缺血动物模型已成为研究脑血管病损伤机制和防治措施不可缺少的工具。因此,建立最接近人类脑缺血的理想动物模型,具有重要意义。


二、脑缺血模型制备方法

制备脑缺血模型,常用脑缺血动物模型分类如下:


造模方法一-激光散斑.png


常用脑缺血动物模型手术方法有:


造模方法-激光散斑.png


缺血性脑血管病I CVD研究,涉及很多模型,按缺血程度分全脑性缺血、局灶性缺血,血流是否恢复又分永久性闭塞和可再灌注。下面为大家介绍常用模型手术方法的优缺点及适用研究。


大脑中动脉(MCA)是脑卒中多发部位,MCAO动物模型被普遍认为是局灶性脑缺血的标准动物模型,造模方法主要有:线栓法、栓塞法、光化学法、开颅法。


三、评价汇总


1.大鼠MCAO模型——线栓法

动物麻醉,由ECA插入4-0尼龙线进入ICA,阻断MCA起始端而导致局灶性脑缺血。通过拔出线栓可造成再灌注损伤模型。


澳门威斯人激光散斑.jpg

大鼠造模图

  优点: 

  • 急慢性局灶性脑缺血动物模型,也是理想的脑缺血再灌注损伤模型。

  缺点:

  • 结扎和手术需要一定的经验技巧。

  • 本质上是一种栓塞性卒中,与临床上常见卒中仍有一定差异。

  适用研究:

  模拟缺血性脑血管病永久性及暂时局灶性脑缺血的各种状态,在再灌研究和药物疗效评价方面更有说服力。


  2.大鼠MCAO模型——线栓法

     在CCA分叉部近端约2-3mm处剪一个小口,插入线栓至ICA近端后松开血管夹并继续推送,直到遇到阻力无法再插入,激光多普勒或激光散斑血流成像系统监测MCA血流。


激光散斑成像图1.jpg激光散斑成像图2.jpg

激光散斑成像图3.jpg激光散斑成像图4.jpg

澳门威斯人激光散斑血流成像系统监测血流图

  优点: 

  • 方法操作易行,剪开头皮能直接监测血流。

  缺点:

  • 动物较小,需要借助显微镜操作,准确栓塞位点较难把控。

  适用研究:

  该模型为剖析脑梗死形成的复杂分子机制提供有力工具。


  3.大鼠MCAO模型——栓塞法

在颈外动脉(ECA)和颈内动脉(ICA)开口处至一可逆性插管(<100um),栓子微球则由ICA进入MCA,导致同侧大脑皮层、海马、深层灰质结构的阻塞。栓子材料可以是同源血凝块、碳素颗粒、塑料颗粒、花生四烯酸钠。

  优点:

  • 可选材料多样,可较好模拟脑栓塞。

  缺点:

  • 由于栓塞微球的随机性,无法预测栓塞部位与大小,缺血程度不一,不利于神经症状判别和脑组织定量分析,无再灌与临床情况差异较大。

  适用研究:

  血栓形成过程的研究,溶栓治疗的观察(材料为血凝块栓塞更具价值)。


  4.大鼠MCAO模型——光化学法

将大鼠麻醉固定,暴露颅骨,静脉注射光敏感材料虎红酸钠,用特定波长光源照射颅骨,光线透过颅骨与光敏感材料接触发生化学反应,直接损伤血管内皮细胞诱导血栓形成。

  优点:

  • 手术创伤小,动物易于长时间存活。

  • 血栓形成的过程与人类相似。

  • 皮层梗塞部位可选。

  缺点:

  • 较早导致终末动脉及微血管永久性闭塞,不利于扩张血管及促进侧枝循环作用研究。

  适用研究:

  • 慢性脑缺血研究。

  • 抗血小板、抗血栓等药物及内皮细胞保护等方面的研究。


  5.大鼠MCAO模型——开颅法

采用颞下部开颅,分离近端MCA,夹闭、电凝、结扎MCA,造成脑梗塞。在大鼠耳眼连线中点开口,分离颞肌剪断颧弓前方颅骨钻孔,于大脑上、下静脉结扎MCA,造成MCA支配区脑缺血模型。

  优点:

  • 实验效果恒定,缺血效果可靠。

  • 大脑皮层、尾状核缺血最为明显,最接近人类脑卒中。

  • 是迄今最经典局灶性脑缺血动物模型之一。

  缺点:

  • 手术难度较大,需显微外科手术技术,可能形成脑脊液漏液。

  • 可能影响缺血后侧枝循环。

  适用研究:

  脑缺血后长期的神经功能缺损及介入治疗康复方面的研究。同时进行生理、生化、病理及神经病学指标观察。

 

  6.大鼠全脑缺血模型——二血管阻塞法

通过夹闭双侧颈总(CCA)合并低血压以减少脑血流量,造成急性脑缺血。单纯结扎双侧CCA而不降血压,则不足以使脑血流量(CBF)降低至缺血和代谢紊乱的程度。

  优点:

  • 手术方法简单,失败率低。

  • 模拟临床上休克,心功能不全、脑血管狭窄或阻塞,血流低灌引起的脑微循环障碍。

  缺点:

  • 脑缺血时限长,有时导致脑缺血后抽搐、癫痫等并发症的发生。

  • 全身性低血压,会严重干扰其他器官血流供应和实验结果。

  • 模型不能在清醒动物进行,无法进行神经行为观察。

  适用研究:

  探讨不完全性脑缺血对能量代谢的影响,缺血性脑损伤的发病机理,评价抗脑缺血药物的疗效。

 

7.大鼠全脑缺血模型——四血管阻塞法

阻塞栓测CCA及椎动脉血流,建立四血管闭塞法大鼠全脑缺血模型。将动物麻醉,维持体温,颈后正中切开,暴露第一颈椎的两侧翼板小孔,用单极电凝针插入,灼烧两侧椎动脉,使之永久闭塞,24h后仰卧位,在喉头和胸骨间3cm处正中切口,分离暴露两侧CCA,打活结结扎30min,30min后松开活结造成大鼠全脑缺血再灌注模型。

  优点:

  • 检验是否缺血成功的指标明确,并可进行再灌注实验。

  • 海马损伤明显,记忆功能减退。

  缺点:

  • 操作复杂

  • 椎动脉和脊管前动脉间的交支存在个体差异。

  • 操作熟练程度对实验结果的影响较高。

  适用研究:

  此适用于一些特殊领域的研究。

 

8.小鼠全脑缺血再灌注模型

  优点:

  • 手术简单、创伤小。

  缺点:

  • 沙土鼠体积小,生理体征有不稳定倾向。

  • 操作技术要求高。

  • 死亡率高,需保持动物清醒便于随时观察状态变化。

  适用研究:

  适用于筛选脑活性保护成分或缺血性保护剂的研究。

 

四、总结

局灶性中动脉缺血是其中最多的一类,MCAO被认为是标准的局灶性脑缺血动物模型,线栓法是制作可再灌模型最常用的方法。


实验Tips:

  • 麻醉与动物的存活率相关性非常大,而呼吸麻醉是目前公认较为安全的方式,可维持良好的麻醉状态,减少麻醉带来的死亡,动物术后复苏快,保障动物福利。

  • 有研究表明体温与梗死灶面积有一定相关性。使用体温维持仪可使动物生理体征维持相对平稳。

  • 进行颈总、肌肉分离,血管切口、插线等一系列精细显微操作时,使用RWD手术器械包和高达100倍的数码显微镜,有助提高实验效率。

  • 线栓是制备小动物MCAO模型核心耗材。RWD提供多种型号线栓选购,头端采用硅胶包被,线材采用7-0到3-0尼龙线,同时线身绘制标点,确保线栓插入合适深度的同时不会刺破血管,也不会改变血管原本形态。提高动物存活率与造模成功率。

  • 使用RWD激光散斑血流成像系统,能实时动态反应血流量,同时超高分辨率的血流伪彩图,能直观反应缺血程度和局灶范围



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