Entwicklung eines Modells zur chronisch zerebralen Ischämie bei der C57/BL6 Maus

Abstract

Eine hämodynamische Perfusionsminderung aufgrund intra- oder extrakranieller Gefäßokklusion oder -stenose trägt in etwa 10% aller Fälle zum ischämischen Schaganfall bei. Zwecks Erforschung alternativer Therapien zur künstlichen Stimulation des Gefäßwachstums entwickelte sich in den vergangenen Jahren ein steigendes Interesse an tierexperimentellen Modellen zur chronisch zerebralen Ischämie. Ein dementsprechendes Modell an der Maus ist jedoch bis heute nicht verfügbar. Die Hauptzielsetzung unserer Studie ist daher die Schaffung einer chronisch zerebralen Ischämie bei der C57/BL6 Maus, gemessen an der Ausschöpfung der zerebrovaskulären Reservekapazität (CVRC) nach Acetazolamid Stimulation. Mit Hilfe eines mehrteiligen Versuchsaufbaus wurde zunächst mikroangiographisch die native zerebrovaskuläre Anatomie und Durchgängigkeit der Kollateralgefäße des Circulus arteriosus willisii bestimmt, um nach sequentieller Kurzzeitokklusion der großen Kopf-Hals Gefäße die funktionelle Relevanz des P1-Segments der A. cerebri posterior zu charakterisieren. Zur Veranschaulichung der zerebralen Angioarchitektur erfolgte an Tag 21 nach Gefäßokklusion die intraaortale Perfusion einer Latex/Carbon Black Lösung. Durch intrakardiale Kontrastmittelapplikation konnten wir mikroangiographisch zeigen, dass nach unilateraler Okklusion der A. carotis communis (CCA) ein transhemisphärischer cross-flow in erster Linie über den vorderen Kreislauf des Circulus arteriosus willisii erfolgt. Eine Anastomose zwischen der ipsilateralen A. carotis interna (ICA) und A. carotis externa (ECA) über die A. ophthalmica konnte bei der C57/BL6 Maus nicht nachgewiesen werden. Gemäß unserer Ergebnisse zum Einfluss des P1-Segments auf den frontoparietalen CBF erwiesen sich die Mehrheit der anastomosierenden P1-Segmente als funktionell irrelevant und hatten keinen Einfluß auf das ventrale Perfusionsdefizit nach proximaler Gefäßokklusion. Demzufolge war eine individuelle funktionelle Charakterisierung der P1-Segmente vor Etablierung eines Modells zur chronisch zerebralen Ischämie bei der C57/BL6 Maus nicht notwendig. Durch die nachfolgenden Gefäßokklusionsmodelle nach dem Prinzip einer 1-, 2-, und 3-vessel occlusion (VO) wurde innerhalb von 21 Tagen nach Operation keine signifikante Einschränkung der CVRC erzielt, wobei eine unilaterale Okklusion der CCA sowohl ohne, als auch mit bilateraler Thermokoagulation der Vertebralarterien zu einer signifikanten Erhöhung der basalen Hirngefäßdurchmesser im Circulus arteriosus führte. Durch eine graduelle Abstufung der Perfusionseinschränkung mittels kombinierter CCA-Stenose und kontralateraler ICA-Okklusion erreichten wir dennoch die Unterdrückung der CVRC auf 1,58±23,09%.

Hemodynamic compromise due to intra- or extracranial vessel stenosis or occlusion contributes to ischemic stroke in about 10% of all cases. To further investigate strategies of artificial vessel growth there has recently been an increased interest in experimental models of chronic cerebral ischemia in small laboratory animals. However, a corresponding model in mice is presently not available. The main goal of our study was to establish a novel model of chronic cerebral ischemia in C57/BL6 mice, quantified by the response of the cerebrovascular reserve capacity (CVRC) to acetazolamide stimulation. By using a multilevel experimental setup we initially assessed the cerebrovascular anatomy and patency of the collateral vessels of the Circle of Willis microangiographically, before characterizing the functional relevance of the P1-Segment of the posterior cerebral artery after sequential short time occlusion of the carotid arteries. 21 days after permanent vessel occlusion we performed an aortal latex/carbon black perfusion to visualise the cerebral angioarchitecture. The microangiographies showed that the trans-hemispheric cross flow after unilateral occlusion of the common carotid artery (CCA) is primarily sustained by the anterior circulation of the Circle of Willis. In this regard, we failed to demonstrate a functional anastomosis between the ipsilateral internal carotid artery (ICA) and external carotid artery (ECA) through the ophthalmic artery in C57/BL6 mice. Our results regarding the functional relevance of the P1-Segment showed that the majority of the connecting segments were functionally irrelevant and did not influence a hemodynamic perfusion deficit in the anterior circulation after proximal vessel occlusion. Therefore, it was not necessary to individually characterize the P1-Segment anatomy before establishing chronic cerebral ischemia in C57/BL6 mice. By means of different vessel occlusion models (1-, 2- and 3-VO), we initially failed to significantly reduce the CVRC 21 days after vessel occlusion. The unilateral occlusion of the common carotid artery with and without bilateral vertebral artery thermocoagulation (1-VO and 3-VO) led to a significant increase in diameter of the basal vessels of the Circle of Willis. However, by gradually decreasing perfusion through a combined CCA stenosis and contralateral ICA occlusion we ultimately achieved a suppression of the CVRC to 1,58±23,09%.