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DOI: 10.15761 / JTS.1000108gydF4y2Ba

文章gydF4y2Ba
条信息gydF4y2Ba
作者信息gydF4y2Ba
图表及数据gydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

Evans Blue (EB)常用于评估脑缺血时血脑屏障损伤(BBB),通常采用染料提取。在此,我们提出了一种方法,可以评估急性脑缺血再灌注(I-R)大鼠模型中局部脑微血管,EB和荧光异硫氰酸盐标记红细胞(fitc -红细胞)的分布。Wistar大鼠大脑中动脉闭塞3 h后再灌注。在再灌注约2.5 h时,通过磁共振造影评估血脑屏障的开放程度。随后注射EB和fitc -红细胞循环5或20分钟。通过激光扫描共聚焦显微镜评估区域微血管和示踪剂分布。脑卒中影响区微血管网络部分受损,伴有明显的EB外渗。脑区受影响的顺序为:视前区>纹状体>皮层。随着循环时间的延长,EB渗漏增加,渗漏部位周围的细胞对EB有隔离作用。在MCA闭塞期间记录的低CBF率与再灌注后EB外渗模式之间观察到负相关。因此,该方法提供了脑区域微血管状态、血管外示踪剂分布及其细胞摄取的数据。 It may be useful to evaluate model-dependent variations in vascular injury and efficacy of putative vascular protective drugs in stroke.

关键字gydF4y2Ba

埃文斯蓝,FITC,激光扫描共聚焦显微镜,磁共振成像,大鼠,中风gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

缺血-再灌注(I-R)诱导的血脑屏障开放已知会加重其附近的神经元损伤,这种开放的程度和位置被认为预示着出血转化的发展[1]。因此,评估急性血脑屏障损伤对于确定溶栓治疗的过程和神经血管单元(NVU)的治疗以获得脑缺血后的良好结果非常重要。因此,血管保护作为一种增强神经保护的手段现在被认为是卒中治疗的有效策略[2]。gydF4y2Ba

无创技术和终末技术均可用于血脑屏障损伤的评估。对比增强磁共振成像(CE-MRI)是一种常用的无创评估脑卒中后急性血脑屏障开放的技术,无论是在实验研究中还是在人类中[3-5]。脑卒中实验研究也可能涉及静脉注射示踪染料,如埃文斯蓝(EB),用于评估微血管损伤,通常通过提取和分光光度法估计组织中的染料含量[6-14]。与对照组相比,组织示踪剂浓度的增加表明示踪剂的血管通透性升高。然而,染料提取会导致微循环水平上有关受影响区域的血管相对状态、示踪剂分布幅度的区域变化以及可能的细胞摄取染料的所有数据丢失。EB在注射后与血浆白蛋白结合,并被认为代表血浆流动。基于成像的EB分布量化已经有报道,但很少有研究报道脑卒中急性血脑屏障通透性改变对不同脑区EB和红细胞(rbc)的实质和细胞分布的影响[15]。gydF4y2Ba

本研究采用基于激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)的方法评估单侧短暂性脑缺血后脑血管通透性增加后脑区域EB外渗。在MRI和脑切片检查相应的示踪剂分布模式后,给大鼠注射EB和荧光异硫氰酸酯(FITC)标记的红细胞。在示踪剂注射和显微镜检查前,CE-MRI证实脑卒中损伤同侧半球血脑屏障通透性增加。假设和测试表明,脑屏障开放的程度在表现脑卒中损伤的不同脑区域之间会有所不同,而lscm成像技术将强调这种差异。gydF4y2Ba

材料与方法gydF4y2Ba

动物准备和手术gydF4y2Ba

所有实验方案均经机构动物护理和使用委员会批准。8只体重≤300 g的雄性Wistar大鼠随机分为两组。先用3.0%的氟烷麻醉大鼠,再用0.75 ~ 1%的氟烷按2:1的比例维持gydF4y2Ba2gydF4y2BaO, OgydF4y2Ba2gydF4y2Ba用口罩混合。使用水加热的循环橡胶垫将体温维持在37°C,并通过直肠内热电偶进行监测(Kent Scientific, Torrington, CT, USA)。采用聚乙烯- 50管(Becton Dickinson & Co., Sparks, MD, USA)插管右股动脉和右股静脉,分别测量闭塞期和再灌注期动脉血气和血压,静脉注射MRI造影剂和荧光示踪剂。gydF4y2Ba

将右大脑中动脉(MCA)用腔内纤维闭塞3小时后,采用先前方法[16-18]通过撤线进行再灌注。闭塞前取动脉血1.0 ml,分离制备fitc -红细胞后注射用。丢失的血容量立即用生理盐水补充。在磁共振成像期间,使用试剂盒(Molecular Probes, Eugene, OR, USA)按照已公布的程序[19]用FITC标记红细胞。gydF4y2Ba

磁共振成像gydF4y2Ba

所有研究均使用7特斯拉,直径20厘米的超导磁体(Magnex Scientific Inc., Abingdon, UK)连接布鲁克控制台(布鲁克Biospin MRI, Inc.)进行。Billerica, MA, USA),并配备了一个12 cm的自屏蔽梯度装置,能够产生25高斯/厘米的梯度,上升时间为100 μs。估计脑血流量(CBF),水的表观扩散系数(ADC,使用弥散加权成像数据)和TgydF4y2Ba2gydF4y2Ba如前所述,在中动脉闭塞后45 - 120分钟内获得[17,20-22]。gydF4y2Ba

封闭3小时后,将动物从磁铁上取下,取出封闭MCA的缝合线,开始再灌注。然后迅速将大鼠放回磁铁中进行再灌注后脑血流和TgydF4y2Ba2gydF4y2Ba-加权成像(TgydF4y2Ba2gydF4y2BaWI),之后30-120分钟采集。约20 min后行CE-MRI,静脉注射二乙烯三胺五乙酸钆(Gd-DTPA)。gydF4y2Ba

Gd-DTPA给药及TgydF4y2Ba1gydF4y2BaLook-Locker (L-L)成像gydF4y2Ba

Gd-DTPA按照已发表的方法在400 mmol的原液浓度下进行内部制备[23]。基线TgydF4y2Ba1gydF4y2Ba-加权自旋回波(TR/TE = 1000 ms/20 ms)和L-L扫描在给药前收集。在获得一个或两个基线估计后,Gd-DTPA以80µmol/kg体重的剂量通过股静脉注射。T的估计gydF4y2Ba1gydF4y2Ba是用L-L - T获得的吗gydF4y2Ba1gydF4y2Ba程序生成地图的纵向松弛率RgydF4y2Ba1gydF4y2Ba(右gydF4y2Ba1gydF4y2Ba= 1 / TgydF4y2Ba1gydF4y2Ba),在接下来的21分钟间隔约3分钟。获得5个交错的2mm厚切片的时间数据。在L-L系列的结尾,最后一个对比后的TgydF4y2Ba1gydF4y2Ba得到加权多层自旋回波图像集。gydF4y2Ba

MR数据分析gydF4y2Ba

使用SUN工作站(SUN Microsystems, Santa Clara, CA)对MR图像进行处理,生成前后对比度TgydF4y2Ba1gydF4y2Ba-加权图像(TgydF4y2Ba1gydF4y2BaWI)。从对比后的图像中减去对比前的基线图像,以识别Gd-DTPA增强区域(TgydF4y2Ba1gydF4y2Ba减法图片)。CBF、ADC和TgydF4y2Ba2gydF4y2Ba也使用先前发表的方法从原始数据生成,其值表示为ipsi/对侧(I/C)比率[22]。gydF4y2Ba

LSCM的组织制备gydF4y2Ba

CE-MRI系列完成后,将大鼠从磁铁中取出,注射埃文斯蓝(0.2 ml/100g体重的2%生理盐水溶液)和1.0 ml生理盐水中的fitc -红细胞。两种示踪剂分别循环5分钟(n = 4)或20分钟(n = 4),然后在深氟烷麻醉下斩首杀死大鼠。进行血液涂片准备以确保fitc -红细胞的存在。gydF4y2Ba

牺牲后立即取出大脑,浸泡在10%缓冲福尔马林(VWR Intl)中。(West Chester, PA, USA)放置48小时,然后用大鼠脑基质(ASI Instruments, Inc., Warren, MI, USA)块切成连续标记的冠状2毫米厚切片。拍摄显示EB渗漏的蓝色切片,与显示Gd-DTPA增强的中央MR切片进行视觉比较。然后将切片放入单独的组织盒中,并在4%多聚甲醛中固定过夜。从这些切片中,使用振动刀切割100µm厚的冠状切片(Technical Products Intl.)。Inc.,圣路易斯,密苏里州,美国)。切片分别装在单独的载玻片上,用甘油盖上(Dako, Carpenteria, CA, USA)。gydF4y2Ba

图像采集gydF4y2Ba

振动体切片使用安装在蔡斯显微镜(Bio-Rad, Cambridge, MA, USA)上的Bio-Rad MRC 1024(氩气和氪气)激光扫描共聚焦成像系统进行分析。使用10倍物镜(数值孔径= 0.3)和40倍油浸物镜(数值孔径= 1.3)获得显微数据。fitc -红细胞(绿色荧光染料)和eb -标记微血管(红色荧光染料)分别被488和568 nm的激光束激发,分别通过522和585 nm的发射滤光片用光电倍增管检测发射。所有数据采集的激光强度设置为激光功率的10%,偏移/黑电平为零。两个光电倍增管的电子增益设置为1000,光圈/共聚焦光圈在FITC为4.3-4.5,EB为2.5-3.0。由于x维图像中荧光光束的大小取决于激光功率,虹膜,增益和采样时间的持续时间,因此在数据采集过程中这些参数保持不变。gydF4y2Ba

基于MR图,三个感兴趣区域(roi)包括i)视前区(PoA), ii)纹状体(Str)和iii)皮层(Ctx)内的区域;选取每只动物的对侧半球和相应的缺血半球,主要是与Str相邻的顶叶和/或岛叶皮质。在每个实验中,对侧半球的图像被作为对照进行比较。对于两个半球,使用4倍帧扫描平均值,从每个ROI的五个区域以512 x 512像素格式在x-y方向上获得高分辨率图像(使用40倍物镜)。使用40倍物镜沿z轴获得30个步长为1 μ m的薄光学切片。gydF4y2Ba

图像分析gydF4y2Ba

一种成像系统(微型计算机成像设备;使用Imaging Research, St. catherine, ON, Canada)处理激光扫描共聚焦显微镜图像,测量fitc标记的红细胞和Evans蓝白蛋白灌注血管和渗漏。gydF4y2Ba

在每次会议开始时,使用300目方形电子显微镜网格垂直和水平校准线性距离。每个30 - 40倍放大的z系列图像从一个区域通过单独的通道导入系统,并应用固定的256灰度显示截止,以确保获得原始血管染色模式的准确渲染。根据Bereczki,为三个对侧roi中的每一个设定了一个阈值,以匹配放射性标记白蛋白分布的公布值。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba[24]。按照这一惯例,对侧EB区被设置为视前区目标面积的0.45%,外侧尾壳核为0.58%,新皮层为0.80%。在相同的设置下,从同侧半球区域收集相应的ROI图像,因此它们的值代表了由于普遍的I-R条件而与正常的变化。gydF4y2Ba

导入系统的图像允许将先前分别获得的EB和fitc标记的红细胞的单个图像重建为单个投影合成图像。由于z步长位置保持完整,因此重建结果覆盖了相同的组织体积,并且可以叠加以产生合成图像。随后的数据以对侧值的比率表示,并表示为以下参数:i)泄漏,血管系统中断和朦胧背景的场的百分比;ii)场,血管外积聚EB但无明显细胞摄取的场的百分比;iii)吸收,细胞吸收EB的场的百分比。每个ROI由3名研究者分别在每只大鼠的5个脑切片上对这3个参数进行评估,取平均值,取平均值作为该ROI的代表。所有数据均以平均值±平均值的标准误差表示。采用t检验和Pearson相关系数进行分析,p<0.05为显著性推断。gydF4y2Ba

在单独的实验中,静脉注射EB后定时采集动脉血样本。在微孔板读取器(ELx800, Bio-Tek Instruments, Inc., Winooski, Vermont, USA)中,使用EB标准物与光密度的曲线测量这些样品中的血浆EB浓度。利用这些数据绘制EB动脉时间-浓度曲线。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

一般的观察gydF4y2Ba

除MRI后轻度高碳酸血症外,所有动物的生理参数均在正常范围内(表1)。MCA闭塞期间CBF减少证实缺血;再灌注的大小通过缝线断开后这些区域CBF的恢复程度来记录(图1A和1B)。该脑卒中模型通常受影响的脑区为PoA、Str和Ctx,它们构成了进一步检查的三个roi。与对侧相应区域的CBF值相比,MCA闭塞期间PoA、Str和Ctx的CBF分别减少约75%、70%和40%。再灌注后脑血流恢复在这些区域之间存在差异,PoA、Str和Ctx再灌注后的估计缺损分别约为50%、40%和5%。三种roi在闭塞和再灌注期间的CBF差异均显著(表2)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba在这些roi中,ADC随缺血程度升高而降低,但只有PoA和Str的ADC有显著差异(表2)。PoA损伤的大鼠多于Str和Ctx(表3)。gydF4y2Ba

表1。gydF4y2Ba大鼠(n=8)磁共振成像时和成像后的生理状态gydF4y2Ba

时间gydF4y2Ba

参数gydF4y2Ba

在核磁共振成像gydF4y2Ba

在核磁共振成像gydF4y2Ba

pH值gydF4y2Ba

7.4±0.03gydF4y2Ba

7.3±0.11gydF4y2Ba

pCOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba

30.3±1.53gydF4y2Ba

44.6±1.50gydF4y2Ba

阿宝gydF4y2Ba2gydF4y2BabgydF4y2Ba

116.1±6.54gydF4y2Ba

101.9±8.18gydF4y2Ba

临时gydF4y2BacgydF4y2Ba

37.1±0.07gydF4y2Ba

37.0±0.25gydF4y2Ba

地图gydF4y2BadgydF4y2Ba

94.7±2.53gydF4y2Ba

104.2±4.18gydF4y2Ba

葡萄糖gydF4y2BaegydF4y2Ba

-----gydF4y2Ba

163.0±6.00gydF4y2Ba

同渗重摩gydF4y2BafgydF4y2Ba

-----gydF4y2Ba

304.1±0.93gydF4y2Ba

血细胞比容gydF4y2Ba

-----gydF4y2Ba

0.4±0.10gydF4y2Ba

数值以平均值±平均值的标准误差给出。gydF4y2Baa、bgydF4y2Ba分压(mmhg);gydF4y2BacgydF4y2Ba直肠温度(℃);gydF4y2BadgydF4y2Ba平均动脉压(mmhg);gydF4y2BaegydF4y2BaMg / 100ml血浆;gydF4y2BafgydF4y2BamOsm H /公斤gydF4y2Ba2gydF4y2BaO;gydF4y2Ba-----gydF4y2Ba没有测量。gydF4y2Ba

表2。gydF4y2Ba缺血再灌注时磁共振成像参数汇总(n=8)gydF4y2Ba

参数gydF4y2Ba

ROIgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba

时间gydF4y2Ba

闭塞gydF4y2Ba

再灌注gydF4y2Ba

CBFgydF4y2Ba

《行动纲领》gydF4y2BabgydF4y2Ba

0.23±0.06gydF4y2Ba

0.48±0.10gydF4y2BaegydF4y2Ba

StrgydF4y2BacgydF4y2Ba

0.32±0.07gydF4y2Ba

0.63±0.11gydF4y2BaegydF4y2Ba

CtxgydF4y2BadgydF4y2Ba

0.60±0.10gydF4y2Ba

0.95±0.08gydF4y2BafgydF4y2Ba

TgydF4y2Ba2gydF4y2Ba

《行动纲领》gydF4y2Ba

1.31±0.06gydF4y2Ba

1.53±0.11gydF4y2Ba

StrgydF4y2Ba

1.19±0.06gydF4y2Ba

1.42±0.09gydF4y2Ba

CtxgydF4y2Ba

1.21±0.04gydF4y2Ba

1.26±0.05gydF4y2Ba

ADCgydF4y2Ba

《行动纲领》gydF4y2Ba

0.71±0.07gydF4y2Ba

1.1±0.08gydF4y2BaggydF4y2Ba

StrgydF4y2Ba

0.80±0.11gydF4y2Ba

1.02±0.07gydF4y2BahgydF4y2Ba

CtxgydF4y2Ba

1.05±0.03gydF4y2Ba

0.94±0.04gydF4y2Ba

所有数值均以同侧与对侧比值的平均值±标准误差给出。CBF,脑血流量;TgydF4y2Ba2gydF4y2Ba,横向弛豫时间;ADC:水的表观扩散系数;gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba感兴趣的区域;gydF4y2BabgydF4y2Ba前视区域;gydF4y2BacgydF4y2Ba纹状体;gydF4y2BadgydF4y2Ba皮质;gydF4y2BaegydF4y2BapgydF4y2Ba= 0.02;gydF4y2BafgydF4y2BapgydF4y2Ba= 0.03;gydF4y2BaggydF4y2BapgydF4y2Ba= 0.001;gydF4y2BahgydF4y2BapgydF4y2Ba= 0.05(配对t检验)gydF4y2Ba

表3。gydF4y2Ba根据所选的三个参数,在三个roi的两个示踪剂循环时间点出现血管损伤的大鼠比例gydF4y2Ba

ROIgydF4y2Ba

时间gydF4y2Ba

漏*gydF4y2Ba

字段*gydF4y2Ba

吸收*gydF4y2Ba

《行动纲领》gydF4y2Ba

5分钟gydF4y2Ba

四四gydF4y2Ba

四四gydF4y2Ba

3/4gydF4y2Ba

20分钟gydF4y2Ba

四四gydF4y2Ba

四四gydF4y2Ba

四四gydF4y2Ba

StrgydF4y2Ba

5分钟gydF4y2Ba

2/4gydF4y2Ba

1/4gydF4y2Ba

1/4gydF4y2Ba

20分钟gydF4y2Ba

3/4gydF4y2Ba

2/4gydF4y2Ba

3/4gydF4y2Ba

CtxgydF4y2Ba

5分钟gydF4y2Ba

2/4gydF4y2Ba

1/4gydF4y2Ba

0/4gydF4y2Ba

20分钟gydF4y2Ba

1/4gydF4y2Ba

1/4gydF4y2Ba

1/4gydF4y2Ba

*渗漏表示EB外渗,背景模糊;*视野表明细胞外可见EB;*摄取表示细胞对EB的摄取。gydF4y2Ba

微血管状态gydF4y2Ba

在所有实验中,至少在一个ROI中观察到Gd-DTPA血管外增强,证实再灌注后局部血脑屏障开放(图1C)。肉眼检查相应的2mm厚脑切片显示蓝色,表明这些区域也发生了EB渗漏(图1D)。对侧半球图像检查显示血管网络错综复杂(图2A1-C1)。微血管中充满了荧光红色EB标记的血浆,血浆中可见fitc -红细胞为绿色圆圈或椭圆形(图2A1-2C1)。从视觉评价来看,皮层似乎显示出相对密集和更复杂的血管组织,但这需要通过未来的定量来证实。血液涂片制备显示一群完整的、fitc标记的红细胞(图2D)。通过将2D中圆形细胞与图2A-2、2B-2和2C-2中放大的血管内fitc -红细胞进行比较,可以看出红细胞在运输过程中的适应性变形能力,图2A-2、2B-2和2C-2中显示的fitc -红细胞呈椭圆形、长方形或挤压状,很可能与微血管管腔一致。未标记的红细胞在红色EB荧光中被视为暗隙。gydF4y2Ba

图1所示。gydF4y2Ba一组典型的磁共振图像和相应的埃文斯蓝染色脑切片从一个实验。从左至右,前两张为脑闭塞(A)和再灌注(B)时的冠状面CBF图像,第三张为TgydF4y2Ba1gydF4y2Ba对比增强区域(C)的减影图像。A中右半球的暗区是缺血的。可以看到,再灌注后脑血流在病变中心恢复,两侧是两个持续低血流量的独立区域(B中两个椭圆形中间的明亮像素)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba在减影图像中,可以看到两个明显的对比度增强区域(C中的两个椭圆形),表明缺血引起的急性血脑屏障打开。这两个椭圆在空间上与图中再灌注脑的两个低血流量区域相对应。与MR图像相对应的2mm脑振动体切片也显示(D),其中同侧可见EBA泄漏的蓝色区域(D中的椭圆形轮廓在空间上对应于C中的2个椭圆形)。gydF4y2Ba

图2。gydF4y2Ba使用40X物镜检查三个roi的对侧微血管:PoA (a -1), Str(B-1), Ctx (C-1);用10倍物镜检查血液涂片制剂的示例(D);以及A-1、B-1和C-1(分别为A-2、B-2和C-2)框的放大图像。a -1、B-1和C-1可见完整、相互连接的血管网络,暗背景提示没有任何示踪剂外渗。血管内充满血浆,EB标记为红色,fitc -红细胞穿过血管,在所有三个roi中可见明显的血管内绿色斑点。血管段的突发性末端表明血管段垂直延伸到成像平面的焦点之外。涂片显示亮绿色,完整的圆形红细胞。它们的低密度反映了FITC标记红细胞的部分种群;红色斑点是血液中eb染色的血浆成分。A-2、B-2和C-2的放大图像显示了红细胞自适应变形的一些例子(gydF4y2Ba58gydF4y2Ba)以促进其在微血管系统内流动。gydF4y2Ba

与相应的对侧脉管系统(图3:A-1, B-1, C-1)相比,同侧脉管系统显示微血管受损并伴有EB渗漏(图3:A-2, B-2, C-2和A-3, B-3, C-3)。血管外EB可见为朦胧背景和/或分散在毛细血管网络中的红色斑块。这些斑块在ROI之间的大小和形状各不相同,没有给定的ROI显示任何特定的分布模式。几个渗漏区的一个显著特征是细胞对EB的摄取。这些细胞在血管外EB斑块中可见为明亮的局部荧光斑点,或广泛分布,或小簇分布(图3:A-2, A-3, B-2, B-3)。对侧未见EB渗漏和细胞摄取。对EB分布的进一步研究表明,随着ROI和循环时间的变化,EB分布具有几个独特的特征。图4描述了三个roi中的每一个。简而言之,PoA比Str更容易受到微血管损伤,而Ctx损伤最小。随着示踪剂循环时间从5-20 min增加,Str和Ctx的泄漏和场扩大。gydF4y2Ba

图3。gydF4y2Ba使用40X物镜检查EB和fitc -红细胞循环后5或20分钟的微血管结构激光扫描共聚焦显微图像。最上面一行(A-1, B-1, C-1)是循环20分钟后对侧半球的图像,作为5分钟后缺血半球的两组图像的参考(A-2, B-2, C-2;中排)或20分钟(A-3, B-3, C-3;示踪剂循环。从左到右,三列图像分别来自PoA (A-1, A-2, A-3), Str (B-1, B-2, B-3)和Ctx (C-1, C-2, C-3)。血管用红色埃文斯蓝荧光标记,可见fitc标记红细胞的圆形或椭圆形绿色斑点。在对侧半球的顶板图像中,可以看到复杂而完整的血管网络,深色背景表明没有血管渗漏。在中间面板(a -2) PoA的5min循环图像中,网络被破坏,大量细胞占用了EB。此时Str中可见的此类细胞较少,伴红色雾状,提示间质EB分布较大(B-2)。然而,皮质网络似乎是损伤最小的,没有明显的EB血管外存在(C-2)。 Note the FITC-RBCs in all images are intravascular.In the image after 20 min of tracer circulation from PoA (A-3) shown in the bottom panel, the network is damaged further and a larger number of cells are labeled by leaked EBA along with the interstitium also appearing hazy with a reddish tint, presumably due to the longer period of EB extravasation. The red haze in Str (B-3) is also stronger compared to that in B-2, probably due to the same reason.The cortical network, however, seems still intact albeit with a relatively hazier background (C-3; please note that although one rat showed cortical vascular damage, a more representative example of less extensive cortical injury was chosen for illustration). Note the FITC-RBCs in all images from the bottom panel are also still intravascular.

图4。gydF4y2Ba柱状图描绘了渗漏的百分比值,EB积累场和EB细胞摄取。横坐标表示不同实验队列,纵坐标表示所测损伤指数的大小。每只大鼠评估5片,每组总样本为20片。大多数这样的脑切片在PoA中受损,参数值在两个循环持续时间之间没有明显变化。然而,在Str中,虽然所有三个参数都显示增加,但与5分钟组相比,20分钟组只有渗漏和场的变化具有统计学意义。在5分钟循环组中,Ctx没有血管损伤的证据,在20分钟循环组中,只有一只大鼠出现皮质血管破坏。其中检查的所有5片(占总切片的25%)均显示EB外渗,并且在5 min和20 min组之间,三个参数评估中的两个参数的增加具有统计学意义。*gydF4y2BapgydF4y2Ba<0.05(学生t检验)gydF4y2Ba

使用Pearson相关系数,检查脑卒中损伤的MRI特征与荧光显微参数之间的关系,以测试是否有任何成像生物标志物可以预测即将发生的组织损伤(图5:A-1, A-2, B-1, B-2)。从组合测试中,发现闭塞期间的CBF与PoA(图5:A-1)和Str(图5:B-1)中EB泄漏的大小呈负相关;这种关系在PoA再灌注后持续存在(图5:A-2),但在Str中未观察到(图5:B-2)。gydF4y2Ba

图5。gydF4y2Ba散点图显示PoA (A-1, A-2)和Str (B-1, B-2)中CBF和EB泄漏之间的相关性。横坐标表示单侧与对侧CBF比值,纵坐标表示EB外渗的百分比切片。PoA闭塞时CBF与损伤呈负相关(A-1;RgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 0.5;皮尔逊系数= -0.7;gydF4y2BapgydF4y2Ba<0.05)和Str (B-1;RgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 0.5;皮尔逊系数= -0.7;gydF4y2BapgydF4y2Ba< 0.05)。再灌注后PoA也有类似的关系(A-2;RgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 0.7;皮尔逊系数= -0.8;gydF4y2BapgydF4y2Ba<0.05),但在Str (B-2;RgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 0.07;皮尔逊系数-0.2;gydF4y2BapgydF4y2Ba< 0.50)。gydF4y2Ba

图6。gydF4y2Ba图中显示了埃文斯蓝色测量值。已知EB浓度与光密度的典型标准曲线如图A所示。静脉注射后3小时血液中EB的水平如图b所示。可见,由于EB与血浆白蛋白的结合,在注射后立即达到初始峰值后,EB在较长时间内保持稳定水平。gydF4y2Ba

在EB时间-浓度曲线中,血液中EB水平在观察期间保持相对稳定。在最初的几分钟内达到峰值,指数下降到峰值的70%左右,然后在3小时内缓慢下降到峰值的50%(图6)。gydF4y2Ba

讨论gydF4y2Ba

这些数据显示了正常大鼠皮层和皮层下脑区微血管模式的变化,以及短暂的3小时MCA闭塞对其大体形态的影响。Evans蓝,一种经常用于血脑屏障研究的染料,被用作示踪剂来说明这些模式。同时注射自体的fitc标记的红细胞,以证明在急性再灌注时,破坏的屏障对血源性细胞成分的相对紧密性。由此得出的数据表明,可以在脑卒中实验研究中对EB渗漏进行定量分析,以保持微血管状态。荧光示踪剂如EB常用于评估脑缺血血脑屏障损伤,最常用的方法是染料提取及其比色定量。这种方法给出了准确的组织染料含量,但导致丢失了关于脑区域微血管状态的非常重要的数据,此外,在中风影响的脑区域之间染料分布的任何差异以及其中可能的细胞对染料的摄取也丢失了。因此,一种基于成像的技术,可以产生几个感兴趣的参数,如区域特异性、微血管状态、示踪剂外渗模式和细胞摄取,在评估脑卒中损伤方面更有利。此前有报道称,在冷损伤和短暂性缺血后,外渗EB会被摄取[25-27]。虽然在我们的研究中没有进一步探讨这些细胞的亚型,但已知神经元和非神经元细胞对EB的摄取[25-27]。fitc -红细胞似乎局限于所有区域的血管内空间,这支持了先前的观察,即此时出血转化不是病理的一部分[1]。gydF4y2Ba

一些研究采用了类似的方法来估计EB外渗以测量血管功能障碍。静脉注射EB后,通过固定硬脑膜的共聚焦激光扫描显微镜测量其因单侧三叉神经节刺激而从硬脑膜血管外渗[28]。将同侧多个roi的EB强度与对侧的进行比较,产生反映血浆蛋白外渗的荧光增加比例。所获得的值与先前报道的使用放射性白蛋白作为示踪剂的实验值相当[28]。Klohs及其同事使用牛血清白蛋白的近红外荧光(NIRF)成像来显示小鼠MCA闭塞模型中的血脑屏障开放。NIRF成像与EB外渗的数量和时间模式密切相关。然而,这种方法无法对微血管系统进行评估,而且检测能力也可能仅限于小鼠模型中较薄的头骨。也有报道用光学成像方法测量大鼠血栓栓塞性卒中模型的EB渗漏[15]。这种方法似乎提供了渗漏的区域变化信息,但没有微血管状态和间质示踪剂分布方向性。一些作者已经使用LSCM进行活体成像,通过颅窗技术或皮肤准备来测量皮层的血流变化[29]。 Several fluorescent dyes, including EB, have been used to measure flow variations as a result of an injury or drug treatment in live, anesthetized animals. While very informative, such techniques may be limited to about 200 µM of tissue depth that the laser beam can access. It is also known that increments in laser intensity can themselves cause endothelial damage [30]. In contrast, although terminal, the present techniques provided relevant data on microvascular network patterns, plasma and RBC regional distributions and extravascular cellular uptake of plasma-borne tracers. A somewhat similar approach was employed by Morris et al. who used fluorescent dextran in sequence with EB to differentiate between reperfused and unreperfused vasculature in cerebral ischemia [31].

本研究的观察结果之一是该模型中皮层和皮层下区域的易感性分级,这支持了我们和其他人之前的观察结果[27,32,33]。与Str和Ctx不同,PoA在循环5至20分钟时渗漏模式没有增加,这表明它在疾病级联的早期就受到了影响。损失没有进一步增加可能是由于该地区已经发生了最大程度的影响。此外,与许多其他静脉示踪剂不同,由于其与白蛋白的结合,单次注射后EB在相当长的时间内保持相对稳定的血药水平(图6);因此,尽管血脑屏障和示踪剂开放,但CBF的持续减少可能限制了示踪剂的输送,导致较少的外渗。PoA中被EB标记的细胞数量从5到20分钟减少可能是由于细胞持续死亡和裂解。由于血脑屏障相对紧密,需要更长的循环时间才能显示出破裂,这三个参数在Str中都从5分钟增加到20分钟。同样值得注意的是,再灌注后,Str的CBF恢复高于PoA(表2),出现Str异常的动物较少(表3)。相比之下,Ctx表现出相对的损伤恢复能力。不仅影响最小的测量指标先生(表2),两个老鼠显示皮质血管损伤(表3)。由于受伤的微不足道的5分钟,即使只是一种动物显示BBB破坏,增加在20分钟循环是统计学意义(图4)。另一个因素的数量增加切片显示EB泄漏可能示踪扩散循环期间从泄漏的来源。gydF4y2Ba

卒中的血管病理生理已经成为一些研究的主题[33-35]。他们已经表明,新皮层结构拥有更多的侧枝,可以补偿局部的流量减少。此外,在一些位点中,流动也可能是“浆质”的,约4%的毛细血管没有RBC流动[36]。我们的数据在一定程度上支持这些观点。皮层血管网络似乎比皮层下区域更密集、更复杂,在所有三个roi中有几个血管段似乎没有fitc -红细胞(图2)。然而,这些观察结果需要在未来的研究中通过量化来证实。由于只有一小部分红细胞被fitc标记(约2.0%,假设总血容量为20ml,测量的红细胞比容值为40%),因此得出所有未显示fitc -红细胞存在的段都是血浆的结论可能还为时过早。尽管如此,如果我们要开发以完全NVU为治疗目标的治疗方法,中风中脑血管系统的这些特征,特别是在高血压和糖尿病等已知以特定区域的方式影响脑血管完整性的合并症的背景下,是有必要的[37-40]。gydF4y2Ba

脑血流减少与血管外EB增加之间的相关性(图5)证实了我们之前的观察,即卒中时脑血流减少似乎决定了即将发生的血脑屏障损伤和“时间就是大脑”的概念[41,42]。目前的数据表明,在栓塞性卒中中,尽快恢复脑血流对限制随后的脑损伤至关重要。他们还指出,脑血流减少的程度可能是急性卒中中i - r诱导的血脑屏障损伤的预测性生物标志物,其他研究者认为通透性变化预示着出血[43]。然而,我们的数据表明,闭塞期间CBF减少的程度可能比再灌注后更可靠,区域特异性更低。当渗透性测量在不同的成像方式(如MRI和计算机断层扫描)中不同时,急性CBF测量也可以为血管损伤的二次确认提供独立参数[44]。gydF4y2Ba

血管外EB的细胞摄取引起了一些有趣的问题。治疗性分子是否可以效仿,如果可以,是否有可能使用血脑屏障开口作为中风脑药物输送的管道[45]?支持这一假设的是脑卒中双相血脑屏障开放的报道[9,46-48]。需要测试的是,屏障的短暂破坏是否会允许小药物分子通过。这种方法还可能具有额外的优点,即具有完整血脑屏障的正常脑组织不会暴露于药物,并且已知的水肿流体流过中风病变可能为药物提供额外的扩散和大流量载体[49,50]。值得注意的是,目前正在积极研究暂时打开血脑屏障以输送药物的技术[51-53]。gydF4y2Ba

脑中动脉闭塞是一种广泛流行的中风研究方法,并被用于测试几种假定的治疗方法[54]。这些疗法的总体效果通常以病变大小、神经元形态和运动功能的减少来衡量,少数人在这些评估中关注大脑区域差异。然而,这些差异可能是决定治疗效果的关键。例如,据报道,咖啡因治疗对皮质区域有保护作用,但对皮质下区域或脑水肿的影响很小[32,55]。可以想象,皮质高度复杂的血管结构和丰富的侧支流可能使其不易受到中风损伤,从而增强了咖啡因的保护作用。在这种情况下,同样重要的是观察到,在这种中风模型中,皮质下区域的水肿可能比皮质区域更明显。目前,与先前流行的“神经中心”方法不同,人们建议将血管保护纳入中风治疗的基本组成部分[56]。实施这些建议将需要纳入对脑微血管进行详细分析的技术。gydF4y2Ba

总之,卒中易感性的区域差异和一些假定的卒中治疗的区域特异性保护作用是已知的。大脑不同部位血管分布的不同可能是造成这种差异的重要原因。因此,阐明缺血引起的微血管状态变化对于评估旨在实现脑卒中脑保护的实验疗法至关重要[57]。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

美国心脏协会:Bugher基金会奖0270176N (RAK)和科学家发展基金0635403N (TNN)。内容完全是作者的,不代表美国心脏协会的官方观点。我们感谢Joseph D. Fenstermacher博士对数据分析的宝贵讨论。我们还要感谢:Stephen L. Brown博士和Andy Kolozsvary Jr.的FITC-RBC标记;徐军、Kevin Nelson和Richard L. Croxen提供专家技术援助;Nidhi N. Nadig和Neha Ray帮助制作图表。gydF4y2Ba

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编辑信息gydF4y2Ba

主编gydF4y2Ba

肯尼斯·MaiesegydF4y2Ba

文章类型gydF4y2Ba

研究文章gydF4y2Ba

出版的历史gydF4y2Ba

收稿日期:2015年8月23日gydF4y2Ba
录用日期:2015年9月14日gydF4y2Ba
出版日期:2015年9月17日gydF4y2Ba

版权gydF4y2Ba

©2015 Nagaraja TN.这是一篇根据知识共享署名许可条款发布的开放获取文章,该许可允许在任何媒体上不受限制地使用,分发和复制,前提是注明原作者和来源。gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba

Nagaraja TN, Keenan KA, Ewing JR, Shashikumar S, Nadig VS等。(2015)脑缺血再灌注损伤后血脑屏障功能的直接区域微血管监测与评估。科学通报1:doi: 10.3969 /JTS.1000108gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

taavarekere N. NagarajagydF4y2Ba

亨利福特医院神经外科,西格兰大道2799号。密歇根州底特律48202,电话:(313)916-3853;传真:(313)916-1324。gydF4y2Ba

电子邮件:gydF4y2Batnagara1@hfhs.orggydF4y2Ba

表1。gydF4y2Ba大鼠(n=8)磁共振成像时和成像后的生理状态gydF4y2Ba

时间gydF4y2Ba

参数gydF4y2Ba

在核磁共振成像gydF4y2Ba

在核磁共振成像gydF4y2Ba

pH值gydF4y2Ba

7.4±0.03gydF4y2Ba

7.3±0.11gydF4y2Ba

pCOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba

30.3±1.53gydF4y2Ba

44.6±1.50gydF4y2Ba

阿宝gydF4y2Ba2gydF4y2BabgydF4y2Ba

116.1±6.54gydF4y2Ba

101.9±8.18gydF4y2Ba

临时gydF4y2BacgydF4y2Ba

37.1±0.07gydF4y2Ba

37.0±0.25gydF4y2Ba

地图gydF4y2BadgydF4y2Ba

94.7±2.53gydF4y2Ba

104.2±4.18gydF4y2Ba

葡萄糖gydF4y2BaegydF4y2Ba

-----gydF4y2Ba

163.0±6.00gydF4y2Ba

同渗重摩gydF4y2BafgydF4y2Ba

-----gydF4y2Ba

304.1±0.93gydF4y2Ba

血细胞比容gydF4y2Ba

-----gydF4y2Ba

0.4±0.10gydF4y2Ba

数值以平均值±平均值的标准误差给出。gydF4y2Baa、bgydF4y2Ba分压(mmhg);gydF4y2BacgydF4y2Ba直肠温度(℃);gydF4y2BadgydF4y2Ba平均动脉压(mmhg);gydF4y2BaegydF4y2BaMg / 100ml血浆;gydF4y2BafgydF4y2BamOsm H /公斤gydF4y2Ba2gydF4y2BaO;gydF4y2Ba-----gydF4y2Ba没有测量。gydF4y2Ba

表2。gydF4y2Ba缺血再灌注时磁共振成像参数汇总(n=8)gydF4y2Ba

参数gydF4y2Ba

ROIgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba

时间gydF4y2Ba

闭塞gydF4y2Ba

再灌注gydF4y2Ba

CBFgydF4y2Ba

《行动纲领》gydF4y2BabgydF4y2Ba

0.23±0.06gydF4y2Ba

0.48±0.10gydF4y2BaegydF4y2Ba

StrgydF4y2BacgydF4y2Ba

0.32±0.07gydF4y2Ba

0.63±0.11gydF4y2BaegydF4y2Ba

CtxgydF4y2BadgydF4y2Ba

0.60±0.10gydF4y2Ba

0.95±0.08gydF4y2BafgydF4y2Ba

TgydF4y2Ba2gydF4y2Ba

《行动纲领》gydF4y2Ba

1.31±0.06gydF4y2Ba

1.53±0.11gydF4y2Ba

StrgydF4y2Ba

1.19±0.06gydF4y2Ba

1.42±0.09gydF4y2Ba

CtxgydF4y2Ba

1.21±0.04gydF4y2Ba

1.26±0.05gydF4y2Ba

ADCgydF4y2Ba

《行动纲领》gydF4y2Ba

0.71±0.07gydF4y2Ba

1.1±0.08gydF4y2BaggydF4y2Ba

StrgydF4y2Ba

0.80±0.11gydF4y2Ba

1.02±0.07gydF4y2BahgydF4y2Ba

CtxgydF4y2Ba

1.05±0.03gydF4y2Ba

0.94±0.04gydF4y2Ba

所有数值均以同侧与对侧比值的平均值±标准误差给出。CBF,脑血流量;TgydF4y2Ba2gydF4y2Ba,横向弛豫时间;ADC:水的表观扩散系数;gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba感兴趣的区域;gydF4y2BabgydF4y2Ba前视区域;gydF4y2BacgydF4y2Ba纹状体;gydF4y2BadgydF4y2Ba皮质;gydF4y2BaegydF4y2BapgydF4y2Ba= 0.02;gydF4y2BafgydF4y2BapgydF4y2Ba= 0.03;gydF4y2BaggydF4y2BapgydF4y2Ba= 0.001;gydF4y2BahgydF4y2BapgydF4y2Ba= 0.05(配对t检验)gydF4y2Ba

表3。gydF4y2Ba根据所选的三个参数,在三个roi的两个示踪剂循环时间点出现血管损伤的大鼠比例gydF4y2Ba

ROIgydF4y2Ba

时间gydF4y2Ba

漏*gydF4y2Ba

字段*gydF4y2Ba

吸收*gydF4y2Ba

《行动纲领》gydF4y2Ba

5分钟gydF4y2Ba

四四gydF4y2Ba

四四gydF4y2Ba

3/4gydF4y2Ba

20分钟gydF4y2Ba

四四gydF4y2Ba

四四gydF4y2Ba

四四gydF4y2Ba

StrgydF4y2Ba

5分钟gydF4y2Ba

2/4gydF4y2Ba

1/4gydF4y2Ba

1/4gydF4y2Ba

20分钟gydF4y2Ba

3/4gydF4y2Ba

2/4gydF4y2Ba

3/4gydF4y2Ba

CtxgydF4y2Ba

5分钟gydF4y2Ba

2/4gydF4y2Ba

1/4gydF4y2Ba

0/4gydF4y2Ba

20分钟gydF4y2Ba

1/4gydF4y2Ba

1/4gydF4y2Ba

1/4gydF4y2Ba

*渗漏表示EB外渗,背景模糊;*视野表明细胞外可见EB;*摄取表示细胞对EB的摄取。gydF4y2Ba

图1所示。gydF4y2Ba一组典型的磁共振图像和相应的埃文斯蓝染色脑切片从一个实验。从左至右,前两张为脑闭塞(A)和再灌注(B)时的冠状面CBF图像,第三张为TgydF4y2Ba1gydF4y2Ba对比增强区域(C)的减影图像。A中右半球的暗区是缺血的。可以看到,再灌注后脑血流在病变中心恢复,两侧是两个持续低血流量的独立区域(B中两个椭圆形中间的明亮像素)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba在减影图像中,可以看到两个明显的对比度增强区域(C中的两个椭圆形),表明缺血引起的急性血脑屏障打开。这两个椭圆在空间上与图中再灌注脑的两个低血流量区域相对应。与MR图像相对应的2mm脑振动体切片也显示(D),其中同侧可见EBA泄漏的蓝色区域(D中的椭圆形轮廓在空间上对应于C中的2个椭圆形)。gydF4y2Ba

图2。gydF4y2Ba使用40X物镜检查三个roi的对侧微血管:PoA (a -1), Str(B-1), Ctx (C-1);用10倍物镜检查血液涂片制剂的示例(D);以及A-1、B-1和C-1(分别为A-2、B-2和C-2)框的放大图像。a -1、B-1和C-1可见完整、相互连接的血管网络,暗背景提示没有任何示踪剂外渗。血管内充满血浆,EB标记为红色,fitc -红细胞穿过血管,在所有三个roi中可见明显的血管内绿色斑点。血管段的突发性末端表明血管段垂直延伸到成像平面的焦点之外。涂片显示亮绿色,完整的圆形红细胞。它们的低密度反映了FITC标记红细胞的部分种群;红色斑点是血液中eb染色的血浆成分。A-2、B-2和C-2的放大图像显示了红细胞自适应变形的一些例子(gydF4y2Ba58gydF4y2Ba)以促进其在微血管系统内流动。gydF4y2Ba

图3。gydF4y2Ba使用40X物镜检查EB和fitc -红细胞循环后5或20分钟的微血管结构激光扫描共聚焦显微图像。最上面一行(A-1, B-1, C-1)是循环20分钟后对侧半球的图像,作为5分钟后缺血半球的两组图像的参考(A-2, B-2, C-2;中排)或20分钟(A-3, B-3, C-3;示踪剂循环。从左到右,三列图像分别来自PoA (A-1, A-2, A-3), Str (B-1, B-2, B-3)和Ctx (C-1, C-2, C-3)。血管用红色埃文斯蓝荧光标记,可见fitc标记红细胞的圆形或椭圆形绿色斑点。在对侧半球的顶板图像中,可以看到复杂而完整的血管网络,深色背景表明没有血管渗漏。在中间面板(a -2) PoA的5min循环图像中,网络被破坏,大量细胞占用了EB。此时Str中可见的此类细胞较少,伴红色雾状,提示间质EB分布较大(B-2)。然而,皮质网络似乎是损伤最小的,没有明显的EB血管外存在(C-2)。 Note the FITC-RBCs in all images are intravascular.In the image after 20 min of tracer circulation from PoA (A-3) shown in the bottom panel, the network is damaged further and a larger number of cells are labeled by leaked EBA along with the interstitium also appearing hazy with a reddish tint, presumably due to the longer period of EB extravasation. The red haze in Str (B-3) is also stronger compared to that in B-2, probably due to the same reason.The cortical network, however, seems still intact albeit with a relatively hazier background (C-3; please note that although one rat showed cortical vascular damage, a more representative example of less extensive cortical injury was chosen for illustration). Note the FITC-RBCs in all images from the bottom panel are also still intravascular.

图4。gydF4y2Ba柱状图描绘了渗漏的百分比值,EB积累场和EB细胞摄取。横坐标表示不同实验队列,纵坐标表示所测损伤指数的大小。每只大鼠评估5片,每组总样本为20片。大多数这样的脑切片在PoA中受损,参数值在两个循环持续时间之间没有明显变化。然而,在Str中,虽然所有三个参数都显示增加,但与5分钟组相比,20分钟组只有渗漏和场的变化具有统计学意义。在5分钟循环组中,Ctx没有血管损伤的证据,在20分钟循环组中,只有一只大鼠出现皮质血管破坏。其中检查的所有5片(占总切片的25%)均显示EB外渗,并且在5 min和20 min组之间,三个参数评估中的两个参数的增加具有统计学意义。*gydF4y2BapgydF4y2Ba<0.05(学生t检验)gydF4y2Ba

图5。gydF4y2Ba散点图显示PoA (A-1, A-2)和Str (B-1, B-2)中CBF和EB泄漏之间的相关性。横坐标表示单侧与对侧CBF比值,纵坐标表示EB外渗的百分比切片。PoA闭塞时CBF与损伤呈负相关(A-1;RgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 0.5;皮尔逊系数= -0.7;gydF4y2BapgydF4y2Ba<0.05)和Str (B-1;RgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 0.5;皮尔逊系数= -0.7;gydF4y2BapgydF4y2Ba< 0.05)。再灌注后PoA也有类似的关系(A-2;RgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 0.7;皮尔逊系数= -0.8;gydF4y2BapgydF4y2Ba<0.05),但在Str (B-2;RgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 0.07;皮尔逊系数-0.2;gydF4y2BapgydF4y2Ba< 0.50)。gydF4y2Ba

图6。gydF4y2Ba图中显示了埃文斯蓝色测量值。已知EB浓度与光密度的典型标准曲线如图A所示。静脉注射后3小时血液中EB的水平如图b所示。可见,由于EB与血浆白蛋白的结合,在注射后立即达到初始峰值后,EB在较长时间内保持稳定水平。gydF4y2Ba