虚血性脳卒中の動物モデル

虚血性脳卒中の動物モデルは、脳虚血を誘発する手順です。その目的は、この疾患の基本プロセスまたは潜在的な治療介入の研究、およびヒトの虚血性脳卒中に関する病態生理学的知識の拡張および/または治療の改善です。虚血性脳卒中は、ニューロン、グリア、内皮、免疫系など、多くの異なる細胞と組織の相互作用を伴う複雑な病態生理学を持っています。これらのイベントは、まだin vitro で十分に模倣できません。そのため、脳卒中研究の大部分は動物で行われています。

現在、異なる種のいくつかのモデルが脳虚血を引き起こすことが知られています^[1]。完全虚血モデルと不完全虚血モデルの両方が、より実行しやすい傾向があります。しかし、局所脳卒中モデルほどヒトの脳卒中に直接関連するものではありません。これは、全身虚血がヒトの脳卒中の一般的な特徴ではないためです。しかし、全身虚血は、心停止による全身無酸素性脳障害など、さまざまな状況でも関連しています。種によって、さまざまな種類の虚血性障害に対する感受性も異なります。その一例がスナネズミです。スナネズミにはウィリス動脈輪がなく、総頸動脈閉塞だけでも脳卒中が誘発されます。

使用されたメカニズムの一部は次のとおりです。

• 完全全身虚血
  • 斬首
  • 大動脈/大静脈閉塞
  • 外部頸部止血帯またはカフ
  • 心停止
• 不完全全身虚血
  • 出血または低血圧
  • 低酸素性虚血
  • 頭蓋内圧亢進症および頸動脈閉塞症
  • 二血管閉塞と低血圧
  • 4血管閉塞
  • 片側総頸動脈閉塞（一部の種のみ）
• 局所脳虚血
  • エンドセリン1による動脈と静脈の収縮
  • 中大脳動脈閉塞症
  • 自発性脳梗塞（自発性高血圧ラット）
  • マクロスフィア塞栓術
• 多巣性脳虚血
  • 血栓塞栓術
  • マイクロスフィア塞栓術
  • 光血栓症

最も一般的に使用されている低酸素性虚血の動物モデルの 1 つは、1960 年に Levine によって最初に説明され、その後 1981 年に Rice らによって改良されました。このアプローチは、新生ラットの子がモデルとして使用されるため、発達中の脳の低酸素性虚血を研究するのに役立ちます。簡単に説明すると、生後 7 日のラットの子に永久的な片側頸動脈結紮を施し、その後 3 時間低酸素環境 (酸素 8%) にさらします。このモデルでは、この年齢では低酸素状態だけでは損傷の閾値未満であるため、結紮と同側の半球に片側梗塞を作成します。損傷領域は通常、脳の脳室周囲領域、特に皮質と海馬領域に集中しています。

これらは、虚血組織の再灌流を伴う技術（一過性局所脳虚血）と再灌流を伴わない技術（永続的局所脳虚血）に分けられ、以下のモデルが確立されている^[2]。

• エンドセリン1による動脈と静脈の収縮
• 中大脳動脈閉塞症（MCAO）
  • 頭蓋切開を避けるMCAO
    • 塞栓性中大脳動脈閉塞症
    • 血管内フィラメント中大脳動脈閉塞症（一時的または永続的）
  • 頭蓋切開を伴うMCAO
    • 永久経頭蓋中大脳動脈閉塞症
    • 一過性経頭蓋中大脳動脈閉塞症
• 直接的な組織損傷
  • 大脳皮質光血栓症

エンドセリン-1は、虚血性脳卒中の際に内因的に生成される強力な血管収縮剤で、細胞の全体的な喪失と障害の一因となります。外因性エンドセリン-1は、再灌流による持続的な血管収縮後に脳卒中と細胞死を誘発するためにも使用できます。エンドセリン-1は、小さな組織体積（皮質灰白質、白質、または皮質下組織など）に微量注入して局所脳卒中を誘発したり、中大脳動脈の近くに注入したりできます。エンドセリン-1は、候補となる再生促進療法を評価するための局所脳卒中モデルとしてよく使用されます。この脳卒中モデルの利点の1つは、非常に再現性の高い梗塞を引き起こすことです。もう1つの利点は、高齢のラットに使用しても死亡率が非常に低いことです。

このモデルでは、虚血性脳卒中の動物モデルとして、血栓のような粒子（血栓塞栓性MCAO）または人工球を動物の頸動脈に注入することにより、中大脳動脈（MCA）閉塞を実現します。血栓塞栓性MCAOは、in vitroで形成された血栓を注入するか^[3]、in situ凝固のためにトロンビンを血管内に注入することにより実現します^[4]。血栓塞栓性モデルは、ヒトの心原性塞栓性脳卒中の病態生理に最も近いものです。球を脳循環に注入する場合、そのサイズによって脳梗塞のパターンが決まります。マクロ球（300～400 μm）は、近位MCAの閉塞によって達成されるものと同様の梗塞を引き起こしますが^[5]、マイクロ球（約50 μm）を注入すると、遠位のびまん性塞栓症が発生します^[6]。しかし、MCAO の質、つまり脳梗塞の量は大きく変動し、注入された血栓が 一定の割合で自然に溶解する ことで、この状況はさらに悪化します。

虚血性脳卒中の動物モデルとしての血管内フィラメント（腔内縫合）MCAOの技術は、小泉^[7]によって初めて説明されました。これはラットとマウスに適用されます。外科用フィラメントを内頸動脈に挿入し、先端が中大脳動脈の起始部を閉塞するまで進めます。その結果、血流が停止し、その供給領域で脳梗塞が発生します。一定時間後に縫合糸を除去すると再灌流が達成されます（一過性MCAO）。フィラメントをそのまま残すと、この手順は永久MCAOのモデルとしても適しています。最も一般的な修正は、外頸動脈を介したフィラメント挿入を説明したLonga（1989） ^{[8]に基づいています。これにより、フィラメント除去後、}総頸動脈と内頸動脈を介した脳への血液供給を維持したままアクセスポイントを閉じることができます。この方法の既知の落とし穴としては、不十分な閉塞、くも膜下出血^[9]、高体温^[10]、同側頭蓋外組織の壊死^{[11]などがある。フィラメントMCAOはすべてのラット}系統に適用できるわけではない^[12]。

この虚血性脳卒中の動物モデルでは、中大脳動脈（MCA）を外科的に切除し、続いて電気焼灼や結紮などにより永久的に閉塞する。閉塞はMCAの近位部^[13]または遠位部^[14]で行うことができる。後者の場合、虚血性損傷は大脳皮質に限定される。MCAOは、一時的または永久的な総頸動脈閉塞と組み合わせることができる。これらのモデルでは、小さな開頭手術が必要である。

一過性経頭蓋MCAOによる虚血性脳卒中のモデル化技術は、一定期間の局所脳虚血後にMCAが再灌流される点で、永久経頭蓋MCAOの技術と類似している^[15]。永久MCAOと同様に、開頭手術が必要であり、総頸動脈（CCA）閉塞を組み合わせることができる。1つのMCAと両方のCCAを閉塞することを局所脳虚血の3血管閉塞モデルと呼ぶ。

虚血性脳卒中の光血栓モデルでは、限局性の皮質領域の局所血管内光凝固法を用いる。ローズベンガルなどの光感受性染料を静脈注射した後、小さな穴または薄くした頭蓋窓から頭蓋骨を通して脳に光を照射し、照射された血管の光化学的閉塞と二次的組織虚血を引き起こす^[16]。このアプローチは、1977年にローゼンブラムとエルサバンによって最初に提案され、1985年にラットの脳でワトソンによって改良された。^{[1] [2]}この方法はマウスにも応用されている。

• 脳卒中の動物モデル

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