Application value of multi-modal magnetic resonance imaging in the establishment of cerebral ischemia reperfusion model of cynomolgus monkey

Ein Schlaganfall ist ein plötzliches, verheerendes Ereignis, bei dem der Blutfluss zu einem Teil des Gehirns unterbrochen wird, wodurch die Zellen dem Sauerstoff entzogen werden und absterben. Für Ärzte, die Patienten behandeln, besteht das wichtigste Ziel darin, diesen Fluss so schnell wie möglich wiederherzustellen, doch dies sicher zu tun, ist eine komplexe Herausforderung. Den Blutfluss zu spät oder zu aggressiv wiederherzustellen, kann manchmal neue Schäden verursachen, ein Phänomen, das als Reperfusionsschaden bekannt ist. Um zu verstehen, wie man dieses empfindliche Gleichgewicht navigiert, müssen Wissenschaftler beobachten, was im lebenden Gehirn geschieht, während sich eine Blockade bildet und sich dann wieder löst. Während Humanstudien zwar essenziell sind, können sie nicht immer die präzisen, momentgenauen Veränderungen der Gewebegesundheit zeigen, die unmittelbar nach einer Blockade auftreten. Hier werden Tiermodelle entscheidend, da sie eine Möglichkeit bieten, Behandlungen zu testen und biologische Prozesse in einer kontrollierten Umgebung zu beobachten. Es ist jedoch schwierig, ein Modell zu erschaffen, das die menschliche Situation wirklich nachahmt, insbesondere wenn man nicht-menschliche Primaten verwendet, deren Gehirne strukturell und funktionell dem unseren viel näher sind als die von Ratten oder Mäusen.

In einer kürzlich durchgeführten Studie versuchten Forscher, ein hochpräzises Modell dieser Erkrankung unter Verwendung von Cynomolgus-Affen aufzubauen, einer Primatenart, die häufig in der fortgeschrittenen medizinischen Forschung eingesetzt wird. Das Team, geleitet von Wissenschaftlern des Suzhou Kowloon Hospital und einem Biotechnologieunternehmen, zielte darauf ab, ein Szenario zu schaffen, in dem ein Blutgefäß im Gehirn blockiert und dann wieder geöffnet wird, was die Erfahrung eines menschlichen Schlaganfallpatienten unter Notfallbehandlung widerspiegelt. Zu diesem Zweck verwendeten sie eine Technik namens digitale Subtraktionsangiographie, die wie eine hochauflösende Echtzeit-Karte der Blutgefäße wirkt. Unter dieser Führung führten sie vorsichtig einen winzigen Katheter in das Gehirn jedes Affen ein und injizierten einen kleinen, selbst hergestellten Blutgerinnsel in die mittlere Hirnarterie, das Hauptgefäß, das einen großen Teil des Gehirns versorgt. Diese Methode ermöglichte es ihnen, das Gefäß mit extremer Präzision zu blockieren, wodurch sichergestellt wurde, dass die resultierende Verletzung über alle Tiere der Studie hinweg konsistent und zuverlässig war.

Sob-weiß die Blockade etabliert war, wandten sich die Forscher einem leistungsstarken Instrumentarium zu, um die Reaktion des Gehirns zu beobachten. Sie verwendeten eine Art medizinischer Bildgebung namens Magnetresonanztomographie, die detaillierte Bilder des Gehirns erzeugt, ohne Strahlung zu verwenden. Speziell setzten sie eine Kombination verschiedener Scan-Modi ein, um sowohl die Struktur der Blutgefäße als auch die Gesundheit des Hirngewebes zu sehen. Ein Modus, bekannt als diffusionsgewichtete Bildgebung, ist außergewöhnlich empfindlich gegenüber Veränderungen in der Art und Weise, wie Wasser innerhalb der Zellen wandert. Wenn Gehirnzellen dem Sauerstoff entzogen werden, schwellen sie an, und diese Schwellung schränkt die Bewegung von Wasser ein, was dazu führt, dass der Bereich auf dem Scan hell aufleuchtet. Ein anderer Modus, die Magnetresonanzangiographie, ermöglichte es dem Team, die Blutgefäße direkt zu sehen und somit anzuzeigen, ob die Blockade noch bestand oder ob das Gefäß sich wieder geöffnet hatte.

Die Studie umfasste acht Affen, und das Verfahren war unter der Anleitung des Angiographie-Geräts bei allen erfolgreich. Nachdem die Blockade erstellt worden war, warteten die Forscher zwei und eine halbe Stunde, bevor sie ein gerinnselauflösendes Medikament verabreichten, eine Behandlung, die als Thrombolyse bekannt ist und den Standard der Versorgung für menschliche Schlaganfallpatienten darstellt. Sie scannten die Gehirne der Affen in mehreren Intervallen: eine Stunde nach der Blockade, vier Stunden nach der Gabe des Medikaments, vierundzwanzig Stunden später und erneut eine Woche nach dem ursprünglichen Ereignis. Die Bilder erzählten eine klare Geschichte. Unmittelbar nach der Blockade zeigten die Scans einen kleinen Bereich der Notlage im Hirngewebe. Jedoch schien der Bereich der Notlage nach der Verabreichung des Medikaments in den nächsten Stunden zunächst größer zu werden, ein Zeichen dafür, dass das Gewebe auf die plötzliche Rückkehr des Blutflusses reagierte. Doch als die Zeit verging, zeigten die Bilder eine bemerkenswerte Erholung. Bis zur 24-Stunden-Marke und darüber hinaus bis zur Woche hin begannen die hellen, belasteten Bereiche auf den Scans zu schrumpfen, und die Blutgefäße, die Stunden zuvor noch unsichtbar gewesen waren, begannen wieder zu erscheinen, was zeigte, dass die Blockade gelöst worden war und das Blut wieder floss.

Um zu bestätigen, dass die Bilder die Wahrheit sagten, führten die Forscher eine abschließende Kontrolle durch, nachdem die Affen am achten Tag human getötet worden waren. Sie entfernten die Gehirne, schnitten sie in dünne Scheiben und färbten sie mit einem roten Farbstoff, der lebendes Gewebe rot färbt, aber totes Gewebe blass lässt. Die Ergebnisse stimmten perfekt mit den Bildern überein. Die blassen, toten Bereiche im Hirngewebe waren signifikant kleiner als die großen belasteten Bereiche, die kurz nach der Blockade auf den Scans zu sehen waren. Dies bestätigte, dass das Hirngewebe nicht dauerhaft abgestorben war; stattdessen hatte es sich erholt, sobald der Blutfluss wiederhergestellt wurde. Die Größe des toten Gewebes entsprach der Größe des Bereichs, der eine Woche nach dem Ereignis auf den Scans zu sehen war, was bewies, dass die Bildgebungstechnik das endgültige Ergebnis der Verletzung genau vorhersagen konnte.

Diese Arbeit demonstriert, dass es möglich ist, ein zuverlässiges und präzises Modell von Schlaganfall und Reperfusion bei Affen unter Verwendung fortschrittlicher Bildgebung zu erstellen. Die Studie zeigte, dass Wissenschaftler durch die Kombination verschiedener Arten von Magnetresonanztomographien das Gehirn in Echtzeit heilen sehen können, indem sie genau beobachten, wann die Blutgefäße wieder öffnen und wie sich das Gewebe erholt. Die Ergebnisse legen nahe, dass diese bildgebenden Werkzeuge leistungsstark genug sind, um den Erfolg von Behandlungen und das Ausmaß der Hirnschäden mit großer Genauigkeit zu verfolgen. Obwohl die Studie gesunde Affen statt Tiere mit vorbestehenden Gefäßerkrankungen verwendete, bietet die Fähigkeit, den gesamten Prozess von der Blockade bis zur Erholung zu visualisieren, eine solide Grundlage für die zukünftige Forschung. Sie bietet eine Möglichkeit, neue Therapien zu testen und die komplexe Biologie der Schlaganfall-Erholung in einem Umfeld zu verstehen, das dem menschlichen Zustand sehr ähnlich ist, was potenziell zu besseren Behandlungen für die Millionen von Menschen führen kann, die jedes Jahr von dieser Krankheit betroffen sind.