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

Een beroerte is een plotselinge, verwoestende gebeurtenis waarbij de bloedtoevoer naar een deel van de hersenen wordt onderbroken, waardoor cellen van zuurstof worden beroofd en afsterven. Voor artsen die patiënten behandelen, is het meest cruciale doel om die doorbloeding zo snel mogelijk te herstellen, maar dit veilig doen is een complexe uitdaging. Het te laat of te agressief herstellen van de bloedstroom kan soms nieuwe schade veroorzaken, een fenomeen dat bekend staat als reperfusieletsel. Om te begrijpen hoe men deze delicate balans kan navigeren, moeten wetenschappers observeren wat er in een levende hersen gebeurt terwijl een blokkade vormt en vervolgens weer verdwijnt. Hoewel menselijke studies essentieel zijn, kunnen zij niet altijd de precieze, moment-tot-moment veranderingen in de gezondheid van het weefsel laten zien die optreden direct na een blokkade. Hier worden diermodellen vitaal, omdat ze een manier bieden om behandelingen te testen en biologische processen te observeren in een gecontroleerde omgeving. Het creëren van een model dat de menselijke conditie werkelijk nabootst is echter moeilijk, vooral bij het gebruik van niet-menselijke primaten, wier hersenen structureel en functioneel veel dichter bij de onze liggen dan die van ratten of muizen.

In een recente studie probeerden onderzoekers een zeer nauwkeurig model van deze conditie op te bouwen met behulp van cynomolgusapen, een soort primaat die vaak wordt gebruikt in geavanceerd medisch onderzoek. Het team, geleid door wetenschappers van het Suzhou Kowloon Hospital en een biotechnologiebedrijf, had als doel een scenario te creëren waarin een bloedvat in de hersenen wordt geblokkeerd en vervolgens weer geopend, wat de ervaring van een menselijke beroerpatiënt die spoedeisende hulp krijgt, weerspiegelt. Hiervoor gebruikten zij een techniek genaamd digitale subtractie-angiografie, die fungeert als een high-definition, real-time kaart van de bloedvaten. Onder deze begeleiding leidden zij zorgvuldig een kleine katheter in de hersenen van elke aap en injecteerden zij een kleine, zelfgemaakte bloedprop in de middelste cerebrale arterie, het belangrijkste vat dat een groot deel van de hersenen van bloed voorziet. Deze methode stelde hen in staat om het vat met extreme precisie te blokkeren, waardoor de resulterende letsel consistent en betrouwbaar was bij alle dieren in de studie.

Zodra de blokkade was gevestigd, wendden de onderzoekers zich tot een krachtige set instrumenten om de reactie van de hersenen te observeren. Zij gebruikten een type medische beeldvorming genaamd magnetische resonantie-imaging, dat gedetailleerde beelden van de hersenen maakt zonder straling te gebruiken. Specifiek gebruikten zij een combinatie van verschillende scanmodi om zowel de structuur van de bloedvaten als de gezondheid van het hersenweefsel zelf te zien. Eén modus, bekend als diffusie-gewogen beeldvorming, is uitzonderlijk gevoelig voor veranderingen in de manier waarop water beweegt binnen cellen. Wanneer hersencellen worden beroofd van zuurstof, zwellen ze op, en deze zwelling beperkt de beweging van water, waardoor het gebied helder oplicht op de scan. Een andere modus, genaamd magnetische resonantie-angiografie, stelde het team in staat om de bloedvaten direct te zien, waarmee werd aangetoond of de blokkade nog aanwezig was of dat het vat weer was geopend.

De studie omvatte acht apen, en de procedure was succesvol in alle gevallen onder begeleiding van de angiografie-machine. Nadat de blokkage was gecreëerd, wachtten de onderzoekers tweeënhalf uur voordat zij een stollingoplossend medicijn toedienten, een behandeling die bekend staat als trombolyse, wat de standaardzorg is voor menselijke beroerpatiënten. Vervolgens scanden zij de hersenen van de apen op verschillende intervallen: één uur na de blokkade, vier uur na toediening van het medicijn, vierentwintig uur later, en opnieuw één week na de initiële gebeurtenis. De beelden vertelden een duidelijk verhaal. Onmiddellijk na de blokkade toonden de scans een klein gebied van stress in het hersenweefsel. Echter, na toediening van het medicijn leek het gebied van stress in de eerste uren na de toediening groter te worden, een teken dat het weefsel reageerde op de plotselinge terugkeer van de bloedstroom. Maar naarmate de tijd verstreek, toonden de beelden een opmerkelijke verbetering. Tegen het twintig-vier-uur punt en voortdurend gedurende de week, begonnen de heldere, gestreste gebieden op de scans te krimpen, en de bloedvaten die slechts uren daarvoor onzichtbaar waren, begonnen weer te verschijnen, wat aantoonde dat de blokkade was opgeheven en de bloedstroom weer op gang kwam.

Om te bevestigen dat de beelden de waarheid spraken, voerden de onderzoekers een laatste controle uit nadat de apen op de achtste dag op humane wijze werden geëuthanaseerd. Zij verwijderden de hersenen en sneden deze in dunne secties, waarbij ze ze kleurden met een rode kleurstof die levend weefsel rood kleurt maar dood weefsel bleek laat. De resultaten kwamen perfect overeen met de beelden. De bleke, dode gebieden in het hersenweefsel waren aanzienlijk kleiner dan de grote gestreste gebieden die op de scans vlak na de blokkade te zien waren. Dit bevestigde dat het hersenweefsel niet permanent was gestorven; in plaats daarvan had het hersteld zodra de bloedstroom werd hersteld. De grootte van het dode weefsel kwam overeen met de grootte van het gebied dat op de scans één week later te zien was, wat bewees dat de beeldvormingstechniek de uiteindelijke uitkomst van het letsel nauwkeurig kon voorspellen.

Dit werk demonstreert dat het mogelijk is om een betrouwbaar en precies model van beroerte en reperfusie in apen te creëren met behulp van geavanceerde beeldvormingsbegeleiding. De studie toonde aan dat door verschillende soorten magnetische resonantiescans te combineren, wetenschappers de hersenen in real-time kunnen zien genezen, waarbij ze precies zien wanneer de bloedvaten weer opengaan en hoe het weefsel herstelt. De bevindingen suggereren dat deze beeldvormingsinstrumenten krachtig genoeg zijn om het succes van behandelingen en de omvang van hersenschade met grote nauwkeurigheid te volgen. Hoewel de studie gezonde apen gebruikte in plaats van dieren met reeds bestaande vasculaire ziekten, biedt het vermogen om het gehele proces van blokkade tot herstel te visualiseren een solide fundament voor toekomstig onderzoek. Het biedt een manier om nieuwe therapieën te testen en het complexe biologische proces van hersenherstel te begrijpen in een setting die nauw aansluit bij de menselijke conditie, wat potentieel kan leiden tot betere behandelingen voor de miljoenen mensen die elk jaar door deze ziekte worden getroffen.