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Bibliographic Metadata

Title
Behavioral characterization of the anterior injection model of subarachnoid hemorrhage and the effect of nimodipine treatment / vorgelegt von Susanne Böttinger
Additional Titles
Verhaltensorientierte Beschreibung des anterioren Injektionsmodels der Subarachnoidalblutung und der Effekt einer Nimodipin Behandlung
AuthorBöttinger, Susanne
CensorWenning, Gregor
Thesis advisorLackner, Peter
PublishedInnsbruck, 2016
Description81 Blätter : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteMedizinische Universität Innsbruck, Dissertation, 2016
Date of SubmissionSeptember 2016
LanguageEnglish
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Subarachnoidalblutung / Anteriores Injektionsmodel / Verhalten / SHIRPA / Offenes Feld Test
Keywords (EN)subarachnoid hemorrhage / anterior injection model / behavior / SHIRPA / Flex Field
Project-/ReportnumberKLI 373 B00
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-21988 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Behavioral characterization of the anterior injection model of subarachnoid hemorrhage and the effect of nimodipine treatment [3.18 mb]
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Abstract (German)

Hintergrund:<br />Das anteriore Injeketionsmodell ist ein anerkanntes Mausmodell, um die Pathophysiologie nach einer Subarachnoidalblutung (SAB) zu untersuchen. Im Hinblick auf die Anwendung von neurologischen Scores ist dieses Modell derzeit jedoch nicht ausreichend charakterisiert. Aus diesem Grund wurde diese Studie durchgeführt, um drei verschiedene Verhaltenstests auf ihre Anwendbarkeit zur Quantifizierung des Schweregrades einer SAB zu prüfen, und um die Wirkung von Nimodipin auf die Pathophysiologie nach einer SAB zu testen.<br />Methoden:<br />C57BL/6 (10-12 Wochen alt) Mäusen wurden drei verschiedene Volumina autologes, arterielles Blut stereotaktisch in die prächiasmatische Zisterne injiziert. Sham Mäuse wurden dem gleichen operativen Verfahren unterzogen jedoch ohne Blutinjektion. Jeweils zwei oder sieben Tage nach der Operation wurden die Tiere verschiedenen Verhaltenstests (Analyse im Open Field, Schwebebalkentest, SHIRPA Score) unterzogen. Danach wurden die Gehirne histologisch (TUNEL, Fluoro-Jade C, Fibrinogen und GFAP) und anhand von Proteinanalysen mittels Western Blot untersucht. Eine Gruppe von Mäusen wurde jeweils mit einer hohen und einer niedrigen Dosis Nimodipin über einen Zeitraum von zwei Tagen behandelt.<br />Ergebnisse:<br />Die Analysen des Open-Field-Tests haben ergeben, dass SAB Mäuse im Vergleich zu sham Kontrollen eine signifikante Abnahme an Lichtschrankenunterbrechungen aufweisen. Diese Reduktion war umso stärker je mehr Blut injiziert wurde. Der SHIRPA Score hat gezeigt, dass zwei Tage nach der SAB der Muskeltonus und die Körpertemperatur signifikant abgenommen haben. Die Proteinanalyse zeigte ein erhöhtes Expressionslevel des apoptotischen Markers Caspase 3 in den Tieren mit einer schwerwiegenden SAB auf. Die histologischen Untersuchungen zeigten im Vergleich zu den Kontrollen einen signifikanten Anstieg der GFAP Expression in SAB Mäusen in der frühen Phase des Krankheitsverlaufes. Außerdem hatten SAB Tiere eine signifikant erhöhte Expression von Fibrinogen, was auf ein vermehrtes Aufkommen von Mikrothromben hindeutet. Überdies wiesen SAB Mäuse eine signifikant erhöhte Anzahl an Fluoro-Jade C und TUNEL positiven Zellen auf, was eine erhöhte Neurodegeneration in der Frühphase nach SAB vermuten lässt. In der Spätphase, also sieben Tage nach SAB, waren die histologischen Marker in den SAB Tieren zwar erhöht, erreichten jedoch nicht das Signifikanzlevel.<br />In einer darauffolgenden Studie konnte gezeigt werden, dass nicht behandelte SAB Tiere im Vergleich zu Kontrollen einen signifikanten Anstieg sowohl an Fluoro Jade C und TUNEL positiven Zellen als auch an Mikrothromben vorweisen. Eine geringe Nimodipin Dosis wirkt sich positiv auf die Bildung von Mikrothromben und die Neurodegeneration nach einer SAB aus. Im Gegensatz dazu konnte eine hohe Nimodipin Dosis die Apoptose von kortikalen Neuronen und die Entstehung kleiner Infarkte nicht verhindern. Allerdings führte eine hohe Dosis Nimodipin nach SAB zu einem signifikanten Rückgang der degenerativen Neuronen, im Vergleich zu nicht behandelten Tieren. Eine Astrogliose nach SAB konnte durch eine Nimodipin Behandlung jedoch nicht positiv beeinflusst werden. Die motorischen Fähigkeiten der SAB Mäuse konnte weder durch eine Behandlung mit niedriger noch mit hoher Nimodipin Dosis verbessert werden.<br />Fazit:<br />Die Ergebnisse der Tests im Open Field Test und der SHIRPA Score zeigen verhaltensbezogene und physiologische Defizite in der Frühphase nach SAB auf. Dies stimmt auch mit den histologischen und biochemischen Untersuchungen überein, die ebenfalls einen neurologischen Schaden vermuten lassen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verhaltenstests zur Bestimmung des funktionellen Outcomes des anterioren Injektionsmodels verwendet werden können. Zudem führte eine Behandlung mit einer geringen Nimodipin Dosis zu einer Verbesserung der Pathophysiologie nach der experimentellen SAB.

Abstract (English)

Background:<br />The anterior injection model is an accepted murine model to study the pathophysiology after subarachnoid hemorrhage (SAH). So far it is not well characterized regarding the applicability of neurological scores. Therefore, this study was performed to evaluate three different behavioral tests for quantifying disease severity and to assess the effect of nimodipine on the pathophysiology after SAH.<br />Methods:<br />C57BL/6 (10-12 weeks old) mice were stereotaxically injected with different amounts of autologous arterial blood into the prechiasmatic cistern. Sham control mice underwent the same procedure without blood injection. The following two or seven days after surgery respectively, mice underwent different behavioral test (Flex-field and beam-balance analysis, SHIRPA score). Subsequently brains were analyzed by histology (TUNEL, Fluoro-Jade-C, Fibrinogen, GFAP) and western blot analysis. A group of mice were treated with low and high dose nimodipine the following two days post SAH.<br />Results:<br />Flex-field analysis of SAH animals showed a significant reduction of light barrier breaks compared to controls in the first two days after SAH. This reduction was more intense in animals with a higher amount of injected blood. The SHIRPA score revealed a significant reduction in muscle tone and body temperature in SAH animals two days after surgery. Western blot analysis revealed an increased expression level of the apoptotic marker Caspase 3 in animals with severe SAH. Histological analysis showed a significant increase of GFAP expression in SAH animals compared to sham controls in the early phase of SAH. Furthermore, Fibrinogen staining indicated a significantly increased number of microthrombi in SAH animals at this time point. Moreover, there was a significantly increased number of Fluoro-Jade-C and TUNEL positive neurons in SAH mice suggesting neurodegeneration in the early phase of SAH. In contrast, increased staining of all markers was observed but failed to reach significance 7 days after SAH.<br />In a subsequent study it could be shown that there is a significant increase of Fluoro Jade C and TUNEL positive cells as well as microthrombi in non-treated SAH animals compared to sham controls. Low dosage of nimodipine had a beneficial effect on the formation of microthrombi and neurodegeneration after SAH. High dosage of nimodipine however, did not improve apoptotic events of cortical neurons or the formation of small infarcts. Nevertheless, high dose nimodpine treatment decreased the number of degenerative neurons significantly. In contrast, astrogliosis was not significantly affected by nimodipine treatment after SAH. Locomotor behavior of SAH mice did not improve by treatment neither with low nor with high dose nimodipine.<br />Conclusion:<br />The results of flex field analysis and SHIRPA score show behavioral and physiological deficits in the first two days after SAH in parallel to histological and biochemical alterations indicating neuronal damage. The results demonstrate that these tests can be used as functional outcome parameters in the anterior injection model of SAH. Moreover, low dose nimodipine treatment has a beneficial effect on the pathophysiology after experimental SAH.

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