microcirculationРегионарное кровообращение и микроциркуляцияRegional blood circulation and microcirculation1682-66552712-9756Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University10.24884/1682-6655-2024-23-3-64-69microcirculation-1347Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ)ORIGINAL ARTICLES (EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS)Опыт использования интракраниального введения эндотелина-1 для индукции ишемического повреждения головного мозга у крыс при оценке эффективности клеточной терапииExperience of using intracranial introduction of endothelin-1 for inducing ischemic brain damage in rats to evaluate cell therapy efficacyhttps://orcid.org/0000-0001-5256-9360ТаминкинаЮ. А.TaminkinaYu. A.

Таминкина Юлия Александровна – научный сотрудник научно-исследовательского отдела,

192148, Санкт-Петербург, Железнодорожный пр., д. 40.

Taminkina Yulia A. – Researcher, Research Department,

40, Zheleznodorozhniy ave., Saint Petersburg, 192148.

taminkina.yulia@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-4455-6743ПавличенкоН. Н.PavlichenkoN. N.

Павличенко Наталья Николаевна – канд. биол. наук, руководитель группы научно-исследовательского отдела,

192148, Санкт-Петербург, Железнодорожный пр., д. 40.

Pavlichenko Natalya N. – Candidate (Ph.D) of Biological Sciences, Head, Group, Research Department,

40, Zheleznodorozhniy ave., Saint Petersburg, 192148.

npavlichenko@alkorbio.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6113-3948КирикО. В.KirikO. V.

Кирик Ольга Викторовна – канд. биол. наук, старший научный сотрудник,

197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12.

Kirik Olga V. – Candidate (Ph.D) of Biological Sciences, Senior Researcher,

12, Akademika Pavlova str., Saint Petersburg, 197022.

olga_Kirik@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8074-2041ГилеровичЕ. Г.GilerovichE. G.

Гилерович Елена Георгиевна – д-р мед. наук, ведущий научный сотрудник,

197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12.

Gilerovich Elena G. – Doctor of Medical Sciences, Leading Researcher,

12, Akademika Pavlova str., Saint Petersburg, 197022.

andreura@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2456-8165КоржевскийД. Э.KorzhevskyD. E.

Коржевский Дмитрий Эдуардович – д-р мед. наук, профессор РАН, руководитель отдела общей и частной морфологии,

197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12.

Korzhevsky Dmitry E. – Doctor of Medical Sciences, Member of the Russian Academy of Sciences, Head, Department of General and Particular Morphology,

12, Akademika Pavlova str., Saint Petersburg, 197022.

DEK2@yandex.ruООО «Транс-Технологии»РоссияTrans-TekhnologiiRussian FederationФГБНУ «Институт экспериментальной медицины»РоссияInstitute of Experimental MedicineRussian Federation2024101020242336469Copyright © Таминкина Ю.А., Павличенко Н.Н., Кирик О.В., Гилерович Е.Г., Коржевский Д.Э., 20242024Таминкина Ю.А., Павличенко Н.Н., Кирик О.В., Гилерович Е.Г., Коржевский Д.Э.Taminkina Y.A., Pavlichenko N.N., Kirik O.V., Gilerovich E.G., Korzhevsky D.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.microcirc.ru/jour/article/view/1347

Введение. Ишемический инсульт занимает одно из первых мест среди причин инвалидизации и смертности населения. Одним из перспективных новых терапевтических методов является клеточная терапия. Для изучения клеточной терапии в лабораторных условиях важно выбрать подходящую экспериментальную модель инсульта. Экспериментальная модель с применением эндотелина-1 позволяет получить повреждение в корковых и подкорковых структурах мозга и при этом обладает малой травматичностью и относительной простотой в исполнении. Цель – оценить пригодность модели ишемического инсульта, воспроизведенной с помощью эндотелина-1, для анализа влияния клеточной терапии на восстановительные процессы. Материалы и методы. Самцы крыс линии Вистар-Киото были распределены по группам: ложная операция (n=4), контроль (n=4), клеточный контроль (n=9), клеточная терапия (n=8). Для оценки повреждения использовали методы морфометрии и иммуногистохимии с антителами к NeuN, GFAP, нестину и виментину. Результаты. Установлено, что данная модель вызывает ишемическое повреждение в области, близкой к месту инъекции, с характерными клеточными реакциями. При определении объема повреждения обнаружена выраженная внутригрупповая вариабельность, что не позволило подтвердить ожидаемый эффект клеточной терапии. Заключение. Эндотелиновая модель ишемии головного пригодна для изучения клеточных реакций, развивающихся после ишемического инсульта, однако значительная вариабельность объема повреждения не позволяет ее рекомендовать для количественной оценки эффектов клеточной терапии.

Introduction. Ischemic stroke is one of the leading cause of disability and death. One of the promising therapeutic methods is cell therapy. The choice of an appropriate experimental stroke model is of great importance for studying the restorative effect of cell therapy in the laboratory. An experimental model using endothelin-1 allows to induce damage in the cortical and subcortical brain structures, while being relatively easy to perform and less traumatic. Aim. To assess the effectiveness of an ischemic stroke model reproduced using endothelin-1 to analyze the results of general cellular therapy on recovery processes. Materials and Methods. Male Wistar-Kyoto rats were divided into groups: sham operation (n=4), ischemia control (n=4), cell control (n=9), cell therapy (n=8). Damage was assessed by using morphometry and immunohistochemistry with antibodies against NeuN, GFAP, nestin, and vimentin. Results. It has been established that this model causes ischemic damage in the area close to the injection site with characteristic cellular reactions. Assessing the size of the damage showed a large within-group variability, which did not allow us to confirm the expected effect of the cell therapy. Conclusion. The endothelin model of cerebral ischemia is suitable for studying the cellular reactions that develop after ischemic stroke, but the significant variability in the volume of damage does not allow it to be recommended for quantitative assessment of the effects of cell therapy.

инсультэндотелин-1ишемическое повреждениеклеточная терапияstrokeendothelin-1ischemic injurycell therapyРабота выполнена при финансировании из средств Госзадания ФГБНУ «ИЭМ» и ООО «Транс-Технологии».The work was carried out with financing from the funds of the state contract of the Institute of Experimental Medicine and LLC «Trans-Technologies».ReferencesМоделирование одностороннего ишемического повреждения нейронов стриатума с помощью непродолжительной окклюзии средней мозговой артерии / Коржевский Д.Э., Кирик О.В., Байса А.Е., Власов Т.Д. // Бюлл. эксперимент. биол. и мед. – 2009. – Т. 147, № 2. – С. 255–256. [Korzhevskii DE, Kirik OV, Baisa AE, Vlasov TD. Simulation of unilateral ischemic injury to the striatal neurons inflicted by short-term occlusion of the middle cerebral artery. Bull Exp Biol Med. 2009;147(2):255-256. (in Russ.)].Моделирование одностороннего ишемического повреждения нейронов стриатума с помощью непродолжительной окклюзии средней мозговой артерии / Коржевский Д.Э., Кирик О.В., Байса А.Е., Власов Т.Д. // Бюлл. эксперимент. биол. и мед. – 2009. – Т. 147, № 2. – С. 255–256. [Korzhevskii DE, Kirik OV, Baisa AE, Vlasov TD. Simulation of unilateral ischemic injury to the striatal neurons inflicted by short-term occlusion of the middle cerebral artery. Bull Exp Biol Med. 2009;147(2):255-256. (in Russ.)].Carmichael ST. Rodent models of focal stroke: size, mechanism, and purpose. NeuroRx. 2005;2(3):396-409. Doi: 10.1602/neurorx.2.3.396.Carmichael ST. Rodent models of focal stroke: size, mechanism, and purpose. NeuroRx. 2005;2(3):396-409. Doi: 10.1602/neurorx.2.3.396.Fluri F, Schuhmann MK, Kleinschnitz C. Аnimal models of ischemic stroke and their application in clinical research. Drug Des Devel Ther. 2015;9:3445-3454. Doi: 10.2147/DDDT.S56071.Fluri F, Schuhmann MK, Kleinschnitz C. Аnimal models of ischemic stroke and their application in clinical research. Drug Des Devel Ther. 2015;9:3445-3454. Doi: 10.2147/DDDT.S56071.Sommer CJ. Ischemic stroke: experimental models and reality. Acta Neuropathol. 2017;133(2):245-261. Doi: 10.1007/s00401-017-1667-0.Sommer CJ. Ischemic stroke: experimental models and reality. Acta Neuropathol. 2017;133(2):245-261. Doi: 10.1007/s00401-017-1667-0.Полякова Е.А., Дранишникова Н.В., Власов Т.Д. Метод моделирования обратимой окклюзии средней мозговой артерии // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. – 2009. – Т. 13, № 3. – С. 61–63. [Polyakova EA, Dranishnikov NV, Vlasov TD. Method of modeling reversible occlusion of the middle cerebral artery. Regional circulation and microcirculation. 2009;13(3):61-63. (in Russ.)].Полякова Е.А., Дранишникова Н.В., Власов Т.Д. Метод моделирования обратимой окклюзии средней мозговой артерии // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. – 2009. – Т. 13, № 3. – С. 61–63. [Polyakova EA, Dranishnikov NV, Vlasov TD. Method of modeling reversible occlusion of the middle cerebral artery. Regional circulation and microcirculation. 2009;13(3):61-63. (in Russ.)].Гусев Е.И. Ишемия головного мозга : монография / Е.И. Гусев, В.И Скворцова. – М.: Медицина, 2001. – 327 c. [Gusev EI, Skvortsova VI. Cerebral ischemia: monograph. Moscow, 2001:327. (in Russ.)].Гусев Е.И. Ишемия головного мозга : монография / Е.И. Гусев, В.И Скворцова. – М.: Медицина, 2001. – 327 c. [Gusev EI, Skvortsova VI. Cerebral ischemia: monograph. Moscow, 2001:327. (in Russ.)].Macrae IM. Preclinical stroke research - advantages and disadvantages of the most common rodent models of focal ischaemia. Br J Pharmacol. 2011;164(4):1062-1078. Doi: 10.1111/j.1476-5381.2011.01398.x.Macrae IM. Preclinical stroke research - advantages and disadvantages of the most common rodent models of focal ischaemia. Br J Pharmacol. 2011;164(4):1062-1078. Doi: 10.1111/j.1476-5381.2011.01398.x.Llovera G, Roth S, Plesnila N, Veltkamp R, Liesz A. Modeling stroke in mice: Permanent coagulation of the distal middle cerebral artery. J Vis Exp. 2014;(89):e51729. Doi: 10.3791/51729.Llovera G, Roth S, Plesnila N, Veltkamp R, Liesz A. Modeling stroke in mice: Permanent coagulation of the distal middle cerebral artery. J Vis Exp. 2014;(89):e51729. Doi: 10.3791/51729.Sokolowski JD, Soldozy S, Sharifi KA, Norat P, Kearns KN, Liu L, Williams AM, Yağmurlu K, Mastorakos P, Mill er GW, Kalani MYS, Park MS, Kellogg RT, Tvrdik P. Preclinical models of middle cerebral artery occlusion: new imaging approaches to a classic technique. Front Neurol. 2023; 14:1170675. Doi: 10.3389/fneur.2023.1170675.Sokolowski JD, Soldozy S, Sharifi KA, Norat P, Kearns KN, Liu L, Williams AM, Yağmurlu K, Mastorakos P, Mill er GW, Kalani MYS, Park MS, Kellogg RT, Tvrdik P. Preclinical models of middle cerebral artery occlusion: new imaging approaches to a classic technique. Front Neurol. 2023; 14:1170675. Doi: 10.3389/fneur.2023.1170675.Abeysinghe HCS, Roulston CL. A complete guide to using the endothelin-1 model of stroke in conscious rats for acute and long-term recovery studies. Methods Mol Biol. 2018; 1717:115-133. Doi: 10.1007/978-1-4939-7526-6_10.Abeysinghe HCS, Roulston CL. A complete guide to using the endothelin-1 model of stroke in conscious rats for acute and long-term recovery studies. Methods Mol Biol. 2018; 1717:115-133. Doi: 10.1007/978-1-4939-7526-6_10.Ansari S, Azari H, Caldwell KJ, Regenhardt RW, Hedna VS, Waters MF, Hoh BL, Mecca AP. Endothelin-1 induced middle cerebral artery occlusion model for ischemic stroke with laser doppler flowmetry guidance in rat. 2013;(72):500014. Doi: 10.3791/50014.Ansari S, Azari H, Caldwell KJ, Regenhardt RW, Hedna VS, Waters MF, Hoh BL, Mecca AP. Endothelin-1 induced middle cerebral artery occlusion model for ischemic stroke with laser doppler flowmetry guidance in rat. 2013;(72):500014. Doi: 10.3791/50014.Horie N, Maag A-L, Hamilton SA Shichinohe H, Bliss TM, Steinberg GK. Mouse model of focal cerebral ischemia using endothelin-1. J Neurosci Methods. 2008;173(2):286290. Doi: 10.1016/j.jneumeth.2008.06.013.Horie N, Maag A-L, Hamilton SA Shichinohe H, Bliss TM, Steinberg GK. Mouse model of focal cerebral ischemia using endothelin-1. J Neurosci Methods. 2008;173(2):286290. Doi: 10.1016/j.jneumeth.2008.06.013.Wang Y, Jin K, Greenberg DA. Neurogenesis associated with endothelin-induced cortical infarction in the mouse. Brain Res. 2007;1167:118-122. Doi: 10.1016/j.brainres.2007.06.065.Wang Y, Jin K, Greenberg DA. Neurogenesis associated with endothelin-induced cortical infarction in the mouse. Brain Res. 2007;1167:118-122. Doi: 10.1016/j.brainres.2007.06.065.Lowrance SA, Fink KD, Crane A, Matyas J, Dey ND, Matchynski JJ, Thibo T, Reinke T, Kippe J, Hoffman C, Sandstrom M, Rossignol J, Dunbar GL. Bone-marrow-derived mesenchymal stem cells attenuate cognitive deficits in an endothelin-1 rat model of stroke. Restor Neurol Neurosci. 2015; 33(4):579-588. Doi: 10.3233/RNN-130329.Lowrance SA, Fink KD, Crane A, Matyas J, Dey ND, Matchynski JJ, Thibo T, Reinke T, Kippe J, Hoffman C, Sandstrom M, Rossignol J, Dunbar GL. Bone-marrow-derived mesenchymal stem cells attenuate cognitive deficits in an endothelin-1 rat model of stroke. Restor Neurol Neurosci. 2015; 33(4):579-588. Doi: 10.3233/RNN-130329.Ejma M, Madetko N, Brzecka A, Alster P, Budrewicz S, Koszewicz M, Misiuk-Hojło M, Tomilova IK, Somasundaram SG, Kirkland CE. The Role of Stem Cells in the Therapy of Stroke. Curr. Neuropharmacol. 2022;20(3):630-647. Doi: 10.2174/1570159X19666210806163352.Ejma M, Madetko N, Brzecka A, Alster P, Budrewicz S, Koszewicz M, Misiuk-Hojło M, Tomilova IK, Somasundaram SG, Kirkland CE. The Role of Stem Cells in the Therapy of Stroke. Curr. Neuropharmacol. 2022;20(3):630-647. Doi: 10.2174/1570159X19666210806163352.Paxinos G, Watson Ch. The rat brain in stereotaxic coordinates. 7th Edition. San Diego, Acad Press. 2013:472.Paxinos G, Watson Ch. The rat brain in stereotaxic coordinates. 7th Edition. San Diego, Acad Press. 2013:472.Russell WMS, Birch RL. The principles of humane experimental technique. London, Methuen & Co, 1959:238.Russell WMS, Birch RL. The principles of humane experimental technique. London, Methuen & Co, 1959:238.Zutphen BF, Valk JB. Education and training: a basis for the introduction of the Three Rs alternatives into animal research. Altern Lab Anim. 1995;23(1):123-127.Zutphen BF, Valk JB. Education and training: a basis for the introduction of the Three Rs alternatives into animal research. Altern Lab Anim. 1995;23(1):123-127.Yamaguchi S, Yoshida M, Horie N, Satoh K, Fukuda Y, Ishizaka S, Ogawa K, Morofuji Y, Hiu T, Izumo T, Kawakami S, Nishida N, Matsuo T. Stem Cell Therapy for Acute/Subacute Ischemic Stroke with a Focus on Intraarterial Stem Cell Transplantation: From Basic Research to Clinical Trials. Bioengineering (Basel). 2022;10(1):33. Doi: 10.3390/bioengineering10010033.Yamaguchi S, Yoshida M, Horie N, Satoh K, Fukuda Y, Ishizaka S, Ogawa K, Morofuji Y, Hiu T, Izumo T, Kawakami S, Nishida N, Matsuo T. Stem Cell Therapy for Acute/Subacute Ischemic Stroke with a Focus on Intraarterial Stem Cell Transplantation: From Basic Research to Clinical Trials. Bioengineering (Basel). 2022;10(1):33. Doi: 10.3390/bioengineering10010033.Penfornis P, Pochampally R. Isolation and expansion of mesenchymal stem cells/multipotential stromal cells from human bone marrow. Methods Mol Biol. 2011;698:11-21. Doi: 10.1007/978-1-60761-999-4_2.Penfornis P, Pochampally R. Isolation and expansion of mesenchymal stem cells/multipotential stromal cells from human bone marrow. Methods Mol Biol. 2011;698:11-21. Doi: 10.1007/978-1-60761-999-4_2.Колпакова М.Э., Фильченко И.А., Трайковский А. и др. Особенности поведения в восьмирукавном лабиринте на фоне изменений активности микроглии полосатого тела после моделирования фокальной транзиторной ишемии головного мозга у крыс // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. – 2018. – Т. 17, № 2. – С. 92–96. [Kolpakova ME, Filchenko IA, Trajkovski A, Tcyba DL, Kirik OV, Han A, Leipert A, Korzhevskii DE, Vlasov TD. Rat’s behaviour in eight-arms maze after modeling of focal transient cerebral ischemia with subsequent activation of striatal microglia. Regional blood circulation and microcirculation. 2018;17(2):9296. (in Russ.)]. Doi: 10.24884/1682-6655-2018-17-2-92-96.Колпакова М.Э., Фильченко И.А., Трайковский А. и др. Особенности поведения в восьмирукавном лабиринте на фоне изменений активности микроглии полосатого тела после моделирования фокальной транзиторной ишемии головного мозга у крыс // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. – 2018. – Т. 17, № 2. – С. 92–96. [Kolpakova ME, Filchenko IA, Trajkovski A, Tcyba DL, Kirik OV, Han A, Leipert A, Korzhevskii DE, Vlasov TD. Rat’s behaviour in eight-arms maze after modeling of focal transient cerebral ischemia with subsequent activation of striatal microglia. Regional blood circulation and microcirculation. 2018;17(2):9296. (in Russ.)]. Doi: 10.24884/1682-6655-2018-17-2-92-96.Pavlichenko N, Sokolova I, Vijde S, Shvedova E, Alexandrov G, Krouglyakov P, Fedotova O, Gilerovich EG, Polyntsev DG, Otellin VA. Mesenchymal stem cells transplantation could be beneficial for treatment of experimental ischemic stroke in rats. Brain Res. 2008;1233:203-213. Doi: 10.1016/j.brainres.2008.06.123.Pavlichenko N, Sokolova I, Vijde S, Shvedova E, Alexandrov G, Krouglyakov P, Fedotova O, Gilerovich EG, Polyntsev DG, Otellin VA. Mesenchymal stem cells transplantation could be beneficial for treatment of experimental ischemic stroke in rats. Brain Res. 2008;1233:203-213. Doi: 10.1016/j.brainres.2008.06.123.O’Neill MJ, Clemens JA. Rodent models of focal cerebral ischemia. Curr Protoc Neurosci. 2001; Chapter 9: Unit 9.6. Doi: 10.1002/0471142301.ns0906s12.O’Neill MJ, Clemens JA. Rodent models of focal cerebral ischemia. Curr Protoc Neurosci. 2001; Chapter 9: Unit 9.6. Doi: 10.1002/0471142301.ns0906s12.Teo L, Bourne JA. A reproducible and translatable model of focal ischemia in the visual cortex of infant and adult marmoset monkeys. Brain Pathol. 2014;24(5):459-474. Doi: 10.1111/bpa.12129.Teo L, Bourne JA. A reproducible and translatable model of focal ischemia in the visual cortex of infant and adult marmoset monkeys. Brain Pathol. 2014;24(5):459-474. Doi: 10.1111/bpa.12129.Fisher M, Feuerstein G, Howells DW et al.; STAIR Group. Update of the stroke therapy academic industry roundtable preclinical recommendations. Stroke. 2009;40(6):22442250. Doi: 10.1161/STROKEAHA.108.541128.Fisher M, Feuerstein G, Howells DW et al.; STAIR Group. Update of the stroke therapy academic industry roundtable preclinical recommendations. Stroke. 2009;40(6):22442250. Doi: 10.1161/STROKEAHA.108.541128.Sugimoto K, Morais A, Sadeghian H, Qin T, Chung DY, Ashina M, Hougaard A, Ayata C. Intravascular endothelin-1 does not trigger or increase susceptibility to spreading depolarizations. J Headache Pain. 2020;21(1):127. Doi: 10.1186/s10194-020-01194-3.Sugimoto K, Morais A, Sadeghian H, Qin T, Chung DY, Ashina M, Hougaard A, Ayata C. Intravascular endothelin-1 does not trigger or increase susceptibility to spreading depolarizations. J Headache Pain. 2020;21(1):127. Doi: 10.1186/s10194-020-01194-3.Bazzigaluppi P, Mester J, Joo IL, Weisspapir I, Dorr A, Koletar MM, Beckett TL, Khosravani H, Carlen P, Stefanovic B. Frequency selective neuronal modulation triggers spreading depolarizations in the rat endothelin-1 model of stroke. J Cereb Blood Flow Metab. 2021;41(10):2756-2768. Doi: 10.1177/0271678X211013656.Bazzigaluppi P, Mester J, Joo IL, Weisspapir I, Dorr A, Koletar MM, Beckett TL, Khosravani H, Carlen P, Stefanovic B. Frequency selective neuronal modulation triggers spreading depolarizations in the rat endothelin-1 model of stroke. J Cereb Blood Flow Metab. 2021;41(10):2756-2768. Doi: 10.1177/0271678X211013656.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.