一种通过经皮同轴微导管输送氧化锆微珠来建立可重复的微栓子性脑损伤大鼠模型

《Journal of Neuroscience Methods》：A reproducible rat model of microembolic brain injury using percutaneous coaxial microcatheter delivery of zirconia beads

　　

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  建立了一种基于氧化锆微珠的大鼠微栓塞模型。
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  同轴输送与微珠柱加载方式可标准化栓塞剂量。
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  对比剂辅助输送可实现实时血管造影监测。
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  颈内动脉弯曲度检测可降低导管操作带来的差异性。
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  多种优化措施提升了实验的可重复性及梗死一致性。

引言

脑微栓塞逐渐被認為是自发性脑血管疾病（Shih等人，2013；Vermeer等人，2007）以及涉及主动脉弓和主动脉分支血管的手术操作中导致缺血性脑损伤的重要因素，尤其是像颈动脉支架植入术（CAS）、经主动脉瓣置换术（TAVR）和胸主动脉腔内修复术（TEVAR）这类基于导管的血管内干预治疗（Bou Dargham等人，2026；Charbonneau等人，2021；Indja等人，2019；Kotani等人，2022；Rots等人，2019；Woldendorp等人，2021）。越来越多的证据表明，临床上无症状的微栓塞病灶与认知功能下降、未来中风风险增加以及长期神经功能损害存在关联。

为研究脑栓塞的机制，人们建立了多种脑栓塞实验模型。基于微球的模型能够模拟微血管灌注障碍和无症状脑梗死（Georgakopoulou等人，2021a；2021b；2023；van der Wijk等人，2019），而血栓栓塞模型则有助于研究再通过程及局灶性缺血损伤（Busch等人，1998；Lu等人，2016；Zhang等人，1997）。此外，利用胆固醇晶体或动脉粥样硬化斑块成分建立的栓塞模型也有助于理解动脉粥样硬化性脑栓塞的发病机制（Rapp等人，2008；2000）。然而，大多数传统模型都需要通过手术暴露颈部血管并直接将栓塞物质注入动脉，因此无法准确模拟在血管内操作过程中因导管操作引发的颗粒状栓塞现象。

在导管穿过颈动脉分叉及分支血管时，由于斑块破裂而引发的远端栓塞是一种与临床相关的手术相关脑微栓塞机制（Cao等人，2023；Devgun等人，2018）。不过，在荧光镜引导下的血管内操作条件下，能够模拟这一过程的重复性实验平台仍然十分有限。

为解决这一难题，我们开发了一种微创型大鼠脑微栓塞模型，该模型通过在荧光镜引导下利用经皮导管输送氧化锆微珠来实现。这种实验流程再现了人类血管内干预治疗的多个关键步骤，包括经皮动脉通路建立、荧光镜引导下的导管导航、目标血管的选择性导管插管，以及栓塞输送过程的血管造影监测。该方法能够在模拟导管操作过程中斑块衍生颗粒栓塞的同时，保持颈动脉分叉处血管内操作的真实性。之所以选择氧化锆作为栓塞材料，是因为二氧化锆是一种不透射线、无磁性的陶瓷材料，具有较高的生物稳定性和化学稳定性，既适合在荧光镜引导下使用，也可能与磁共振成像相兼容，而且不会发生生物溶解，能够长时间作为栓塞颗粒存在（Cesar等人，2024；Huang等人，2024；Nakamura等人，2010）。尽管其无磁性特征表明可能与磁共振成像相兼容，但本研究中并未直接验证该模型通过磁共振成像进行病灶评估的可行性。基于我们之前在经皮导管卒中模型方面的研究经验（Komatsu等人，2021；2024；2025），我们发现颈内动脉在翼腭动脉分叉处的弯曲程度会影响导管插管的可行性，而在构建本模型时也充分考虑了这一解剖学特征。

本研究旨在通过荧光镜引导下利用经皮同轴微导管输送氧化锆微珠，建立一种可重复的大鼠微栓塞脑损伤模型，并评估该模型作为研究手术相关脑微栓塞的转化研究平台的适用性。

章节要点

材料与方法

本研究已获得作者所在机构动物护理与使用委员会的批准（批准编号2025–077）。所有实验操作均遵循国家动物实验指南以及ARRIVE指南要求。

结果

共有25只大鼠参与了本研究。根据预先设定的解剖学筛选标准，有3只大鼠因颈总动脉血管造影显示的颈内动脉弯曲角度大于40°而被排除在栓塞实验之外，最终有22只大鼠的解剖结构符合分析要求，其中18只属于微栓塞组，4只作为假手术对照组。在那些颈内动脉解剖结构合适的微栓塞组大鼠中（n=18），手术的中位时间和辐射剂量分别为8.5分钟。

讨论

在本研究中，我们成功建立了一种在荧光镜引导下利用经皮同轴微导管输送氧化锆微珠的可重复大鼠微栓塞脑损伤模型。本研究的主要发现如下：首先，装载在内部微导管中的氧化锆微珠能够在DSA引导下被选择性地输送到颈内动脉供血区域，从而实现注射微珠悬液的实时分布可视化，而同轴微导管系统则

结论

我们成功建立了在荧光镜引导下利用经皮同轴微导管输送氧化锆微珠的可重复大鼠微栓塞脑损伤模型。将氧化锆微珠以沉淀柱的形式置于含碘对比剂中，不仅可以实现输送区域的血管造影监测，而且同轴微导管系统以及预先设定的颈内动脉解剖学筛选标准还有助于提升实验的可重复性。该模型有望为相关研究提供有用的转化研究平台。

伦理审批与动物福利

本研究已获得慈惠会医学大学动物护理与使用委员会的批准（编号2025–077）。所有实验操作均遵守日本文部科学省制定的《学术研究机构动物实验及相关活动规范指南》，同时也遵循ARRIVE指南要求。

资金支持

本研究得到了日本学术振兴会KAKENHI项目的资助，资助编号为26KJ1994，资助人为Kentaro Kasa。该资助机构并未参与本研究的设计、数据收集、分析、数据解读、论文撰写或决定投稿发表等任何环节。

作者贡献说明

Kentaro Kasa：论文撰写——初稿撰写、可视化处理、方法设计、实验实施、资金获取、正式数据分析、概念构思。Hiroki Ohta：论文撰写——审阅与编辑、项目监督、项目管理、方法设计、概念构思。Teppei Komatsu：论文撰写——审阅与编辑、方法设计、实验实施、数据整理、概念构思。Misato Yoshioka：实验实施、数据整理。Dai Kejia：实验实施、数据整理。Makoto Koizumi：资源提供、方法设计。Takao Ohki：

利益冲突声明

作者声明自己不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

在此，我们要感谢以下人员对本研究所做出的贡献：慈惠会医学大学实验动物设施的Yasuo Kimura、Masanori Tsunoda以及Kazuki Ninomiya。

Kentaro Kasa|Hiroki Ohta|Teppei Komatsu|Misato Yoshioka|Dai Kejia|Makoto Koizumi|Takao Ohki|Hirotaka James Okano