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Dual antiplatelet treatment (DAPT) increases the risk of tPA-associated hemorrhagic transformation (HT) in ischemic stroke. To investigate the effects of DAPT in rodents, reliable indicators of platelet function utilizing a minimally invasive procedure are required. We here established a fluorescence-based assay to monitor DAPT efficiency in a mouse model of ischemic stroke with HT. Male C57/BL6 mice were fed with aspirin and clopidogrel (ASA+CPG). Venous blood was collected, stimulated with thrombin, labeled with anti-CD41-FITC and anti-CD62P-PE, and analyzed by flow cytometry. Subsequently, animals were subjected to experimental stroke and tail bleeding tests. HT was quantified using NIH ImageJ software. In ASA+CPG mice, the platelet activation marker CD62P was reduced by 40.6 ± 4.2% (p < 0.0001) compared to controls. In vitro platelet function correlated inversely with tail bleeding tests (r = −0.8, p = 0.0033, n = 12). Twenty-four hours after drug withdrawal, platelet activation rates in ASA+CPG mice were still reduced by 20.2 ± 4.1% (p = 0.0026) compared to controls, while tail bleeding volumes were increased by 4.0 ± 1.4 μl (p = 0.004). Conventional tests using light transmission aggregometry require large amounts of blood and thus cannot be used in experimental stroke studies. In contrast, flow cytometry is a highly sensitive method that utilizes small volumes and can easily be incorporated into the experimental stroke workflow. Our test can be used to monitor the inhibitory effects of DAPT in mice. Reduced platelet activation is indicative of an increased risk for tPA-associated cerebral hemorrhage following experimental stroke. The test can be applied to individual animals and implemented flexibly prior and subsequent to experimental stroke.
BACKGROUND: Systemic thrombolysis with recombinant tissue plasminogen activator (rt-PA) is the standard of acute stroke care. Its potential to increase the risk of secondary intracerebral hemorrhage, especially if administered late, has been ascribed to its proteolytic activity that has detrimental effects on blood-brain barrier (BBB) integrity after stroke. FTY720 has been shown to protect endothelial barriers in several disease models such as endotoxin-induced pulmonary edema and therefore is a promising candidate to counteract the deleterious effects of rt-PA. Besides that, every putative neuroprotectant that will be eventually forwarded into clinical trials should be tested in conjunction with rt-PA.
METHODS: We subjected C57Bl/6 mice to 3 h filament-induced tMCAO and postoperatively randomized them into four groups (n = 18/group) who received the following treatments directly prior to reperfusion: 1) vehicle-treatment, 2) FTY720 1 mg/kg i.p., 3) rt-PA 10 mg/kg i.v. or 4) FTY720 and rt-PA as a combination therapy. We measured functional neurological outcome, BBB disruption by quantification of EB extravasation and MMP-9 activity by gelatin zymography.
RESULTS: We observed a noticeable increase in mortality in the rt-PA/FTY720 cotreatment group (61%) as compared to the vehicle (33%), the FTY720 (39%) and the rt-PA group (44%). Overall, functional neurological outcome did not differ significantly between groups and FTY720 had no effect on rt-PA- and stroke-induced BBB disruption and MMP-9 activation.
CONCLUSIONS: Our data show that FTY720 does not improve functional outcome and BBB integrity in large hemispheric infarctions, neither alone nor in conjunction with rt-PA. These findings stand in contrast to a recently published study that showed beneficial effects of FTY720 in combination with thrombolysis in a thrombotic model of MCAO leading to circumscript cortical infarctions. They might therefore represent a caveat that the coadministration of these two drugs might lead to excess mortality in the setting of a severe stroke.
Der ischämische Schlaganfall ist ein Ereignis, das zu gravierenden Langzeitschäden im Gehirn führen kann und für das es keine ausreichende Therapie gibt. Der Schlaganfall und seine Folgen sind Hauptursachen für die Behinderung und Pflegebedürftigkeit im Alter. Eine cerebrale Ischämie führt zu pathophysiologischen Veränderungen, wie z.B. einer Störung in der Energieversorgung und einem veränderten Metabolismus im Gehirn. Die hierbei beobachtbaren stark erhöhten Glutamatspiegel ergeben sich u.a. aus der Depolarisation der neuronalen Plasmamembran und der Umkehr des Na+-abhängigen Glutamattransporters. Die massive Freisetzung von Glutamat spielt eine Schlüsselrolle in der Pathophysiologie des Schlaganfalls und ist ein möglicher therapeutischer Angriffspunkt. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Methode des fokalen cerebralen Schlaganfalls in der Maus etabliert. Hierbei ist u.a. der Nutzen einer Ringerlaktat Gabe nach der Schlaganfallinduktion belegt worden. Anschließend wurde der Einfluss einer cerebralen Ischämie in Bezug auf die Infarktgröße, die motorische Funktion der Tiere und den Energiestoffwechsel des Gehirns untersucht. Das Ausmaß des fokalen cerebralen Schlaganfalls der Maus wurde durch die Auswertung der Infarktfläche 24 Stunden nach einer permanenten oder transienten Okklusion der Arteria cerebri media berechnet. Die daraus folgenden sensomotorischen Defizite der Tiere wurden mit verschiedenen Verhaltenstests bewertet. Eine Verkürzung der Okklusionszeit der Arteria cerebri media führt nicht nur zu einer Reduktion der Infarktfläche, sondern auch zu einem besseren Ergebnis in den neurologischen Tests. Zur Messung des cerebralen Metabolismus ist die Mikrodialysetechnik mit dem Schlaganfallmodell kombiniert worden. Die Analyse der Dialysatproben zeigt, dass durch die Ischämie Glutamat innerhalb von 15-30 Minuten toxische Konzentrationen erreicht, wohingegen die Glukosekonzentration stark abfällt. Im zweiten Teil dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob das Infarktvolumen, die Glutamat-induzierte Exzitotoxizität im Gehirn und die motorischen Defizite durch die Gabe von Bilobalid moduliert werden können. Bilobalid ist ein Inhaltsstoff des Ginkgo biloba Extraktes EGb 761 und zeigte bereits in in vitro-Studien ein antiischämisches Potential. Da die Pharmakokinetik von Bilobalid im Gehirn völlig unbekannt war, ist zuerst untersucht worden, ob Bilobalid nach einer intraperitonealen Gabe in ausreichender Konzentration im gesunden und ischämischen Hirngewebe vorliegt. Die Proben wurden über die Mikrodialyse gewonnen. Die Analyse ergab, dass Bilobalid sowohl im gesunden, als auch im ischämischen Gehirn in ausreichender Konzentration (ca. 1 µM) vorliegt, um eine neuroprotektive Wirkung auszuüben. Eine Gabe von Bilobalid nach der Schlaganfallinduktion führt dagegen nur zu einer geringen Konzentration im ischämischen Gewebe (0,08 µM). Die Studie zum Einfluss von Bilobalid (0,3-10 mg/kg) auf das Infarktvolumen zeigt, dass in den Konzentrationen 3 und 10 mg/kg die Schlaganfallfläche im Striatum markant reduziert wird. Für die Dosis 10 mg/kg ist diese Wirkung zusätzlich auch bei einer Applikation erst nach der Schlaganfallinduktion zu sehen. Die Wirkung von Bilobalid auf die metabolischen Veränderungen nach einem Schlaganfall wurde ebenfalls mittels Mikrodialyse untersucht. Die Ischämie bedingten toxischen Glutamatkonzentrationen werden hierbei dosisabhängig durch Bilobalid reduziert, wohingegen die Substanz keinen Einfluss auf die Reduktion der Glukosespiegel zeigt. Abschließend wurde eine Untersuchung zum Verhalten der Bilobalid-behandelten Tiere nach einer permanenten oder transienten Okklusion durchgeführt. Die Bilobalid Tiere wiesen hierbei, besonders im transienten Schlaganfallmodell, eine bessere Motorik und Koordination als unbehandelte Tiere auf. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein fokaler Schlaganfall zu einer massiven Erhöhung der Glutamatkonzentration im Gehirn führt und die Tiere eine starke Beeinträchtigung in der Motorik und Koordination haben. Bilobalid reduziert in vivo dosisabhängig das Ausmaß eines Schlaganfalls und senkt die daraus resultierenden toxischen Glutamatkonzentrationen. Gleichzeitig zeigen die mit Bilobalid-behandelten gegenüber den unbehandelten Tieren eine Verbesserung in den neurologischen Tests. Sowohl eine Anreicherung der Substanz in einem Ginkgo biloba Extrakt, als auch die Einnahme der Reinsubstanz könnte positive Auswirkungen auf einen humanen Schlaganfall haben.