Effectiveness of carbon dioxide per-conditioning before recanalization in hyperacute ischemic stroke rat model

Abstract

Background: This study investigated whether carbon dioxide (CO2) per-conditioning reduced oxidative stress, blood-brain barrier breakdown, and neurologic deficit in a rat model of middle cerebral artery occlusion (MCAO). Methods: MCAO rat models received intermittent inhalation of mixed gas (20% CO2, 20% O2, 60% N2) or room air. After the surgery, arterial blood gas analysis and behavior test were conducted, and animals were euthanized for calculating infarct size, western blot analysis, and immunohistochemistry. Results: Our results showed that CO2 per-conditioning reduced infarct size and neurological deficit. Number of 8-OHdG positive cell and MMP-9/PDGFRβ double positive cell expressions were significantly decreased after CO2 per-conditioning. The expression of tight junction protein and PDGFRβ were significantly elevated after CO2 per-conditioning. Conclusion: CO2 per-conditioning not only protects the ischemic penumbra from ischemia-reperfusion injury and reduces neurologic deficit, but also maintains the integrity of blood-brain barrier and neurovascular unit, and reduces oxidative stress in a hyperacute stroke rat model. CO2 per-conditioning is promising and requires further assessment for clinical application. 연구 배경: 중대뇌동맥 폐쇄 (MCAO) 설치류 모델에서 재관류 전 이산화탄소 흡입이 산화 스트레스, 뇌혈관장벽의 손상, 신경학적 손상을 감소시키는지를 조사하였다. 방법: Sham, Sham + CO2, 일시적 중대뇌동맥 폐쇄(tMCAO), 영구적 중대뇌동맥 폐쇄(pMCAO), 그리고 tMCAO + CO2군으로 나눠서 실험을 진행하였다. , Sham + CO2, tMCAO + CO2군은 혼합 가스(20% CO2, 20% O2, 60% N2)를 흡입하였다. MCAO 수술 후 각 실험군마다 동맥혈가스분석 및 행동 검사를 시행하였으며 24 시간 이후 뇌경색 크기 확인을 위한 조직 염색, 웨스턴 블롯, 면역형광염색을 시행하였다. 결과: 이산화탄소 흡입 치료를 한 tMCAO + CO2군은 tMCAO군에 비해 뇌경색 크기가 작았고(tMCAO+CO2군, 14.8 [11.0, 17.8] vs. tMCAO군, 27.9 [26.4, 28.0], p < 0.0001) 신경학적 점수도 tMCAO + CO2군이 tMCAO군 또는 pMCAO군 보다 더 우수하였다. tMCAO + CO2군에서 tMCAO군 또는 pMCAO군에 비해 8-OHdG와 MMP-9 의 발현이 유의미하게 감소하였다. tMCAO + CO2군에서 tMCAO군 또는 pMCAO군에 비해 ZO-1과 PDGFRβ 의 발현은 유의미하게 증가하였다. 결론: 경도의 고탄산혈증은 허혈 재관류 손상으로부터 허혈성 반음영을 보호하며, 신경학적 결손을 줄일 뿐 아니라, 뇌혈관장벽과 신경혈관단위의 보전 및 산화 스트레스 줄인다. 치료적 고탄산혈증은 유망하며 임상 적용을 위한 추가 평가가 필요하다.