Microsurgical Aneurysm Model in Rats and Mice: Development of Endovascular Treatment and Optimization of Magnetic Resonance Imaging

The rupture of a cerebral artery aneurysm causes a devastating subarachnoid hemorrhage (SAH), with a mortality of almost 50% during the first month. Each year, 8-11/100 000 people suffer from aneurysmal SAH in Western countries, but the number is twice as high in Finland and Japan. The disease is most common among those of working age, the mean age at rupture being 50-55 years. Unruptured cerebral aneurysms are found in 2-6% of the population, but knowledge about the true risk of rupture is limited. The vast majority of aneurysms should be considered rupture-prone, and treatment for these patients is warranted. Both unruptured and ruptured aneurysms can be treated by either microsurgical clipping or endovascular embolization. In a standard microsurgical procedure, the neck of the aneurysm is closed by a metal clip, sealing off the aneurysm from the circulation. Endovascular embolization is performed by packing the aneurysm from the inside of the vessel lumen with detachable platinum coils. Coiling is associated with slightly lower morbidity and mortality than microsurgery, but the long-term results of microsurgically treated aneurysms are better. Endovascular treatment methods are constantly being developed further in order to achieve better long-term results. New coils and novel embolic agents need to be tested in a variety of animal models before they can be used in humans. In this study, we developed an experimental rat aneurysm model and showed its suitability for testing endovascular devices. We optimized noninvasive MRI sequences at 4.7 Tesla for follow-up of coiled experimental aneurysms and for volumetric measurement of aneurysm neck remnants. We used this model to compare platinum coils with polyglycolic-polylactic acid (PGLA) -coated coils, and showed the benefits of the latter in this model. The experimental aneurysm model and the imaging methods also gave insight into the mechanisms involved in aneurysm formation, and the model can be used in the development of novel imaging techniques. This model is affordable, easily reproducible, reliable, and suitable for MRI follow-up. It is also suitable for endovascular treatment, and it evades spontaneous occlusion.

Aivovaltimoaneurysman puhkeaminen aiheuttaa hengenvaarallisen lukinkalvonalaisen verenvuodon eli subaraknoidaalivuodon (SAVn). Suomessa SAVn insidenssi on yleisempi kuin muualla maailmassa, vuodon saa noin 1000 potilasta vuosittain. Heistä noin 50% menehtyy kuukauden sisällä vuodosta ja henkiinjääneistä puolet vammautuu vakavasti. Tauti kohdistuu pääasiallisesti työssäkäyvään väestöön, keski-ikä on 50-55 v. Vuotamaton aivovaltimoaneurysma löytyy 2-6% väestöstä. Menetelmää, jolla voisi ennakoida mitkä aneurysmat tulevat vuotamaan ja mitkä eivät, ei toistaiseksi ole. Valtaosaa vuotamattomista aneurysmista on pidettävä potentiaalisesti hengenvaarallisina, ja ne on pyrittävä sulkemaan joko mikrokirurgisella leikkauksella tai endovaskulaarisella (suonensisäisellä) embolisaatiolla. Leikkauksessa aneurysman tyvi suljetaan mikrokirurgisesti metallisella klipsillä. Endovaskulaarisessa embolisaatiossa aneurysma täytetään röntgenläpivalaisuavusteisesti eri mittaisilla platinalanka-"koileilla". Koilaaminen on vähemmän kajoava toimenpide kuin mikrokirurginen leikkaus ja täten varteenotettava vaihtoehto. Kaikki aneurysmat eivät kuitenkaan sovellu koilattaviksi nykytekniikoilla, joko leveän kaulan, suuren koon tai hankalan sijainnin takia. Endovaskulaarisen hoidon jälkeen seuranta on välttämätöntä, koska pitkäaikaistulokset ovat leikkaukseen verrattuna heikommat. Lisäkoilaus voidaan tehdä mikäli aneurysmaan tulee uudelleen verenvirtausta. Endovaskulaarisia hoitomenetelmiä on kehitettävä edelleen, jotta saavutettaisiin parempia pitkäaikaistuloksia. Uusia menetelmiä on testattava koe-eläinmalleilla ennen kuin niitä käytetään ihmisillä. Tässä tutkimuksessa olemme pystyttäneet ihmisen aivovaltimoaneurysmaa muistuttavan mikrokirurgisen aneurysmamallin rotassa, jolla pystymme tuottamaan vakiokokoisia aneurysmia, joita voidaan hoitaa endovaskulaarisesti. Seurantaa varten olemme optimoineet kuvanlaadun koe-eläinmagneettikuvantamislaitteessa, jotta pystymme seuraamaan hoitojen jälkeisiä tapahtuvia muutoksia aneurysmissa. Olemme käyttäneet rottamallia verrataksemme platinalankakoilia uudenlaiseen pinnoitettuun koiliin ja osoittaneet, että viimeksi mainitulla on hyödyllisiä ominaisuuksia. Rottamalli on aiempiin aneurysmamalleihin verrattuna halvempi. Lisäksi kokeelliset aneurysmat ovat vakiokokoisia, aukipysyviä ja magneettikuvausseurantaan soveltuvia.