Significance Patients suffering from ischemic strokes have limited therapeutic options and are often left with considerable disabilities. To promote neurological recovery, angiogenesis has been proposed as a promising therapeutic target. So far, experimental efforts to enhance vessel growth have almost exclusively focused on vascular growth factor supplementation; this approach has been shown not to be clinically viable due to hemorrhagic risks. Here, we pursued an alternative approach by targeting the guidance molecule Nogo-A, which has been recently shown to inhibit developmental central nervous system angiogenesis. Blockage of the Nogo-A pathway results in restoration of a mature vascular bed within the periinfarct zone. Moreover, we observe enhanced recovery-associated tissue responses and regain of motor functions that strongly correlate with vascular growth.

Abstract Angiogenesis is a key restorative process following stroke but has also been linked to increased vascular permeability and blood brain barrier (BBB) disruption. Previous pre-clinical approaches primarily focused on the administration of vascular endothelial growth factor (VEGF) to promote vascular repair after stroke. Although shown to improve angiogenesis and functional recovery from stroke, VEGF increased the risk of blood brain barrier disruption and bleedings to such an extent that its clinical use is contraindicated. As an alternative strategy, antibodies against the neurite growth inhibitory factor Nogo-A have recently been shown to enhance vascular regeneration in the ischemic central nervous system (CNS); however, their effect on vascular permeability is unknown. Here, we demonstrate that antibody-mediated Nogo-A neutralization following stroke has strong pro-angiogenic effects but does not increase vascular permeability as opposed to VEGF. Moreover, VEGF-induced vascular permeability was partially prevented when VEGF was co-administered with anti-Nogo-A antibodies. This study may provide a novel therapeutic strategy for vascular repair and maturation in the ischemic brain.

Blood brain barrier (BBB) damage is an important pathophysiological feature of ischemic stroke which significantly contributes to development of severe brain injury and therefore is an interesting target for therapeutic intervention. A popular permanent occlusion model to study long term recovery following stroke is the photothrombotic model, which so far has not been anatomically characterized for BBB leakage beyond the acute phase. Here, we observed enhanced BBB permeability over a time course of three weeks in peri-infarct and core regions of the ischemic cortex. Slight increases in BBB permeability could also be seen in the contralesional cortex, hippocampus and the cerebellum at different time points, regions where lesion-induced degeneration of pathways is prominent. Severe damage of tight junctions and loss of pericytes was observed within the peri-infarct region. Overall, the photothrombotic stroke model reproduces a variety of features observed in human stroke and thus, represents a suitable model to study BBB damage and therapeutic approaches interfering with this process.

Abstract Background Stroke research heavily relies on rodent behavior when assessing underlying disease mechanisms and treatment efficacy. Although functional motor recovery is considered the primary targeted outcome, tests in rodents are still poorly reproducible and often unsuitable for unraveling the complex behavior after injury. Results Here, we provide a comprehensive 3D gait analysis of mice after focal cerebral ischemia based on the new deep learning-based software (DeepLabCut, DLC) that only requires basic behavioral equipment. We demonstrate a high precision 3D tracking of 10 body parts (including all relevant joints and reference landmarks) in several mouse strains. Building on this rigor motion tracking, a comprehensive post-analysis (with >100 parameters) unveils biologically relevant differences in locomotor profiles after a stroke over a time course of 3 weeks. We further refine the widely used ladder rung test using deep learning and compare its performance to human annotators. The generated DLC-assisted tests were then benchmarked to five widely used conventional behavioral set-ups (neurological scoring, rotarod, ladder rung walk, cylinder test, and single-pellet grasping) regarding sensitivity, accuracy, time use, and costs. Conclusions We conclude that deep learning-based motion tracking with comprehensive post-analysis provides accurate and sensitive data to describe the complex recovery of rodents following a stroke. The experimental set-up and analysis can also benefit a range of other neurological injuries that affect locomotion.

During development, guidance molecules regulate both cell migration and blood vessel growth in many organs, including the central nervous system (CNS). These guidance molecules can act as pro- or antiangiogenic cues. Growing evidence indicates that in the adult brain, guidance molecules play important roles in neurovascular stability. Following ischemic injury, many guidance molecules are upregulated in ischemic areas in the CNS and other organs. Interference with guidance molecules following ischemic injury can affect vascular repair and regeneration and thus influence functional outcomes in preclinical models including cerebral stroke. So far, experimental proangiogenic approaches in the CNS have mostly focused on VEGF supplementation, with limited success partly due to detrimental effects of the treatment, including increased blood–brain barrier (BBB) leakage. Some guidance molecules have proangiogenic properties without apparent negative effects on the BBB. Guidance molecules and their receptors, given their potential dual positive effects on both nerve fiber and vascular regeneration, may represent advantageous targets for the development of new therapies to 'refuel' and repair the damaged CNS. Stroke patients have only limited therapeutic options and often remain with considerable disabilities. To promote neurological recovery, angiogenesis in the ischemic peri-infarct region has been recognized as an encouraging therapeutic target. Despite advances in mechanistic understanding of vascular growth and repair, effective and safe angiogenic treatments are currently missing. Besides the most intensively studied angiogenic growth factors, recent research has indicated that the process of vascular sprouting and migration also requires the participation of guidance molecules, many of which were initially identified as regulators of axonal growth. Here, we review the inhibitory and growth-promoting effects of guidance molecules on the vascular system and discuss their potential as novel angiogenic targets for neurovascular diseases. Stroke patients have only limited therapeutic options and often remain with considerable disabilities. To promote neurological recovery, angiogenesis in the ischemic peri-infarct region has been recognized as an encouraging therapeutic target. Despite advances in mechanistic understanding of vascular growth and repair, effective and safe angiogenic treatments are currently missing. Besides the most intensively studied angiogenic growth factors, recent research has indicated that the process of vascular sprouting and migration also requires the participation of guidance molecules, many of which were initially identified as regulators of axonal growth. Here, we review the inhibitory and growth-promoting effects of guidance molecules on the vascular system and discuss their potential as novel angiogenic targets for neurovascular diseases. formation of new blood vessels from preexisting vasculature, mostly by sprouting. the highly motile tip of a developing or regenerating axon that senses attractive and repulsive cues and gradients in the environment. highly selective border formed mainly by vascular ECs and their tight junctions, which separates circulating blood from the brain parenchyma and extracellular fluid in the CNS. in clinical practice, acute restoration of blood flow after stroke is mainly achieved either through enzymatic thrombolysis by the application of recombinant tissue plasminogen activator or through endoscopic thrombectomy. In general, both procedures have to be applied within a 4–6-h time window after the stroke. Under certain conditions, mechanical thrombectomy is reasonable within 16–24 h for patients with large vessel occlusions in the anterior circulation. a leading cell at the tip of a developing or regenerating vascular sprout that senses attractive and repulsive cues in the environment. projections of the cell edge filled with actin cytoskeleton that are largely responsible for the motile dynamics of axonal growth cones and endothelial tip cells. occurs when blood clot occludes a cerebral vessel; high risk of cell death in the affected area. signals from the extracellular environment or neighboring cells to attract or repel cells according to their receptor repertoire. They play major roles in early embryonic pattern and organ formation, nerve fiber and vascular growth, and cancer cell migration. complication of ischemic stroke by leakage of blood into the brain parenchyma; can occur after thrombolytic therapy or from immature, growing vessels in the stroke penumbra. space between compartmental divisions of an embryo's body during early development. local route of administration through a cerebral ventricle directly into the cerebrospinal fluid; mostly used for substances that may not pass the BBB. the majority of ischemic strokes in patients result from blockage of blood vessels in the territory of the MCA. A common experimental stroke model to mimic this scenario in rodents is proximal or distal occlusion of the MCA, most commonly through the permanent or transient insertion of a filament into the internal carotid artery. a complex functional and anatomical structure comprising ECs, neurons, pericytes, astrocytes, and microglia. ischemia-induced neovascularization is a common feature of retinal vascular diseases such as diabetic retinopathy or retinopathy of prematurity. To investigate the pathological mechanisms, a mouse model is has been developed that is based on the transient exposure of mouse pups to hyperoxia during retinal vascular development. Return to normoxia results in retinal ischemia followed by proliferative vascular disease. common diabetic complication in the eye; damage to retinal arteries ultimately results in pathological neoangiogenesis, which damages the retina and may cause blindness. occlusion of the retinal vasculature, which may lead to the rapid death of retinal neurons. family of G-proteins; known to regulate many aspects of the actin cytoskeleton and cell motility. life-threatening immune response to infection, which causes injury to the body's own tissues and organs. abnormal mass of tumor tissue that usually does not contain cysts or liquid areas. They might be benign or malignant. capacity of a blood vessel wall to allow the passage of small molecules, large substances, or cells; can be altered through drugs or pathologies. vascular endothelial growth factor and its most important receptor; The most prominent and conserved signaling pathway to induce angiogenic responses in development and disease.

Background Stroke remains a leading cause of disability and death worldwide. It has become apparent that inflammation and immune mediators have a pre-dominant role in initial tissue damage and long-term recovery. Still, different immunosuppressed mouse models are necessary in stroke research e.g., to evaluate therapies using human cell grafts. Despite mounting evidence delineating the importance of inflammation in the stroke pathology, it is poorly described to what extent immune deficiency influences overall stroke outcome. Methods Here, we assessed the stroke pathology of popular genetic immunodeficient mouse models, i.e., NOD scid gamma (NSG) and recombination activating gene 2 (Rag2 –/– ) mice as well as pharmacologically immunosuppressed mice and compared them to immune competent, wildtype (WT) C57BL/6J mice three weeks after injury. We performed histology, gene expression, blood serum and behavioural analysis to identify the impact of immunosuppression on stroke progression. Results We detected changes in microglia activation/macrophage infiltration, scar-forming and vascular repair in immune-suppressed mice three weeks after injury. Transcriptomic analysis of stroked tissue revealed the strongest deviation from WT was observed in NSG mice affecting immunological and angiogenic pathways. Pharmacological immunosuppression resulted in the least variation in gene expression compared with the WT. These anatomical and genetic changes did not affect functional recovery in a time course of three weeks. To determine whether timing of immunosuppression is critical, we compared mice with acute and delayed pharmacological immunosuppression after stroke. Mice with delayed immunosuppression (7d) showed increased inflammatory and scarring responses compared to animals acutely treated with tacrolimus, thus more closely resembling WT pathology. Transplantation of human cells in the brains of immunosuppressed mice led to prolonged cell survival in all immunosuppressed mouse models, which was most consistent in NSG and Rag2 –/– mice. Conclusions We detected distinct anatomical and molecular changes in the stroke pathology between individual immunosuppressed mouse models that should be considered when selecting an appropriate mouse model for stroke research.

Abstract Stroke research heavily relies on rodent behavior when assessing underlying disease mechanisms and treatment efficacy. Although functional motor recovery is considered the primary targeted outcome, tests in rodents are still poorly reproducible, and often unsuitable for unraveling the complex behavior after injury. Here, we provide a comprehensive 3D gait analysis of mice after focal cerebral ischemia based on the new deep learning-based software (DeepLabCut, DLC) that only requires basic behavioral equipment. We demonstrate a high precision 3D tracking of 10 body parts (including all relevant joints and reference landmarks) in several mouse strains with an accuracy of 99.4%. Building on this rigor motion tracking, a comprehensive post-analysis (with >100 parameters) unveils biologically relevant differences in locomotor profiles after a stroke over a time course of three weeks. We further refine the widely used ladder rung test using deep learning and compare its performance to human annotators. The generated DLC-assisted tests were then benchmarked to five widely used conventional behavioral set-ups (neurological scoring, rotarod, ladder rung walk, cylinder test, and single-pellet grasping) regarding sensitivity, accuracy, time use and costs. We conclude that deep learning-based motion tracking with comprehensive post-analysis provides accurate and sensitive data to describe the complex recovery of rodents following a stroke. The experimental set-up and analysis can also benefit a range of other neurological injuries that affect locomotion.

Abstract Background Stroke remains a leading cause of disability and death worldwide. It has become apparent that inflammation and immune mediators have a pre-dominant role in initial tissue damage and long-term recovery following the injury. Still, different immunosuppressed mouse models are necessary in stroke research e.g., to evaluate therapies using human cell grafts. Despite mounting evidence delineating the importance of inflammation in the stroke pathology, it is poorly described to what extent partial immune deficiency influences the overall stroke outcome. Methods Here, we assessed the stroke pathology of popular genetic immunodeficient mouse models, i.e., NOD scid gamma (NSG) and recombination activating gene 2 (Rag2 -/- ) mice as well as pharmacologically immunosuppressed mice and compared them to immune competent, wildtype (WT) C57BL/6J mice up to three weeks after injury. We performed histology, gene expression profiling, serum analysis and functional behavioural tests to identify the impact of immunosuppression on the stroke progression. Results We detected distinct changes in microglia infiltration, scar-forming and vascular repair in immune-suppressed mice three weeks after injury. Gene expression analysis of stroked tissue revealed the strongest deviation from immune competent mice was observed in NSG mice, for instance, affecting immunological and angiogenic pathways. Pharmacological immunosuppression resulted in the least variation in gene expression compared with the WT. Major differences have been further identified in the systemic inflammatory response following stroke acutely and three weeks following injury. These anatomical, genetic, and systemic changes did not affect functional deficits and recovery in a time course of three weeks. To determine whether the timing of immunosuppression after stroke is critical, we compared mice with acute and delayed pharmacological immunosuppression after stroke. Mice with a delayed immunosuppression (7d) after stroke showed increased inflammatory and scarring responses compared to animals acutely treated with tacrolimus, thus more closely resembling WT pathology. Transplantation of human cells in the brains of immunosuppressed mouse models led to prolonged cell survival in all immunosuppressed mouse models, which was most consistent in NSG and Rag2 -/- mice. Conclusions In sum, we detected distinct anatomical and molecular changes in the stroke pathology between the individual immunosuppressed mouse models that should be carefully considered when selecting an appropriate mouse model for stroke research.