Evaluation of histopathological changes of vasculature in recurrent chronic subdural hematoma

Abstract

Chronic subdural hematoma (cSDH) is a collection of blood in subdural space with encapsulated hematoma by neomembrane. The incidence of cSDH is increasing, especially in the aging population. Although hematoma is removed by surgical interventions, a considerable percentage of patients undergo recurrence. Still, the underlying mechanism of spontaneous recurrence has not been unveiled and there is no standard management. To figure out the unsolved issues of spontaneous recurrent cSDH, I observed histopathology of cSDH dura mater, focusing on the vasculature changes. Control dura and cSDH dura were harvested from patients and compared to each other. The immuno-staining technique was mainly used to visualize the vasculatures. The dura tissues were cleared transparently by CLARITY to observe 3-dimensional structure in the whole dura layers. Additionally, transmission electron microscopy (TEM) was used for observing capillaries and their endothelial cells. As a result, meningeal dura in cSDH was thinner than control. In contrast, the dural border cell (DBC) layer was thicker as it turned into neomembrane. In the cSDH neomembrane, vascular volume density was 5.9 times higher than the DBC layer of control dura mater. The sinusoidal capillaries were found in the neomembrane by taking TEM images. Also, the volume density of arteries in the neomembrane was 5.4 times higher than the control DBC layer. These arteries in the neomembrane were connected to the middle meningeal artery (MMA). In addition, changes in lymphatic vessel morphology were observed such as the formation of sprouts and loops. 26.9 times more sprouts and 58.8 times more loops were formed per volume than control. Accordingly, increased vessel density and formation of fragile and leaky capillaries in the neomembrane layer were observed, which suggest neovascularization in the cSDH dura. Especially, the connection between MMA and dense arteries in the neomembrane of cSDH dura was visualized. These results may support the hypothesis of spontaneous recurrent cSDH and the therapeutic effect of MMA embolization.

만성 경막하 혈종은 뇌경막하 공간에 출혈이 축적되어 혈종이 생기고 이 혈종이 신생막으로 감싸져 있는 질환을 의미한다. 이 질환의 발생률은 노년층을 중심으로 매년 증가하고 있는 추세이다. 혈종 제거 수술 후에도 해당 질환이 재발하는 비율이 상당히 높다. 여전히 자연적으로 질환이 재발되는 원리는 밝혀지지 않고 있으며, 이에 대한 표준 치료법이 확립되어 있지 않다. 만성 경막하 혈종의 자연적 재발에서 밝혀지지 않은 문제들을 풀기 위해, 혈관 구조의 변화들을 중심으로 만성 경막하 혈종 환자의 경막을 조직 병리학적으로 관찰하였다. 환자들로부터 얻은 정상 경막과 만성 경막하 혈종의 경막을 서로 비교하였다. 해당 연구에서는 주로 면역 염색 기법이 관 구조들을 시각화 하는데 이용되었으며, 3 차원 구조로 경막의 모든 층을 관찰하기 위해서 조직 투명화 기법도 이용하였다. 추가적으로, 투과전자현미경(TEM)은 모세혈관들과 해당 내피 세포들을 관찰하는 데 사용되었다. 실험 결과, 만성 경막하 혈종 환자의 속판(meningeal dura)은 정상 경막에 비해서 얇었다. 반대로, 경막 경계 세포 층은 환자의 경우 신생막으로 변화하기 때문에 더 두껍게 관찰되었다. 환자의 신생막 층에서, 혈관이 차지하는 부피는 정상적인 경막의 경계 세포 층에 있는 혈관의 부피에 비해서 5.9 배 밀도가 더 높은 것을 확인했다. 그리고 sinusoidal 모세혈관 (sinusoidal capillary)이 신생막 층에서 형성된 것을 TEM 을 이용해 관찰하였다. 또한, 환자의 신생막 층에서 정상적인 경막의 경계 세포 층에 비해 5.4 배 높은 밀도의 동맥이 발견되었다. 해당 동맥들은 중간뇌막동맥과 연결되어 있음을 확인했다. 추가적으로, sprout 와 loop 구조의 형성을 통해서 림프관의 구조적 변화가 발생했음을 관찰했다. 정상에 비해서 조직의 부피 당, 26.9 배 더 많은 sprout 와 58.8 배 더 많은 loop 구조가 형성되어 있었다. 따라서, 환자의 신생막 층에서는 혈관 밀도의 증가와 약하고 잘 새는 구조의 모세혈관이 관찰되었고, 이는 만성 경막하 혈종 발생 시, 경막에서 신생혈관이 형성됨을 의미한다. 특히, 중간뇌막동맥과 신생막에서 밀도가 높은 동맥간 연결성이 조직학적으로 확인되었다. 이는 아마도 만성 경막하 혈종이 재발하는 원인에 대한 가설을 뒷받침하고, 더 나아가 중간뇌막동맥 색전술을 이용한 치료법의 효과 원리를 설명할 수 있을 것이다.