Un modèle de Porcinet néonatale encéphalopathie hypoxique-ischémique

Summary

Hypoxic-ischemic encephalopathy following perinatal asphyxia can be studied using animal models. We demonstrate the procedures necessary for establishing a piglet model of neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy.

Abstract

Asphyxie à la naissance, ce qui provoque encéphalopathie hypoxique-ischémique (HIE), représente 0,66 million de décès dans le monde chaque année, environ un quart des 2,9 millions de décès néonatals dans le monde. Les modèles animaux de HIE ont contribué à la compréhension de la physiopathologie de HIE, et ont mis en évidence le processus dynamique qui se produisent dans une lésion cérébrale due à une asphyxie périnatale. Ainsi, les études animales ont suggéré une fenêtre de temps pour les stratégies de traitement post-insulte. L'hypothermie a été testée comme traitement pour HIE dans les modèles pdiglet et ensuite avérée efficace dans les essais cliniques. Variations du modèle ont été appliquées dans l'étude des méthodes neuroprotecteurs d'appoint et des études de porcelets de xénon et la mélatonine ont conduit à la phase clinique I et II des essais ^1,2. Le modèle porcelet HIE est en outre utilisée pour les études de resuscitation- et hémodynamiques néonatale ainsi que dans les enquêtes de l'hypoxie cérébrale au niveau cellulaire. Cependant, il est un défi techniquemodèle et des variations dans le protocole peuvent entraîner des lésions cérébrales trop légère ou trop sévère. Dans cet article, nous démontrons les procédures techniques nécessaires pour établir un modèle de porcelet stable néonatale HIE. Tout d'abord, le porcelet nouveau-né (<de 24 h, la médiane du poids 1500 g) est anesthésié, intubé, et surveillé dans une configuration comparable à celle trouvée dans une unité néonatale de soins intensifs. Hypoxie-ischémie globale est induite par l'abaissement de la fraction inspiratoire d'oxygène pour atteindre hypoxie mondiale, ischémie par une hypotension et un EEG plat amplitude de trace intégré (aEEG) indicatif de l'hypoxie cérébrale. La survie est favorisée par l'oxygénation de réglage en fonction de la réponse aEEG et la pression artérielle. Le traumatisme crânien est quantifiée par histopathologie et l'imagerie par résonance magnétique après 72 h.

Introduction

L'asphyxie périnatale est une affection aiguë et souvent imprévue associée à encéphalopathie hypoxique-ischémique (HIE). L'objectif global de ce protocole est de démontrer un modèle de survie des porcelets d'périnatale encéphalopathie hypoxique-ischémique. Ce modèle peut être utilisé pour étudier l'effet de divers degrés d'hypoxie-ischémie sur le cerveau du nouveau-né et de traitements expérimentaux sur la neuropathologie, l'imagerie par résonance magnétique et en spectroscopie (IRM et SRM) et de biomarqueurs dans des fluides corporels tels que le sang, le liquide céphalo-rachidien et l'urine . Le modèle a également prouvé utile pour étudier le système cardiovasculaire, le système respiratoire, les reins et le foie, qui sont tous affectés à l'hypoxie-ischémie globale.

L'asphyxie périnatale est le résultat de compromis intrapartum d'alimentation en oxygène ou dans la période post-partum immédiat. Événements hypoxiques partum représentent 0,66 million de décès dans le monde chaque année, environ un quart des 2,9 moulin du mondeion décès néonatals en 2012 ^3. En 2010, 1,15 million de bébés ont été estimées à avoir développé encéphalopathie néonatale suivante asphyxie à la naissance ^4. HIE défini comme l'encéphalopathie chez les nourrissons nés après 34 semaines de gestation se produit dans 1-3 / 1 000 naissances vivantes ⁵ dans le monde industrialisé et jusqu'à 8,5 / 1 000 naissances vivantes dans les pays en développement ^4. Le risque de décès est de 10-60%, et le risque de handicap neurologique chez les survivants 30-100% ^6,7. 50,2 millions d'années de vie ajustées sur l'incapacité (DALY) sont attribuées à des événements intrapartum hypoxiques ^4. Actuellement, le seul traitement autre que de soutien pour HIE est l'hypothermie post-hypoxique. Ainsi, les progrès dans les procédures de diagnostic et des stratégies de traitement sont essentielles pour améliorer la gestion des HIE ^8.

Améliorations dans le pronostic après l'asphyxie et la gestion de la lésion cérébrale néonatale périnatale sont fondées sur l'expansion de la connaissance des mécanismes pathologiques sous-jacents d'uned traitements possibles. Les modèles animaux de HIE sont particulièrement utiles comme différentes manifestations cliniques peuvent conduire à HIE et l'incidence dans tout centre de naissance unique est faible ^5. Un dispositif expérimental dans lequel l'influence de la variation biologique peut être réduite au minimum, est indispensable lors de l'essai de nouveaux outils de diagnostic et de pronostic et de stratégies de traitement. Un modèle animal devrait se rapprocher de la situation clinique le plus fidèlement possible, contribuant ainsi à la compréhension des mécanismes pathologiques sous-jacents de la lésion induite et le processus dynamique impliqué dans la maladie et d'une manière résultats ^9. Les modèles animaux de HIE néonatale ont inclus un certain nombre d'espèces, y compris les rongeurs, l'agneau, et les porcs. En comparaison, le porcelet nouveau-né a plus de ressemblance à un nouveau-né humain par rapport à la taille, le système cardiovasculaire et du cerveau ¹⁰ maturité au moment de la livraison ^11,12. Surveillance, l'instrumentation et l'évaluation des résultats dans le modèle de porcelet est similaire à that utilisé dans les soins cliniques des nourrissons atteints HIE. En conséquence, il existe un degré élevé de la traduction dans les soins du nouveau-né à partir de ce modèle.

Porcelets modèles d'hypoxie périnatale et HIE sont utilisés par de nombreux groupes et varient dans un certain nombre de domaines ^13. Selon le but de l'expérience, une attention particulière doit être accordée au choix des médicaments, méthode d'induction de l'hypoxie-ischémie, la méthode de contrôle de la durée et de la gravité de l'insulte, l'insulte post-réanimation et de soins, et l'évaluation des résultats. Pour éviter les biais d'une conception de l'essai randomisé devrait toujours être utilisé dans les études interventionnelles.

La méthode appliquée lorsque induire une lésion hypoxique-ischémique est important. Hypoxie globale conduisant à HIE se traduit souvent par une défaillance multiviscérale impliquant cerveau, le cœur, les poumons, les reins et le foie. Selon les résultats évalués, les modèles de HIE devraient être fondées sur l'hypoxie et l'ischémie globale plutôt que de compter sur ischémie focale, par exemple., Par ligature de voitureartères OTID ^14. Une étude récente a appliqué une combinaison de l'hypoxie _(FiO2 12%) et la compression de l'artère carotide moyenne tout en maintenant la pression artérielle> 40 mm Hg ^2. Un autre groupe induite par l'hypoxie globale de 8% O ₂ jusqu'à ce que l'excès de base négatif> 20 mmol / L ou moyenne pression artérielle (PSAM) <15 mm Hg, et sacrifié les animaux à 4 h ^15. L'hypoxie a également été titré par le débit cardiaque (à 30-40% de la valeur initiale), la PAM (à 30-35 mm Hg) et le pH artériel (6,95-7,05) ^16.

Les modèles de l'hypoxie-ischémie globale titré par aEEG suppression similaire à celle présentée dans ce rapport, ont démontré encéphalopathie qui est cliniquement, électrophysiologie, et neuropathologique comparable à la condition trouvé chez le nourrisson terme asphyxié ^17,18.

Le degré de HIE induite est essentiel. Un modèle animal utile de HIE doit également permettre de tester de nouveaux diales procédures et les options de traitement gnostique. Pour ce faire, les modèles devraient induire HIE modérée où il ya un potentiel de traitement aussi sévère traumatisme crânien avec peu ou pas de potentiel de traitement serait moins pertinente lors de l'évaluation de nouveaux traitements. La tolérance à l'hypoxie varie considérablement entre les animaux d'essai. Des études antérieures ont montré que d'une lésion cérébrale plus cohérente peut être atteint et que plus d'animaux survivre ^17,19 en individualisant l'hypoxie induite selon la réponse cérébrale de chaque porcelet évaluée par amplitude intégré électroencéphalographie (aEEG) plutôt que d'utiliser un ensemble FiO valeur ₂ à travers le événement hypoxique. La durée de la suppression aEEG corrélée au degré de lésion cérébrale, avec peu de changements histopathologiques à <20 min suppression aEEG et des crises graves croissantes à> 45 min suppression aEEG. Un examen récent des traitements neuroprotecteurs pour HIE identifié la nécessité pour les modèles de survie permettant AME de résultats comportementauxUres dans des modèles animaux ^20.

Il ya de nombreux avantages du modèle de porcelet HIE présenté. Il est basé sur un espèce où les résultats sont très susceptibles de se traduire par la physiologie humaine. Les modèles globaux hypoxie-ischémie défaillance multiviscérale et le titrage de l'hypoxie-ischémie par aEEG induit un degré constant de lésion cérébrale à la survie des résultats cliniques pertinentes telles que les biomarqueurs, l'IRM et le comportement peuvent être évaluées à des moments pertinents.

modèles de Porcinet d'asphyxie périnatale et HIE ont non seulement contribué de manière significative à un aperçu courant dans HIE physiopathologie, mais ont également précédé avec succès les essais cliniques, entraînant finalement dans de nouveaux traitements chez l'homme. Études de modèles porcelets ont joué un rôle clé dans l'établissement d'hypothermie comme traitement pour HIE ^21, et sont utilisés dans la recherche sur la réanimation néonatale ^22. Divers groupes ont utilisé des modèles de porcelets lors de l'exécution des recherches au sein de l'asphyxie et HIE, unétudes d hypothermie comprennent ^23, l'hormone alpha-mélanotrope ^{24, 25} arrêt cardiaque, l'activité tyrosine hydroxylase ^26, l'exposition répétée hypoxique ^27, l'activité des récepteurs NMDA ¹⁴ et spectroscopie proche infrarouge ^28.

Le modèle HIE porcelet présentée dans ce rapport est techniquement difficile de travailler avec, comme des ajustements mineurs au cours de la procédure peuvent entraîner des blessures trop légère ou trop sévère cerveau ^29,2. Nous avons constaté que la littérature existante manquait suffisamment de détails pour reproduire les modèles publiés antérieurement. Ainsi, nous démontrons ici chaque étape des procédures techniques nécessaires à la mise en place d'un modèle de 72 h la survie des porcelets dans le présent rapport, permettant aux chercheurs d'établir ce modèle de pointe pour l'étude des HIE.

Protocol

Le présent protocole a été approuvé par l'Inspection danoise sur l'expérimentation animale. Tous les animaux d'essai ont été anesthésiés au cours des procédures. La reproduction de ce protocole doit être effectuée conformément à l'éthique et des directives nationales de protection des animaux, et approuvé par les comités d'éthique locaux. 1. Les animaux Porcelets Landrace danois <âgé de 24 h pesant environ 1,500 – 2,000 g. <p cl…

Representative Results

Les effets de l'hypoxie-ischémie sur le cerveau qui se produisent pendant l'insulte induite sont documentés par l'enregistrement de la trace aEEG. Un représentant aEEG trace est représentée sur la figure 6. Figure 6. Représentant aEEG trace. Faible amplitude due à une hypoxie-ischémie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_uploa…

Discussion

En raison de sa complexité, le modèle décrit ne peut être mis en œuvre dans les établissements accrédités et expérimentés dans la recherche animale. Approbation par les comités d'éthique locaux doit être obtenue avant le début des expériences, et optimale bien-être animal doit être assurée en tout temps. Comme le modèle est basé sur la survie des animaux d'essai, il est important que un environnement stérile est maintenu au cours de procédures invasives pour prévenir les infections.

<p…

Materials

Warm-touch-pediatric blanket	Covidien	5030840
Adhesive Apertrue Drape	Barrier	915447
Utility Drape (sterile) 75×80 cm	Barrier	800530
Neoflon	BD – Luer	391350
Laryngoscope	Miller	85-0045
Endotracheal tube 2.5 mm	Covidien	111-25
Endotracheal tube 3.0 mm with cuff	Unomedical	MM61110030
Endotracheal tube 3.5 mm with cuff	Unomedical	MM61110035
Anesthesia machine	GE Healthcare	1009-9002-000
EEG – electrodes/disposable subdermal needle electrode	Cephalon	ACCE120550
ECG – electrodes	medtronic	3010107-003
ECG-electrodes for MR	philips	ACCE120550
Arterial blood sampler – aspirator	Radiometer medical ApS	956552
Polyurethane Umbilical vein catheter (5 Fr/Ch)	Covidien	8888160341
Polyurethane Umbilical vein catheter (3,5 Fr/ch)	Covidien	8888160333
Suture set (size 3-0)	Covidien	8886 623341
BD Spinal needle 0.7x38mm	BD needles	405254
Gas with 96% Nitrogen / 4% oxygen	Air Liquide	made on order
NeuroMonitor (CFM) system	Natus Medical Incorporated	OBM70002