新生児低酸素性虚血性脳症の子豚モデル
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
低酸素性虚血性脳症（HIE）を引き起こす出生時仮死は、全世界で066万死亡、毎年、世界で290万新生児死亡の約四分の一を占めています。 HIEの動物モデルは、HIEにおける病態生理の理解に貢献した、とによる周産期仮死に脳損傷で発生する動的なプロセスを強調しています。したがって、動物試験は、ポスト侮辱の治療戦略のための時間窓を示唆しています。低体温はpdigletモデルのHIEの治療薬としてテストされ、その後、臨床試験で有効であることが証明されました。モデルのバリエーションは、補助的、神経を保護する方法の研究に応用されているとキセノンとメラトニンの子豚の研究は、臨床段階にIとIIの試験1,2をリードしてきました。子豚のHIEモデルは、さらに新生児resuscitation-と血行動態研究のためだけでなく、細胞レベルでの脳低酸素の調査で使用されています。しかし、それは技術的に困難であり、プロトコルでモデルおよび変形があまりにも軽度または厳しすぎる脳損傷のいずれかになることがあります。本稿では、新生児のHIEの安定した子豚のモデルを確立するために必要な技術的な手順を示しています。まず、新生児子豚（<24時間古い、中央値量1500 g）を、麻酔し、挿管し、新生児集中治療室で見られるものと同等の設定で監視されています。グローバル低酸素虚血は、グローバル低酸素症、低血圧を介して虚血および脳の低酸素症を示す平坦なトレース振幅集積EEG（aEEG）を達成するために、吸気の酸素割合を低下させることにより誘導されます。生存aEEG応答および血圧に応じて酸素供給を調整することによって促進されます。脳損傷は、72時間後に組織病理学および磁気共鳴イメージングによって定量化されます。
Introduction
周産期仮死は、低酸素性虚血性脳症（HIE）に伴う急性、しばしば予測できない状態です。このプロトコルの全体的な目標は、周産期の低酸素性虚血性脳症の子豚の生存モデルを実証することです。このモデルは、新生児の脳に、実験神経病理、磁気共鳴イメージング及び分光法に治療（MRIおよびMRS）と、血液、脳脊髄液および尿などの体液中のバイオマーカーの低酸素虚血の様々な程度の効果を調査するために使用することができ。モデルはまた、世界的な低酸素性虚血に影響を受けているのすべては心血管系、呼吸器系、腎臓および肝臓を、調査するのに有用であることが証明されました。
周産期仮死が損なわ酸素供給分娩のまたは即時産後期間で結果です。分娩低酸素イベントは、世界中066万死亡、毎年、世界で2.9ミルの約四分の一を占めます2012年3における新生児死亡をイオン。2010年には115万の赤ちゃんは、出生時仮死4以下の新生児脳症を開発したと推定されました。妊娠34週後に生まれた乳児に脳症のように定義されたHIEは、先進国および発展途上国4 8.5 / 1,000出生まで1-3 /千出生5で発生します。死亡リスクは10〜60％であり、生存者30から100までパーセント6,7における神経学的ハンディキャップのリスク。 5020万障害調整生存年数（DALYs）が分娩低酸素イベント4に起因しています。現在、HIEのための支援以外の唯一の治療は低酸素後低体温です。このように、診断手順と治療戦略の進歩は、HIE 8の管理を改善することが不可欠です。
周産期仮死と新生児の脳損傷の管理後の予後の改善は、基礎疾患メカニズムの知識を拡大するに基づいていますD可能な治療。異なる臨床イベントがHIEにつながる可能性があり、任意の単一の出産センターでの発生率が低い5であるとしてHIEの動物モデルは、特に有用です。新たな予後および診断ツールおよび治療戦略をテストする場合、生物学的変動の影響を最小限に抑えることが可能な実験装置は、不可欠です。動物モデルは、このように誘導された損傷および疾患it's結果9に関与する動的なプロセスの基礎となる病理学的メカニズムの理解に貢献し、可能な限り厳密に臨床状況に近づける必要があります。新生児のHIEの動物モデルは、齧歯類、ラム、およびブタなどの種の数を、含まれています。比較では、生まれたばかりの子豚は、配信11,12時の大きさに対して、心血管系10と脳の成熟度と人間の新生児に対して高い類似性を有しています。子豚モデルにおける監視、計測および結果の評価はTHAに似ていますHIEの乳児の臨床ケアに使用されるT。したがって、このモデルから新生児ケアへの翻訳の高度があります。
周産期の低酸素症とHIEの子豚のモデルは、多くのグループによって使用され、領域13の数が変化しています。実験の目的に応じて、細心の注意は、薬の選択に低酸素虚血、発作の持続期間と重症度を制御する方法であって、後の侮辱の蘇生とケア、およびアウトカム評価を誘導する方法を支払わなければなりません。バイアスを避けるために、ランダム化試験のデザインは常に介入の研究に使用されるべきです。
低酸素性虚血性損傷を誘導する際に適用される方法が重要です。 HIEにつながるグローバル低酸素症は、多くの場合、脳、心臓、肺、腎臓および肝臓を含む多臓器不全をもたらします。評価結果に応じて、HIEのモデルは、局所虚血、 例えばに頼るのではなく、グローバルな低酸素症および虚血に基づくべきである。、車を連結することによってotid動脈14。 > 40ミリメートルHgの2平均動脈血圧を維持しながら、最近の論文では、低酸素症（のFiO 2 12％）と頚動脈圧縮の組み合わせを適用しました。別のグループは、負の塩基過剰> 20ミリモル/ Lまでの8％O 2によってグローバル低酸素症を誘発したり、動脈血圧（MABP）<15ミリメートルHgのを意味し、4時間15で動物を犠牲にしました。低酸素症は、心臓出力によって滴定された、MABP（ベースラインの30〜40％）と動脈血のpH（6.95から7.05）16（30〜35ミリメートルHgまで）。
このレポートに表示されるものと同様のaEEG抑制により滴定グローバル低酸素虚血のモデルは、電気生理学的、臨床的である脳症を実証し、窒息用語の乳児17,18に見られる状態に神経病理学的に匹敵しています。
誘導されたHIEの程度は必要不可欠です。 HIEの有用な動物モデルは、新しいDIAのテストのために許可する必要がありますグノーシス主義手順や治療法の選択肢。これを可能にするために、モデルは、新しい治療法を評価する際にあまり関係であろうほとんど、あるいは全く治療の可能性を伴う重度の脳損傷などの治療可能性がある中程度のHIEを誘導するはずです。低酸素に対する耐性は、試験動物の間でかなり変化します。以前の研究は、より一貫性の脳損傷を達成することができることを示しており、より多くの動物は、振幅統合脳波（aEEG）によって評価し、それぞれの子ブタの脳応答に従って誘発される低酸素症の個別化ではなく、全体集合のFiO 2値を用いて17,19に耐えること低酸素性イベント。 aEEG抑制の持続時間は、いくつかの組織病理学的変化45分aEEG抑制<20分aEEG抑制および重度の発作がで増加>で、脳損傷の程度に相関します。 HIEのための神経保護治療の最近のレビューは、行動結果のMEASを可能にする生存モデルの必要性を確認し動物モデル20でURES。
提示HIEの子豚のモデルの多くの利点があります。これは、結果は人間の生理に変換可能性が高い種に基づいています。 aEEGによるグローバル低酸素性虚血モデル多臓器不全や低酸素虚血の滴定は、バイオマーカーは、MRIや行動が関連する時間点で評価することができるように、生存の臨床関連の転帰と脳損傷の一貫した度を誘導します。
周産期仮死とHIEのピグレットモデルはHIEの病態生理に現在の洞察力に大きく貢献しただけでなく、成功し、最終的にヒトでの新しい治療法で、その結果、臨床試験を先行しています。ピグレットモデル研究は、HIE 21の治療として低体温を確立する上で重要な役割を果たし、および新生児蘇生研究22で使用されています。窒息とHIE、AN内の研究を行う際に、様々なグループが子豚のモデルを使用していましたD研究は低体温23、α-メラニン細胞刺激ホルモン24、心停止25、チロシンヒドロキシラーゼ活性26、反復低酸素暴露27、NMDA受容体活性14を含み、近赤外分光法28。
手続きの過程で微調整があまりにも軽度または厳しすぎる脳損傷29,2のいずれかになることがあり、このレポートに表示される子豚HIEモデルは、で動作するように技術的に困難です。我々は、既存の文献は、以前に発行されたモデルを再現するために十分な詳細を欠いていたことがわかりました。そこで、ここではHIEの研究のためのこの高度なモデルを確立するために研究者を可能にする、このレポートの子豚72時間生存モデルの確立のために必要な技術的な手順の各ステップを示しています。
Protocol
Representative Results
Discussion
、その複雑さのために、記述されたモデルは、認定施設において実施することができ、動物の研究において経験します。地元の倫理委員会による承認は、実験開始前に取得する必要があり、最適な動物福祉は常に保証されなければなりません。モデルは、試験動物の生存に基づいているように、無菌環境での感染を防ぐために侵襲的処置の間、維持することが重要です。
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The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank John Kristensen and Søren Braad Andersen from the Department of Communication, Aarhus University Hospital, Denmark, for their exceptional help with filming and editing. Animal technician Diana Gyldenløve and veterinarian Birgitte Kousgaard, Institute of Clinical Medicine Aarhus University Hospital, Denmark for assisting with animal care. This study was supported by the Lundbeck Foundation, the Laerdal Foundation for Acute Medicine, Central Denmark Region’s Research Foundation, Augustinus Foundation, Aase and Ejnar Danielsens Foundation, the Institute of Clinical Medicine Aarhus University Hospital, Brødrene Hartmanns Foundation, Karen Elise Jensens Foundation, Fonden til Lægevidenskabens Fremme, and Marie Dorthea og Holger From, Haderslevs Fond.
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 |
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