Моделирование энцефалопатия недоношенных Использование Пренатальная ишемии-гипоксии с интраамниальной липополисахарида у крыс
Summary
Encephalopathy of prematurity encompasses the central nervous system abnormalities associated with injury from preterm birth. This report describes a clinically relevant rat model of in utero transient systemic hypoxia-ischemia and intra-amniotic lipopolysaccharide administration (LPS) that mimics chorioamnionitis, and the related impact of infectious stimuli and placental underperfusion on CNS development.
Abstract
Энцефалопатия недоношенных (НКП) это термин, который охватывает центральную нервную систему (ЦНС) Аномалии, связанные с преждевременными родами. Для лучших целей заранее поступательных и раскрыть новые терапевтические стратегии для черепно-мозговой травмой, связанной с преждевременными родами, доклинические модели НКП должен включать аналогичные механизмы пренатальной глобальной травмы наблюдается у людей и включать несколько компонентов материнской плаценты и плода системы. В идеале, должна производить модели аналогичный спектр функционального дефицита в взрослого животного и воспроизводят многие аспекты патофизиологии. Для имитации человеческих плацентарных системные дефекты перфузии, плацентарный underperfusion и / или хориоамнионит, связанные с патогеном-индуцированной воспалением в начале преждевременных родов, мы разработали модель пренатальной переходного системного гипоксии-ишемии (TSHI) в сочетании с интраамниальной липополисахарида (ЛПС). В крыс Спрэг Dawley, TSHI помощью матки окклюзии артерии Oп эмбриональных день 18 (E18) индуцирует дифференцированного плацентарный дефект, связанный underperfusion с увеличением поражение ЦНС у плода. В сочетании с интраамниальной инъекций ЛПС, плацентарная воспаление увеличивается, и поражение ЦНС усугубляется с соответствующими белого вещества, походки и обработки изображений аномалий. Пренатальная TSHI и TSHI + ЛПС пренатальная оскорбления встретиться несколько критериев модели Eop включая обобщал внутриутробное оскорбление, вызывая потерю нейронов, олигодендроцитов и аксонов, потери плите, и функциональных дефицитов у взрослых животных, которые имитируют те, наблюдается у детей, родившихся крайне преждевременные. Кроме того, эта модель позволяет для вскрытия воспаления, вызванного расходящихся видов травм.
Introduction
С более чем 12% детей, рожденных в Соединенных Штатах до 37 недель гестационного возраста оценивается 1, перинатальная травма головного мозга (PBI) из недоношенных является существенной причиной постоянной инвалидности. PBI от недоношенности, также называемый энцефалопатии недоношенных (EOP), влияет на всю центральную нервную систему (ЦНС). Травмы ЦНС часто начинается в период внутриутробного развития, и усугубляется дородовой процессов, включая хориоамнионита и послеродовых осложнений, таких как гипоксия и сепсис. PBI от системных оскорбления изменяет развитие нервной системы и приводит к церебральным параличом, эпилепсией, задержкой когнитивного и многочисленные нервно-психических расстройств влияющих эмоциональное регулирование, память и исполнительные функции 1,2. Хотя значительный прогресс был достигнут, ограниченное понимание остается, как клеточные и молекулярные последствия ЦНС травмы от преждевременных родов перевести на множестве неврологических осложнений у детей, которые родились недоношенными. Это отсутствие задних знанийERS в режиме реального времени диагноз тяжести травмы ЦНС и сообщил дозирование развивающихся вмешательств. Кроме того, соответствующие возрасту терапевтические стратегии для этой уязвимой группы населения пациента остаются неизвестными.
Внутриматочная воспаление очень часто в экстремальных недоношенных и включает в себя сложный плода-материнской плаценты воспалительный каскад 3. Внутриматочная инфекция часто субклинический. Конкретные выводы плацентарные согласующиеся с острым воспалением, или гистологического хориоамнионита, являются основными факторами, определяющими плода воспалительной реакции и совпадают с черепно-мозговой травмой, связанной с преждевременными родами 3-5. Действительно, плода воспалительная реакция имеет различные клинические последствия для долгосрочных результатов от преждевременных родов. Младенцы, которые мало для гестационного возраста (SGA) или кто испытывает инфекции являются исключительно уязвимыми к неврологическим дефицитом 3,4. Хориоамнионит является типовой патологический диагноз после преждевременных родов <sup> 6,7, и гистологическое исследование показывает признаки воспаления в 70% плацент от детей, рожденных очень преждевременные 4. Кроме того, хориоамнионит связано с когнитивными нарушениями в два года 8. Свидетельство материнской сосудистой underperfusion в плаценте детей, рожденных крайне преждевременных также связан с церебральным параличом в детском возрасте 9. Синергетический влияние хориоамнионита и плацентарных дефектов перфузии хорошо иллюстрируется замечательно высоким риском аномальных неврологических исходов в данной популяции пациентов в возрасте двух лет 10,11.
Для имитации человеческих системные дефекты плаценты перфузии и хориоамнионит, связанные с патогеном-индуцированной воспалением, мы разработали модель пренатальной переходного системного гипоксии-ишемии (TSHI) в сочетании с интраамниальной липополисахарида (LPS) у крыс. Наша цель в том, чтобы адаптировать нашу модель TSHI одна у крыс 12-16 включать внутриутробного воспаления,для облегчения доклинические моделирование ЦНС травмы, связанной с преждевременными родами. TSHI одна выявил постоянные потери олигодендроглиальным клона клеток, нейронов коры, увеличение гибели клеток, и повышенные провоспалительных цитокинов уровни, с прогрессивными ишемических интервалами, ведущих к градуированной структуре травмы в соответствии с травмой головного мозга пренатального 16. Изменения в ишемических компонентов этой модели также продемонстрировали дефицит в кодировке памяти, короткий и долговременной памяти и мягких опорно-двигательного аппарата изменений у крыс, как они стареют 17-19. В самом деле, мы уже показали, что сочетание TSHI + ЛПС повторяет патофизиологические признаки конца проекта, в том числе и олигодендроцитов потери нейронов, аксонов травмы, воспаления и клеточной функциональных нарушений 20.
Protocol
Representative Results
Discussion
Энцефалопатия недоношенных трудно моделировать у животных из-за сложного взаимодействия этиологии, развития нервной системы, времени, конечно сложность формирования головного мозга человека, сети перекрывающихся механизмы травмы, и различные фенотипы ЦНС оскорбляет проявляется у н…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарны Дэн Firl, Крис Корбетт и Джесси Denson, PhD. Финансирование было предоставлено NIH NINDS R01 NS060765 для SR, то P30-Кобре Пилотная программа ЖЖ и Программа Подпись Здоровье ребенка к ЖЖ в университете Нью-Мексико.
Materials
| Saline Solution, 0.9% | Sigma | S8776 | |
| LPS 011B4 | Sigma | L2630 | |
| Evan's Blue Dye | Sigma | E2129 | |
| Surgical gloves | Biogel | 40870 | |
| OR Towels | Cardinal Health | 287000-008 | Sterile |
| PDI Alcohol Prep Pads | Fisherbrand | 06-669-62 | |
| Mini Arco Rechargeable Clippers | Kent Scientific Corp. | CL8787 | |
| Betadine surgical scrub | Purdue Products L.P. | 67618-151-17 | |
| Eye Lubricant | Refresh Lacri Lube | 00023-0312 | |
| Blunt Forceps | Roboz | RS-8100 | |
| Scissors | Roboz | RS-6808 | |
| Surgical Scissors | Roboz | RS-5880 | |
| Surgical Scissors | F.S.T. | 14002-16 | |
| Syringe | BD | 309628 | 1 ml |
| Needle | BD | 305122 | 25G 5/8 |
| Needle | BD | 305128 | 30G 1 |
| Cotton-tipped Applicators | Fisherbrand | 23-400-114 | Small, 6 inch sterile |
| Cotton Gauze Sponge | Fisherbrand | 22-362-178 | |
| Needle Holders | Kent Scientific Corp. | INS600109 | 12.5 CM STR |
| Vessel Clips | Kent Scientific Corp. | INS600120 | 30G Pressure |
| 3-0 Perma Hand Silk Sutures | Ethicon | 1684G | Black braided, 3-0 (2 metric), 18", non-absorbable, PS-1 24mm needle, 3/8 circle |
| Insulin Syringes | BD | 328438 | 0.3cc 3mm 31G |
| Pentobarbital | |||
| Buprenorphine | |||
| Bupivacaine | |||
| Isoflurane | |||
| Lithium Carbonate | Acros Chemicals | 554-13-2 | |
| Superfrost Plus Microscope Slides | VWR | 48311-703 | |
| Hematoxylin | Leica | 3801521 | Surgipath Gill II Hematoxylin |
| Eosin | Leica | 3801601 | Surgipath Eosin |
| Xylenes | Fisherbrand | X3S-4 | Histological Grade |
| Permount | Fisherbrand | SP15-100 | |
| Coverglass | Fisherbrand | 12-548-5P | Fisher Finest Premium Coverglass |
References
- Blencowe, H., et al. Preterm birth associated neurodevelopmental impairment estimates at regional and global levels for 2010. Pediatr Res. 74, 17-34 (2013).
- Mwaniki, M. K., Atieno, M., Lawn, J. E., Newton, C. R. Long term neurodevelopmental outcomes after intrauterine and neonatal insults a systematic review. Lancet. 379, 445-452 (2012).
- Dammann, O., Leviton, A. Intermittent or sustained systemic inflammation and the preterm brain. Pediatr Res. 75, 376-380 (2014).
- Leviton, A., et al. Microbiologic and histologic characteristics of the extremely preterm infant’s placenta predict white matter damage and later cerebral palsy. the ELGAN study Pediatr Res. 67, 95-101 (2010).
- Redline, R. W. Inflammatory responses in the placenta and umbilical cord. Semin Fetal Neonatal Med. 11, 296-301 (2006).
- Lee, J., et al. Chronic chorioamnionitis is the most common placental lesion in late preterm birth. Placenta. 34, 681-689 (2013).
- Lee, S. M., et al. Acute histologic chorioamnionitis is a risk factor for adverse neonatal outcome in late preterm birth after preterm premature rupture of membranes. PloS one. 8, e79941 (2013).
- Pappas, A., et al. Chorioamnionitis and early childhood outcomes among extremely low gestational age neonates. JAMA Peds. 168, 137-147 (2014).
- Gaillard, R., Arends, L. R., Steegers, E. A., Hofman, A., Jaddoe, V. W. Second and third trimester placental hemodynamics and the risks of pregnancy complications the Generation R Study. Am J Epidemiol. 177, 743-754 (2013).
- Trivedi, S., et al. Fetal placental inflammation but not adrenal activation is associated with extreme preterm delivery. Am J Obstet Gynecol. 206, 236 (2012).
- Yanowitz, T. D., et al. Hemodynamic disturbances in premature infants born after chorioamnionitis association with cord blood cytokine concentrations. Pediatr Res. 51, 310-316 (2002).
- Jantzie, L. L., Corbett, C. J., Firl, D. J., Robinson, S. Postnatal Erythropoietin Mitigates Impaired Cerebral Cortical Development Following Subplate Loss from Prenatal Hypoxia Ischemia. Cereb Cortex. , (2014).
- Jantzie, L. L., et al. Erythropoietin attenuates loss of potassium chloride co transporters following prenatal brain injury. Mol Cell Neurosci. 61, 152-162 (2014).
- Jantzie, L. L., Miller, R. H., Robinson, S. Erythropoietin signaling promotes oligodendrocyte development following prenatal systemic hypoxic ischemic brain injury. Pediatric Res. 74, 658-667 (2013).
- Mazur, M., Miller, R. H., Robinson, S. Postnatal erythropoietin treatment mitigates neural cell loss after systemic prenatal hypoxic ischemic injury. J Neurosurg Peds. 6, 206-221 (2010).
- Robinson, S., et al. Developmental changes induced by graded prenatal systemic hypoxic ischemic insults in rats. Neurobiol Dis. 18, 568-581 (2005).
- Delcour, M., et al. Neuroanatomical sensorimotor and cognitive deficits in adult rats with white matter injury following prenatal ischemia. Brain Pathol. 22, 1-16 (2012).
- Delcour, M., et al. Impact of prenatal ischemia on behavior cognitive abilities and neuroanatomy in adult rats with white matter damage. Behav Brain Res. 232, 233-244 (2012).
- Delcour, M., et al. Mild musculoskeletal and locomotor alterations in adult rats with white matter injury following prenatal ischemia. Intl J Devel Neurosci. 29, 593-607 (2011).
- Jantzie, L. L., et al. Complex pattern of interaction between in utero hypoxia ischemia and intra amniotic inflammation disrupts brain development and motor function. J Neuroinflam. 11, 131 (2014).
- Back, S., et al. Selective vulnerability of late oligodendrocyte progenitors to hypoxia ischemia. J Neurosci. 22, 455-463 (2002).
- Jantzie, L. L., et al. Developmental Expression of N Methyl d Aspartate (NMDA) Receptor Subunits in Human White and Gray Matter Potential Mechanism of Increased Vulnerability in the Immature Brain. Cereb Cortex. 25, 482-495 (2015).
- Jantzie, L. L., Robinson, S. Preclinical Models of Encephalopathy of Prematurity. Devel Neurosci. , (2015).
- Workman, A. D., Charvet, C. J., Clancy, B., Darlington, R. B., Finlay, B. L. Modeling transformations of neurodevelopmental sequences across mammalian species. J Neurosci. 33, 7368-7383 (2013).
- Herlenius, E., Lagercrantz, H. Development of neurotransmitter systems during critical periods. Exper Neurol. 190, S8-S21 (2004).
- Kelsom, C., Lu, W. Development and specification of GABAergic cortical interneurons. Cell Biosci. 3, 19 (2013).
- Kinney, H., Back, S. Human oligodendroglial development Relationship to periventricualr leukomalacia. Semin Pediatr Neuro. 5, 180-189 (1998).
- Robinson, S., Li, Q., DeChant, A., Cohen, M. Neonatal loss of gamma amino butyric acid pathway expression after human perinatal brain injury. J Neurosurg Peds. 104, 396-408 (2006).
- Xu, G., et al. Late development of the GABAergic system in the human cerebral cortex and white matter. J Neuropathol Exp Neurol. 70, 841-858 (2011).
- Segovia, K. N., et al. Arrested oligodendrocyte lineage maturation in chronic perinatal white matter injury. Ann Neurol. 63, 520-530 (2008).
- Robinson, S., Li, Q., Dechant, A., Cohen, M. L. Neonatal loss of gamma aminobutyric acid pathway expression after human perinatal brain injury. J Neurosurg. 104, 396-408 (2006).
- Boksa, P. Effects of prenatal infection on brain development and behavior a review of findings from animal models. Brain Behav Immun. 24, 881-897 (2010).
- Burd, I., Brown, A., Gonzalez, J. M., Chai, J., Elovitz, M. A. A mouse model of term chorioamnionitis unraveling causes of adverse neurological outcomes. Repro Sci. 18, 900-907 (2011).
- Bergeron, J. D., et al. White matter injury and autistic like behavior predominantly affecting male rat offspring exposed to group B streptococcal maternal inflammation. Devel Neurosci. 35, 504-515 (2013).
- Uchida, K., et al. Effects of Ureaplasma parvum lipoprotein multiple banded antigen on pregnancy outcome in mice. J Reprod Immunol. 100, 118-127 .
