En ilder model af betændelse-sensibiliseret sent præterm Hypoxic-iskæmisk hjerneskade
Summary
Metoden beskriver inflammation-sensibiliseret hypoxic-iskæmisk og hyperoxisk hjerneskade i P17 Ferret til at modellere den komplekse interaktion mellemlang varig inflammation og oxidativ hjerneskade oplevet i en række sene præmature spædbørn.
Abstract
Der er et løbende behov for klinisk relevante modeller af perinatale infektion og hypoksi-iskæmi (HI) til at teste terapeutiske interventioner for spædbørn med den neurologiske overdreven af Præmatur. Fritter er ideelle kandidater til modellering af den præterm menneskelige hjerne, da de er født lissencephalic og udvikle gyrencephalic hjerner postnatalt. Ved fødslen, er Ferret Brain Development svarer til en 13 ugers Human Foster, med postnatal-Day (P) 17 kits anses for at svare til et spædbarn på 32 – 36 ugers dræelse. Vi beskriver en skade model i P17 Ferret, hvor lipopolysaccharid administration efterfølges af bilateral cerebral iskæmi, hypoksi, og hyperoxia. Dette simulerer den komplekse interaktion af langvarig inflammation, iskæmi, hypoksi, og oxidativ stress oplevet i en række nyfødte, der udvikler hjerneskade. Tilskadekomne dyr udviser en række alvorlige alvorlighedsgrader med morfologiske ændringer i hjernen, herunder indsnævring af multipel kortikal Gyri og associeret sulci. Sårede dyr også vise bremset refleks udvikling, langsommere og mere variabel hastighed af bevægelse i en automatiseret catwalk, og nedsat udforskning i en åben mark. Denne model giver en platform til at teste formodede terapier for spædbørn med neonatal encefalopati forbundet med inflammation og HI, undersøgelse mekanismer for skade, der påvirker kortikale udvikling, og undersøge veje, der giver modstandsdygtighed i upåvirkede dyr.
Introduction
Der er et vedvarende behov for store dyremodeller, der afspejler patofysiologien af Præmatur og perinatale hypoksi-iskæmi, hvor terapeutiske indgreb for spædbørn kan testes. I 2017 blev 9,93% af de 382.726 spædbørn født i USA født på forhånd, og 84% af disse spædbørn blev født mellem 32 og 36 ugers drænings periode1. Hos præmature spædbørn er perinatal udsættelse for infektion eller inflammation almindelig, hvor maternel immun aktivering på grund af virale eller bakterielle patogener kan initiere præmature arbejdskraft. Postnatalt, præmature spædbørn er i høj risiko for tidlig eller forsinket indtræden af sepsis2. Præmature spædbørn oplever også ofte perioder med hypoksi, hypotension og Iltforgiftning på grund af deres umodne kardiorespiratoriske system, forhøjet iltspænding i atmosfæren i forhold til dem, der opleves i utero, og iatrogene eksponeringer. Desuden, i præmature spædbørn, antioxidant forsvar er umodne3 og Pro-apoptotic faktorer er naturligt upregulated4. Oxidativ stress og celledød fører til aktivering af immunsystemet og neuroinflammation. Disse kombinerede faktorer menes at bidrage til udviklingsmæssige og fysiologisk sårbarhed i hjernen, og resultere i eller forværre encefalopati forbundet med dårlige udviklingsmæssige resultater i præmature spædbørn5,6,7.
På grund af de fysiske og udviklingsmæssige ligheder, at ilden hjernen deler med den menneskelige hjerne, ilden er en attraktiv art til at modellere hjerneskade8,9,10,11,12. Fritter er også ideelle kandidater til at modellere den præmature menneskelige hjerne, da de er født lissencephalic og udvikle gyrencephalic hjerner postnatalt, som giver et vindue til at udsætte den udviklende hjerne til fornærmelser, der efterligner dem opleves af spædbørn født præterm. Ved fødslen, er Ferret Brain Development ligner en 13 ugers Human Foster, med postnatal-Day (P) 17 kits anses for at svare til et spædbarn på 32 – 36 uger af drægtighedsperioden13.
Vores gruppe har for nylig offentliggjort en model af ekstremt præterm (< 28 ugers drænings grad) hjerneskade i P10 Ferret ved at kombinere inflammatorisk sensibilisering med Escherichia coli lipopolysaccharid (LPS) med efterfølgende eksponering for hypoksi og Iltforgiftning12. I den følgende protokol beskriver vi nu en sen præterm model i P17 Ferret, hvor LPS sensibilisering efterfølges af bilateral cerebral iskæmi, hypoksi og hyperoxia. Dette resulterer i mere alvorlig skade i en delmængde af dyr, og mere tæt modeller den komplekse interaktion af langvarig inflammation, iskæmi, hypoksi, og oxidativ stress oplevet i en række præmature spædbørn, der udvikler hjerneskade.
Protocol
Representative Results
Discussion
På grund af de fysiske og udviklingsmæssige ligheder deles mellem ilder hjernen og den menneskelige hjerne, er ilden i stigende grad bruges til at modellere både voksen og udviklingsmæssige hjerneskade. 8,9,10,11,12. Men, forskning til dato tyder på, at Ferret hjernen er både modstandsdygtig over for første skade samt højplastik, med adfærdsmæssige u…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Udviklingen af modellen blev finansieret Bill og Melinda Gates Foundation, samt af NIH Grant 5R21NS093154-02 (NICHD).
Materials
| 80% Oxygen | Praxair | ||
| 9% Oxygen | Praxair | ||
| Absorbent benchtop protector | Kimtech | 7546 | |
| Automated catwalk | Noldus | ||
| Betadine surgical scrub | |||
| Bupivacaine | Patterson Veterinary | 07-888-9382 | |
| Buprenorphine | |||
| Calipers | SRA Measurement Products | ME-CAL-FP-200 | 200mm range, .01 mm resolution |
| Cotton Gauze Sponge | Fisher Scientific | 22028556 | |
| Curved fine hemostat | Roboz | RS-7101 | |
| Curved forceps | World Precision Instruments | 501215 | |
| Curved suture-tying hemostat | Roboz | RS-7111 | |
| Ethovision tracking software | Noldus | ||
| Eye Lubricant | Rugby | NDC 0536-1970-72 | |
| Ferrets (Mustela putorius furo) | Marshall Biosciences | Outbred (no specific strain) | |
| Formalin | Fisher Scientific | SF100-4 | 10% (Phosphate Buffer/Certified) |
| Hair Clippers | Conair | GMT175N | |
| Insulin Syringes | BD | 329461 | 0.3 cc 3 mm 31G |
| Isoflurane | Piramal | 66794-017-25 | |
| Lidocaine | Patterson Veterinary | 07-808-8202 | |
| LPS | List Biological | LPS Ultrapure #423 | |
| Oxygen sensor | BW Gas Alert | GAXT-X-DL-2 | |
| Pentobarbital | |||
| Plastic chamber | Tellfresh | 1960 | 10L; 373x270x135mm |
| Saline Solution, 0.9% | Hospira | RL-4492 | |
| Scalpel blade | Integra Miltex | 297 | |
| Scalpel handle | World Precision Instruments | 500236 | #3, 13cm |
| Sterile suture | Fine Science Tools | 18020-50 | Braided Silk, 5/0 |
| Surgical clip applicator | Fine Science Tools | 12020-09 | |
| Surgical clip remover | Fine Science Tools | 12023-00 | |
| Surgical drapes | Medline Unidrape | VET3000 | |
| Surgical gloves | Ansell Perry Inc | 5785004 | |
| Surigical clips | Fine Science Tools | 12022-09 | |
| Thermometer (rectal) | YSI | Precision 4000A | |
| Thermometer (water) | Fisher Scientific | 14-648-26 | |
| Umbilical tape | Grafco | 3031 | Sterile |
| Water bath | Thermo Scientific | TSCOL19 | 19L |
References
- Martin, J. A., Hamilton, B. E., Osterman, M. J. K., Driscoll, A. K., Drake, P. Births: Final Data for 2017. National Vital Statistics Report. 67 (8), 1-49 (2018).
- Vanhaesebrouck, P., et al. The EPIBEL study: outcomes to discharge from hospital for extremely preterm infants in Belgium. Pediatrics. 114 (3), 663-675 (2004).
- Raju, T. N., et al. Long-Term Healthcare Outcomes of Preterm Birth: An Executive Summary of a Conference Sponsored by the National Institutes of Health. Journal of Pediatrics. , (2016).
- Raju, T. N. K., Buist, A. S., Blaisdell, C. J., Moxey-Mims, M., Saigal, S. Adults born preterm: a review of general health and system-specific outcomes. Acta Paediatrica. 106 (9), 1409-1437 (2017).
- Bennet, L., et al. Chronic inflammation and impaired development of the preterm brain. Journal of Reproductive Immunology. 125, 45-55 (2018).
- Reich, B., Hoeber, D., Bendix, I., Felderhoff-Mueser, U. Hyperoxia and the Immature Brain. Developmental Neuroscience. 38 (5), 311-330 (2016).
- Galinsky, R., et al. Complex interactions between hypoxia-ischemia and inflammation in preterm brain injury. Developmental Medicine & Child Neurology. 60 (2), 126-133 (2018).
- Empie, K., Rangarajan, V., Juul, S. E. Is the ferret a suitable species for studying perinatal brain injury. International Journal of Developlemental Neuroscience. 45, 2-10 (2015).
- Snyder, J. M., et al. Ontogeny of white matter, toll-like receptor expression, and motor skills in the neonatal ferret. International Journal of Developlemental Neuroscience. , (2018).
- Schwerin, S. C., et al. Progression of histopathological and behavioral abnormalities following mild traumatic brain injury in the male ferret. Journal of Neuroscience Research. 96 (4), 556-572 (2018).
- Rafaels, K. A., et al. Brain injury risk from primary blast. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 73 (4), 895-901 (2012).
- Wood, T., et al. A Ferret Model of Encephalopathy of Prematurity. Developlemental Neuroscience. , (2019).
- Barnette, A. R., et al. Characterization of Brain Development in the Ferret via Magnetic Resonance Imaging. Pediatric Research. 66 (1), 80-84 (2009).
- Kroenke, C. D., Mills, B. D., Olavarria, J. F., Neil, J. J. . Biology and Diseases of the Ferret. , (2014).
- Eklind, S., et al. Bacterial endotoxin sensitizes the immature brain to hypoxic–ischaemic injury. European Journal of Neuroscience. 13 (6), 1101-1106 (2001).
- Falck, M., et al. Neonatal Systemic Inflammation Induces Inflammatory Reactions and Brain Apoptosis in a Pathogen-Specific Manner. Neonatology. 113 (3), 212-220 (2018).
- Osredkar, D., et al. Hypothermia Does Not Reverse Cellular Responses Caused by Lipopolysaccharide in Neonatal Hypoxic-Ischaemic Brain Injury. Developmental Neuroscience. 37 (4-5), 390-397 (2015).
- Nakata, M., Itou, T., Sakai, T. Quantitative analysis of inflammatory cytokines expression in peripheral blood mononuclear cells of the ferret (Mustela putorius furo) using real-time PCR. Veterinary Immunology and Immunopathology. 130 (1-2), 88-91 (2009).
- Christensson, M., Garwicz, M. Time course of postnatal motor development in ferrets: ontogenetic and comparative perspectives. Behavioral Brain Research. 158 (2), 231-242 (2005).
- Li, Y., Dugyala, S. R., Ptacek, T. S., Gilmore, J. H., Frohlich, F. Maternal Immune Activation Alters Adult Behavior, Gut Microbiome and Juvenile Brain Oscillations in Ferrets. eNeuro. 5 (5), (2018).
- Rice, J. E., Vannucci, R. C., Brierley, J. B. The influence of immaturity on hypoxic-ischemic brain damage in the rat. Annals of Neurolology. 9 (2), 131-141 (1981).
