Een Ferret model van ontsteking-gesensibiliseerde late preterm Hypoxic-ischemische hersenletsel
Summary
De methode beschrijft ontsteking-gesensibiliseerde Hypoxic-ischemische en hyperoxische hersenletsel in de P17 Ferret om de complexe interactie te modelleren tussen langdurige ontsteking en oxidatieve hersenletsel ervaren in een aantal late premature zuigelingen.
Abstract
Er is een voortdurende behoefte aan klinisch relevante modellen van perinatale infectie en hypoxie-ischemie (HI) om therapeutische interventies voor zuigelingen met de neurologische sequela van prematuriteit te testen. Fretten zijn ideaal kandidaten voor het modelleren van de premature menselijk brein, omdat ze zijn geboren lissencephalic en ontwikkelen gyrencephalic hersenen postnatally. Bij de geboorte, Ferret hersenen ontwikkeling is vergelijkbaar met een 13 week menselijke foetus, met postnatale-dag (P) 17 kits beschouwd als gelijkwaardig zijn aan een zuigeling op 32 – 36 weken ‘ dracht. We beschrijven een blessure model in de P17 Ferret, waar de toediening van lipopolysaccharide wordt gevolgd door bilaterale cerebrale ischemie, hypoxie en hyperoxie. Dit simuleert de complexe interactie van langdurige ontsteking, ischemie, hypoxie, en oxidatieve stress ervaren in een aantal neonaten die hersenletsel ontwikkelen. Gewonde dieren vertonen een bereik van ernst van het bruto letsel, met morfologische veranderingen in de hersenen, waaronder vernauwing van meervoudige corticale Gyri en geassocieerde sulci. Gewonde dieren tonen ook vertraagde reflex ontwikkeling, langzamer en meer variabele snelheid van motoriek in een geautomatiseerde catwalk, en verminderde verkenning in een open veld. Dit model biedt een platform voor het testen van putatieve therapieën voor zuigelingen met neonatale encefalopathie geassocieerd met ontsteking en HI, studie mechanismen van letsel die de corticale ontwikkeling beïnvloeden en onderzoeken trajecten die veerkracht bieden in niet-beïnvloedde dieren.
Introduction
Er is een voortdurende behoefte aan grote diermodellen die de pathofysiologie van prematuriteit en perinatale hypoxie-ischemie weerspiegelen, waarbij therapeutische interventies voor zuigelingen kunnen worden getest. In 2017 werd 9,93% van de in de Verenigde Staten geboren 382.726 zuigelingen geboren en 84% van deze zuigelingen werd geboren tussen 32 en 36 weken van de dracht1. Bij premature zuigelingen is perinatale blootstelling aan infectie of ontsteking gebruikelijk, waarbij maternale immuunactivering als gevolg van virale of bacteriële pathogenen premature arbeid kan initiëren. Postnataal, premature zuigelingen lopen een hoog risico op vroege of late aanvang sepsis2. Premature zuigelingen ervaren ook vaak perioden van hypoxie, hypotensie en hyperoxie als gevolg van hun onrijpe cardiorespiratoire systeem, verhoogde zuurstofspanning in de atmosfeer ten opzichte van die ervaren in utero, en iatrogene blootstellingen. Bovendien, bij premature zuigelingen, antioxidant verdediging zijn onvolgroeid3 en pro-apoptotic factoren zijn natuurlijk upregulated4. Oxidatieve stress en celdood leiden tot de activering van het immuunsysteem en de neuro ontsteking. Deze gecombineerde factoren worden verondersteld om bij te dragen aan de ontwikkeling en de fysiologische kwetsbaarheid van de hersenen, en resulteren in of verergeren de encefalopathie geassocieerd met slechte ontwikkelingsresultaten bij premature zuigelingen5,6,7.
Als gevolg van de fysieke en ontwikkelingsovereenkomsten die het fret-brein deelt met het menselijk brein, is de fret een aantrekkelijke soort om hersenletsel te modelleren8,9,10,11,12. Fretten zijn ook ideaal kandidaten om het premature menselijk brein te modelleren, omdat ze zijn geboren lissencephalic en ontwikkelen gyrencephalic hersenen postnatally, die voorziet in een venster waarin de ontwikkelende hersenen te beledigingen die nabootsen die ervaren door zuigelingen geboren premature. Bij de geboorte, Ferret hersenen ontwikkeling is vergelijkbaar met een 13 week menselijke foetus, met postnatale-dag (P) 17 kits beschouwd als gelijkwaardig zijn aan een zuigeling op 32 – 36 weken van de dracht13.
Onze groep heeft onlangs een model van zeer premature (< 28 weken dracht) hersenletsel in de P10 Ferret gepubliceerd door het combineren van inflammatoire sensibilisatie met Escherichia coli lipopolysaccharide (LPS) met daaropvolgende blootstelling aan hypoxie en hyperoxia12. In het volgende protocol beschrijven we nu een laat premature model in de P17 Ferret, waar LPS sensibilisatie wordt gevolgd door bilaterale cerebrale ischemie, hypoxie en hyperoxie. Dit resulteert in meer ernstige verwondingen in een subgroep van dieren, en meer nauwkeurig modellen de complexe interactie van langdurige ontsteking, ischemie, hypoxie, en oxidatieve stress ervaren in een aantal premature zuigelingen die hersenletsel ontwikkelen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vanwege de fysieke en ontwikkelingsovereenkomsten die tussen het brein van de fret en het menselijk brein worden gedeeld, wordt de Ferret steeds vaker gebruikt om zowel volwassen als ontwikkelings hersenletsel te modelleren. 8,9,10,11,12. Echter, onderzoek tot op heden suggereert dat het Ferret brein is zowel resistent tegen initiële letsel als zeer plastic, …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De ontwikkeling van het model werd gefinancierd Bill en Melinda Gates Foundation, evenals door 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).
