Un modelo de hurón de lesión cerebral hipoxic-isquémica tardía con sensibilidad tardía
Summary
El método describe la lesión cerebral hipoxic-isquémica e hiperoxica con sensibilidad a la inflamación-sensificada e hiperoxica en el hurón P17 para modelar la interacción compleja entre la inflamación prolongada y la lesión cerebral oxidativa experimentada en una serie de bebés prematuros tardíos.
Abstract
Existe una necesidad continua de modelos clínicamente relevantes de infección perinatal e hipoxia-isquemia (HI) en los que probar intervenciones terapéuticas para lactantes con la secuencia neurológica de prematuridad. Los hurones son candidatos ideales para modelar el cerebro humano prematuro, ya que nacen lissencéfalos y desarrollan cerebros gyrencéfalos postnatalmente. Al nacer, el desarrollo cerebral del hurón es similar a un feto humano de 13 semanas, con 17 kits del día postnatal (P) considerados equivalentes a un bebé a las 32-36 semanas de gestación. Describimos un modelo de lesión en el hurón P17, donde la administración de lipopolisacáridos es seguida por isquemia cerebral bilateral, hipoxia e hiperoxia. Esto simula la interacción compleja de inflamación prolongada, isquemia, hipoxia, y estrés oxidativo experimentado en un número de neonatos que desarrollan lesión cerebral. Los animales lesionados muestran una serie de gravedad grave de lesiones, con cambios morfológicos en el cerebro incluyendo el estrechamiento de múltiples gyri corticales y sulci asociados. Los animales lesionados también muestran un desarrollo reflejo lento, una velocidad de locomoción más lenta y variable en una pasarela automatizada, y una disminución de la exploración en un campo abierto. Este modelo proporciona una plataforma en la que probar terapias putativas para lactantes con encefalopatía neonatal asociada con inflamación e HI, estudiar mecanismos de lesión que afectan el desarrollo cortical e investigar vías que proporcionan resiliencia en animales no afectados.
Introduction
Existe una necesidad constante de modelos animales grandes que reflejen la fisiopatología de la prematuridad y la hipoxia-isquemia perinatal en las que se puedan probar intervenciones terapéuticas para lactantes. En 2017, el 9,93% de los 382.726 bebés nacidos en los Estados Unidos nacieron prematuros, y el 84% de estos bebés nacieron entre 32 y 36 semanas de gestación1. En los bebés prematuros, la exposición perinatal a la infección o inflamación es común, donde la activación inmune materna debido a patógenos virales o bacterianos puede iniciar el trabajo de parto prematuro. Postnatalmente, los bebés prematuros corren un alto riesgo de padecer sepsis2de inicio temprano o tarde. Los bebés prematuros también experimentan con frecuencia períodos de hipoxia, hipotensión e hiperoxia debido a su sistema cardiorrespiratorio inmaduro, elevada tensión de oxígeno en la atmósfera en relación con las experimentadas en el útero, y exposiciones iatrogénicas. Además, en los bebés prematuros, las defensas antioxidantes son inmaduras3 y los factores pro-apoptóticos son naturalmente regulados4. El estrés oxidativo y la muerte celular conducen a la activación del sistema inmunológico y la neuroinflamación. Se cree que estos factores combinados contribuyen a la vulnerabilidad del cerebro en el desarrollo y fisiológica, y dan lugar o exacerban la encefalopatía asociada con resultados de desarrollo deficientes en los bebés prematuros5,6,7.
Debido a las similitudes físicas y de desarrollo que el cerebro hurón comparte con el cerebro humano, el hurón es una especie atractiva en la que modelar lesión cerebral8,9,10,11,12. Los hurones también son candidatos ideales para modelar el cerebro humano prematuro, ya que nacen lissencéfalos y desarrollan cerebros gyrencéfalos postnatalmente, lo que proporciona una ventana en la que exponer el cerebro en desarrollo a insultos que imitan a los experimentados por los bebés nacidos prematuros. Al nacer, el desarrollo cerebral del hurón es similar a un feto humano de 13 semanas, con 17 kits del día postnatal (P) considerados equivalentes a un bebé a las 32–36 semanas de gestación13.
Nuestro grupo ha publicado recientemente un modelo de lesión cerebral extremadamente prematura (<28 semanas) en el hurón P10 combinando sensibilización inflamatoria con Escherichia coli lipopolysaccharide (LPS) con posterior exposición a la hipoxia y la hiperoxia12. En el siguiente protocolo, ahora describimos un modelo prematuro tardío en el hurón P17, donde la sensibilización lpS es seguida por isquemia cerebral bilateral, hipoxia e hiperoxia. Esto resulta en lesiones más graves en un subconjunto de animales, y más de cerca modela la interacción compleja de inflamación prolongada, isquemia, hipoxia, y estrés oxidativo experimentado en un número de bebés prematuros que desarrollan lesión cerebral.
Protocol
Representative Results
Discussion
Debido a las similitudes físicas y de desarrollo compartidas entre el cerebro hurón y el cerebro humano, el hurón se utiliza cada vez más para modelar lesiones cerebrales adultas y del desarrollo. 8,9,10,11,12. Sin embargo, la investigación hasta la fecha sugiere que el cerebro hurón es a la vez resistente a la lesión inicial, así como altamente plást…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El desarrollo del modelo fue financiado por bill y Melinda Gates Foundation, así como por la concesión de NIH 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).
