Um Modelo de Leitão Neonatal encefalopatia hipóxico-isquêmica

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

Asfixia durante o parto, o que faz com encefalopatia hipóxico-isquêmica (HIE), responde por 0,66 milhões de mortes no mundo a cada ano, cerca de um quarto dos 2,9 milhões de mortes neonatais no mundo. Modelos animais de HIE têm contribuído para a compreensão da fisiopatologia no HIE, e puseram em evidência o processo dinâmico que ocorrer em lesão cerebral por asfixia perinatal. Assim, os estudos em animais sugeriram um tempo de janela para estratégias de tratamento pós-insulto. A hipotermia foi testado como um tratamento para HIE em modelos pdiglet e subsequentemente mostrado eficaz em estudos clínicos. Variações do modelo ter sido aplicada no estudo de métodos neuroprotectores adjuvantes e estudos de leitões de xénon e melatonina levaram a fase clínica I e II ensaios ^1,2. O modelo porquinho HIE é ainda utilizado para estudos hemodinâmicos e resuscitation- neonatal, bem como em investigações de hipoxia cerebral em um nível celular. No entanto, é um desafio técnicomodelo e variações no protocolo pode resultar ou demasiado leves ou demasiado grave lesão cerebral. Neste artigo, demonstramos os procedimentos técnicos necessários para o estabelecimento de um modelo estável de leitão HIE neonatal. Em primeiro lugar, o leitão recém-nascido (<24 horas de idade, peso médio 1500 g) é anestesiado, entubado, e monitorados em uma instalação comparável à encontrada em uma unidade de terapia intensiva neonatal. Hipóxia-isquémia global é induzida através da redução da fracção de oxigénio inspiratório para atingir hipoxia global, isquemia através de hipotensão e um traço EEG de amplitude plana integrada (aEEG) indicativo de hipoxia cerebral. A sobrevivência é promovida através do ajuste oxigenação de acordo com a resposta aEEG e pressão sanguínea. Lesão cerebral é quantificado pela histopatologia e ressonância magnética após 72 horas.

Introduction

A asfixia perinatal é uma condição aguda e freqüentemente imprevisíveis associado com encefalopatia hipóxico-isquêmica (HIE). O objetivo geral deste protocolo é demonstrar um modelo de sobrevivência dos leitões de encefalopatia hipóxico-isquêmica perinatal. Este modelo pode ser usado para investigar o efeito de vários graus de hipóxia-isquémia no cérebro neonatal e de tratamentos experimentais em neuropatologia, imagem por ressonância magnética e espectroscopia (MRI e de MRS) e biomarcadores em fluidos corporais tais como sangue, fluido cerebroespinal e urina . O modelo também se mostrou útil para investigar o sistema cardiovascular, sistema respiratório, do rim e do fígado, os quais são afectados em hipóxia-isquémia global.

A asfixia perinatal é o resultado de intraparto comprometida suprimento de oxigênio ou no período pós-parto imediato. Intraparto eventos hipóxico respondem por 0,66 milhões de mortes no mundo a cada ano, cerca de um quarto de 2,9 mill do mundoiões de óbitos neonatais em 2012 ^3. Em 2010 1.150.000 bebês foram estimados para ter desenvolvido encefalopatia neonatal após a asfixia nascimento ^4. HIE definido como encefalopatia em crianças nascidas depois de 34 semanas de gestação ocorre em 1-3 / 1.000 nascidos vivos ⁵ do mundo industrializado e até 8,5 / 1.000 nascidos vivos em países em desenvolvimento ^4. O risco de morte é 10-60%, e o risco de deficiência neurológica em sobreviventes de 30-100% ^6,7. 50,2 milhões de anos de vida ajustados por incapacidade (DALY) são atribuídos aos eventos de hipóxia intraparto ^4. Actualmente, o único tratamento que não seja favorável para HIE é a hipotermia pós-hipóxica. Assim, os avanços em procedimentos de diagnóstico e estratégias de tratamento são essenciais para melhorar a gestão dos HIE ^8.

Melhorias no prognóstico após asfixia e gestão de lesão cerebral neonatal perinatal são baseados em expandir o conhecimento dos mecanismos da doença subjacente umad tratamentos possíveis. Os modelos animais de HIE são particularmente úteis como eventos clínicos diferentes pode levar a HIE e a incidência em qualquer centro de nascimento único é baixo ^5. Uma configuração experimental em que a influência da variação biológica pode ser minimizado, é essencial ao testar as novas ferramentas de prognóstico e de diagnóstico e as estratégias de tratamento. Um modelo animal deve aproximar-se da situação clínica, tanto quanto possível, contribuindo, assim, para a compreensão dos mecanismos patológicos subjacentes da lesão induzida e o processo dinâmico envolvidos na doença e IT'S resultado ^9. Modelos animais de HIE neonatal incluíram um número de espécies, incluindo roedores, cordeiro e de suínos. Em comparação, a leitões recém-nascido tem maior semelhança com um recém-nascido humano com respeito ao tamanho, sistema cardiovascular ¹⁰ e maturidade cerebral no momento da entrega ^11,12. Monitoramento, instrumentação e avaliação de resultados no modelo de leitão é semelhante ao that usado no cuidado clínico de recém-nascidos com EHI. Por conseguinte, existe um elevado grau de tradução para o cuidado recém-nascido a partir deste modelo.

Leitões modelos de hipóxia perinatal e HIE são usados ​​por muitos grupos e variam em uma série de áreas ^13. De acordo com o objectivo da experiência, muita atenção deve ser dada à escolha de medicamentos método de indução de hipóxia-isquemia, método de controlar a duração e gravidade insulto, reanimação pós-insulto e cuidado, e avaliação dos resultados,. Para evitar viés de um projeto de estudo randomizado deve sempre ser utilizado em estudos de intervenção.

O método aplicado quando indução de lesão hipóxico-isquêmica é importante. Hipoxia global levando a HIE muitas vezes resulta em falha de múltiplos órgãos envolvendo cérebro, coração, pulmões, rins e fígado. Dependendo dos resultados avaliados, modelos de HIE deve basear-se em hipoxia e isquemia global, em vez de confiar em isquemia focal, por exemplo., Por ligação de carroartérias otid ^14. Um estudo recente aplicou uma combinação de hipóxia _(FiO2 12%) e a compressão da artéria carótida, mantendo a pressão sanguínea arterial média> 40 mm Hg ^2. Outro grupo hipóxia induzida global de 8% O ₂ até que o excesso de base negativa> 20 mmol / L ou a pressão arterial (PAM) <15 mm Hg dizer, e se sacrificaram os animais em 4 h ^15. A hipoxia foi também titulado pelo débito cardíaco (a 30-40% da linha de base), a PSM (a 30-35 mm Hg) e o pH arterial (6,95-7,05) ^16.

Todos os modelos de hipóxia-isquemia global titulado por aEEG supressão semelhante à apresentada no presente relatório, têm demonstrado que é clinicamente encefalopatia, electrofisiologicamente, e neuropatologicamente comparável à condição encontrada no bebê asfixiado termo ^17,18.

O grau de HIE induzida é essencial. Um modelo animal útil de HIE também deve permitir o teste do novo diagnóstico procedimentos e opções de tratamento. Para permitir isso, os modelos devem induzir HIE moderada onde há um potencial tratamento como lesão cerebral grave, com pouco ou nenhum potencial tratamento seria menos relevante ao avaliar novos tratamentos. A tolerância à hipóxia varia consideravelmente entre os animais de teste. Estudos anteriores mostraram que uma lesão cerebral mais consistente pode ser conseguida e que mais animais sobreviver ^17,19 por individualizar a hipoxia induzida de acordo com a resposta de cada leitão cerebral avaliada pela amplitude integrado electroencefalográfica (aEEG) em vez de utilizar um conjunto FiO valor ₂ ao longo do evento hipóxico. A duração da supressão aEEG se correlaciona com o grau de lesão cerebral, com algumas alterações histopatológicas em <20 min a supressão aEEG convulsões graves e crescentes em> 45 min supressão aEEG. Uma revisão recente de tratamentos neuroprotetores para HIE identificou a necessidade de modelos de sobrevivência permitindo meas resultado comportamentalUres em modelos animais ^20.

Existem inúmeras vantagens do modelo leitão HIE apresentados. Baseia-se uma espécie em que os resultados são altamente propensos a traduzir a fisiologia humana. Modelos de hipóxia-isquemia global falência de múltiplos órgãos e titulação de hipóxia-isquemia por aEEG induz um grau consistente de lesão cerebral com desfechos clínicos relevantes de sobrevivência de tal forma que os biomarcadores, ressonância magnética e comportamento pode ser avaliado em momentos relevantes.

Leitão modelos de asfixia perinatal e HIE não só contribuiu de forma significativa para uma visão atual para HIE fisiopatologia, mas também têm precedido com sucesso os ensaios clínicos, em última análise, resultando em novos tratamentos em seres humanos. Estudos modelo de leitões desempenhou um papel chave no estabelecimento de hipotermia como um tratamento para HIE ^21, e são utilizados na investigação reanimação neonatal ^22. Vários grupos têm usado modelos de leitões ao realizar pesquisa dentro asfixia e HIE, umd estudos incluem hipotermia ^23, hormônio alfa-melanócito-estimulante ^24, parada cardíaca ^25, a tirosina hidroxilase ^26, exposição repetida hipóxico ^27, a atividade do receptor NMDA ^14, e espectroscopia de infravermelho próximo ^28.

O modelo de HIE leitão apresentada neste relatório é tecnicamente desafiador para trabalhar, como pequenos ajustes durante o curso do processo pode resultar em demasiado branda ou muito grave lesão cerebral ^29,2. Descobrimos que a literatura existente carecia de detalhes suficientes para reproduzir modelos previamente publicados. Assim, nós aqui demonstrar cada etapa dos procedimentos técnicos necessários para o estabelecimento de um leitão modelo de sobrevida de 72 horas neste relatório, permitindo aos investigadores para estabelecer este modelo avançado para o estudo do HIE.

Protocol

O presente protocolo foi aprovado pela Inspecção das Experiências com Animais da Dinamarca. Todos os animais de teste foram anestesiados durante os procedimentos. A reprodução deste protocolo deve ser realizado em conformidade com a ética e orientações nacionais de bem-estar animal, e aprovado por comitês de ética locais. 1. Os animais Leitões da raça Landrace Dinamarquês <24 horas de idade, pesando aproximadamente 1.500 – 2.000 g. …

Representative Results

Os efeitos da hipóxia-isquémia no cérebro que ocorrem durante o insulto induzida são documentados por gravar o rastreio aEEG. Um representante aEEG traço é mostrado na Figura 6. Figura 6. Representante traço aEEG. Baixa amplitude devido à hipóxia-isquemia. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52454/52454fig6large.jpg" target="_blan…

Discussion

Devido à sua complexidade, o modelo descrito só pode ser implementada em instalações credenciadas e com experiência em pesquisa animal. Aprovação por comitês de ética locais deve ser obtida antes do início dos experimentos, e bem-estar animal ideal deve ser garantida em todos os momentos. Como o modelo baseia-se na sobrevivência dos animais do teste, é importante que um ambiente estéril é mantida durante procedimentos invasivos para prevenir infecções.

A escolha da anestesia …

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