النمذجة دماغي من الولادة المبكرة قبل الولادة عن طريق نقص الأكسجة-نقص التروية مع lipopolysaccharide في البينية الذي يحيط بالجنين في الفئران
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
التهاب الدماغ الخداج (EOP) هو المصطلح الذي يشمل نظام العصبي المركزي (CNS) التشوهات المرتبطة الولادة المبكرة. ولأفضل الأهداف مسبقا متعدية وكشف استراتيجيات علاجية جديدة لإصابات الدماغ المرتبطة الولادة المبكرة، يجب نماذج ما قبل السريرية من EOP تشمل آليات مماثلة الإصابة العالمية قبل الولادة لوحظ في البشر وإشراك عناصر متعددة من النظام الأم والجنين المشيمة،. من الناحية المثالية، ينبغي أن نماذج تنتج مجموعة مماثلة من عجز وظيفي في الحيوان ناضجة وألخص جوانب متعددة من الفيزيولوجيا المرضية. لتقليد النظامية عيوب الإنسان المشيمة نضح، underperfusion المشيمة و / أو شريوأمنيونيتيس المرتبطة التهاب الناجم عن العوامل المسببة للأمراض في أوائل الولادة قبل الأوان، وضعنا نموذجا للما قبل الولادة عابرة النظامية نقص الأكسجة نقص التروية (TSHI) جنبا إلى جنب مع lipopolysaccharide في داخل الأمنيوسي (LPS). في الحوامل الفئران سبراغ داولي، TSHI عبر الرحم انسداد الشريان سن يوم الجنينية 18 (E18) يؤدي الى خلل underperfusion المشيمة متدرج المرتبطة بزيادة الضرر CNS في الجنين. عندما يقترن حقن LPS البينية الذي يحيط بالجنين، يتم زيادة التهاب المشيمة وتفاقم الضرر CNS مع الأبيض المرتبطة المسألة، مشية والتصوير شذوذ. قبل الولادة TSHI وTSHI + LPS الشتائم قبل الولادة تلبية العديد من المعايير لنموذج EOP بما في ذلك تلخص الإهانة داخل الرحم، مما تسبب في فقدان الخلايا العصبية، الخلايا قليلة التغصن والمحاور، وفقدان subplate، وعجز وظيفي في الحيوانات البالغة التي تحاكي تلك التي لوحظت في الأطفال الذين يولدون للغاية قبل الأوان. وعلاوة على ذلك، وهذا النموذج يسمح للتشريح الالتهاب الناجم عن أنواع الإصابات المختلفة.
Introduction
مع أكثر من 12٪ من الرضع الذين ولدوا في الولايات المتحدة قبل سن 37 أسبوعا يقدر الحمل 1، إصابات الدماغ فترة ما حول الولادة (PBI) من الخداج هو سببا مهما من أسباب العجز الدائم. PBI من الخداج، اعتلال الدماغ يطلق عليه أيضا من الخداج (EOP)، ويؤثر على الجهاز العصبي المركزي بأكمله (CNS). إصابة الجهاز العصبي المركزي غالبا ما يبدأ في الرحم، وتزداد سوءا بسبب عمليات ما قبل الولادة بما في ذلك شريوأمنيونيتيس ومضاعفات ما بعد الولادة مثل نقص الأكسجين وتعفن الدم. PBI من الشتائم النظامية يغير من النمو العصبي ويؤدي إلى الشلل الدماغي، الصرع، التأخر المعرفي والعديد من الاضطرابات العصبية والنفسية التي تؤثر على التنظيم العاطفي والذاكرة وظيفة تنفيذية 1،2. على الرغم من إحراز تقدم كبير، لا يزال هناك فهم محدود لكيفية العواقب الخلوية والجزيئية من إصابة الجهاز العصبي المركزي من الولادة المبكرة تترجم إلى العديد من عقابيل عصبية في الأطفال الذين يولدون قبل الأوان. هذا النقص في المعرفة هندالمتطلبات البيئية في الوقت الحقيقي تشخيص CNS شدة الإصابة والجرعات علم التدخلات الناشئة. بالإضافة إلى ذلك، لا تزال الاستراتيجيات العلاجية المناسبة للفئة العمرية لهذه الفئة من السكان المعرضين للخطر المريض بعيد المنال.
التهاب داخل الرحم هو شائع جدا في الخداج الشديد وينطوي على سلسلة التهابات الجنين-الأم والمشيمة معقدة 3. العدوى داخل الرحم غالبا ما يكون تحت الإكلينيكي. النتائج المشيمة محددة تتفق مع التهاب حاد، أو شريوأمنيونيتيس] نسيجية، هي المحددات الرئيسية للاستجابة التهابية الجنين وهي تتزامن مع إصابات الدماغ المرتبطة الولادة المبكرة 3-5. والواقع أن الاستجابة الالتهابية الجنين لها آثار إكلينيكية واضحة المعالم لتحقيق نتائج على المدى الطويل من الولادة المبكرة. الرضع الذين صغير بالنسبة لسن الحمل (SGA) أو الذين يعانون من عدوى معرضون بشكل استثنائي إلى عجز عصبي 3،4. شريوأمنيونيتيس هي الولادة قبل الأوان التشخيص المرضي النموذجية التالية <sup> 6،7، والفحص النسيجي يكشف عن علامات الالتهاب في 70٪ من مشيمة من مواليد الخدج جدا (4). وعلاوة على ذلك، يرتبط شريوأمنيونيتيس مع الضعف الادراكي في عامين 8. ويرتبط دليل على underperfusion الأوعية الدموية الأمهات في المشيمة من الأطفال الذين يولدون قبل الأوان للغاية أيضا مع الشلل الدماغي في مرحلة الطفولة 9. تأثير التآزر من شريوأمنيونيتيس والمشيمة العيوب نضح ويتضح جيدا من خطر ارتفاع ملحوظ في نتائج عصبية غير طبيعية في هذه الفئة من السكان المريض في الثانية من العمر 10،11.
لتقليد النظامية عيوب المشيمة نضح الإنسان وشريوأمنيونيتيس المرتبطة الناجم عن العوامل المسببة للأمراض الالتهاب، وضعنا نموذجا للما قبل الولادة عابرة النظامية نقص الأكسجة نقص التروية (TSHI) جنبا إلى جنب مع lipopolysaccharide في داخل الأمنيوسي (LPS) في الفئران. كان هدفنا على التكيف نموذجنا للTSHI وحدها في الفئران 12-16 لتشمل التهاب داخل الرحم،لتسهيل النمذجة قبل السريرية للإصابة الجهاز العصبي المركزي المرتبطة الولادة المبكرة. TSHI كشفت وحده الخسارة المستمرة لخلايا النسب oligodendroglial، العصبونات القشرية، وزيادة موت الخلايا، ورفع مستويات خلوى الموالية للالتهابات، مع فترات الدماغية تقدمية مما أدى إلى نمط متدرج الإصابة بما يتفق مع إصابات الدماغ قبل الولادة 16. وقد أثبتت تعديلات على مكونات الدماغية من هذا النموذج أيضا العجز في ترميز الذاكرة، قصيرة والذاكرة طويلة المدى والتعديلات العضلات والعظام خفيفة في الفئران مع تقدمهم في السن 17-19. في الواقع، لقد أثبتنا سابقا أن الجمع بين TSHI + LPS يلخص بصمات المرضية من EOP، بما في ذلك دبقية قليلة التغصن وفقدان الخلايا العصبية، والإصابة محور عصبي، التهاب الخلوية والتشوهات الوظيفية 20.
Protocol
Representative Results
Discussion
التهاب الدماغ الخداج من الصعب نموذج في الحيوانات بسبب التفاعل المعقد بين مسببات، دوام النمو العصبي، تعقيد تشكيل شبكة الدماغي البشري، وتداخل آليات الإصابة، والظواهر المتنوعة للCNS شتائم اضحة في الخدج الإنسان. ويرتبط EOP مع نقاط الضعف المحددة الخلية من نوع (أي قليل…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
المؤلفون ممتنون لدان Firl، كريس كوربيت وجيسي Denson، دكتوراه. تم توفير التمويل من قبل المعاهد الوطنية للصحة NINDS R01 NS060765 إلى ريال، وبرنامج P30 كوبر التجريبية لLJ وبرنامج التوقيع صحة الطفل إلى LJ في جامعة نيو مكسيكو.
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 .
