Modélisation encéphalopathie de prématurité Utilisation prénatale hypoxie ischémie avec un lipopolysaccharide intra-amniotique chez le rat
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
Encéphalopathie de prématurité (EOP) est un terme qui englobe le système nerveux central (SNC) anomalies associées à la prématurité. Pour meilleurs objectifs avance de translation et de découvrir de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les lésions cérébrales associées à la prématurité, des modèles précliniques de EoP doit inclure des mécanismes similaires de blessure mondiale prénatale observée chez les humains et d'impliquer plusieurs composants du système maternelle-placentaire et fœtale. Idéalement, les modèles devraient produire un spectre similaire de déficits fonctionnels chez l'animal mature et récapituler les multiples aspects de la physiopathologie. Pour imiter systémiques défauts humains placentaires de perfusion, underperfusion placentaire et / ou chorioamniotite associées à l'inflammation induite par un agent pathogène au début de la prématurité, nous avons développé un modèle de prénatale transitoire systémique hypoxie-ischémie (TSHI) combinée avec un lipopolysaccharide intra-amniotique (LPS). Dans rats Sprague-Dawley enceintes, via TSHI utérine occlusion de l'artère on jour embryonnaire 18 (E18) induit un défaut de underperfusion placentaire graduée associée à une augmentation des dommages du système nerveux central chez le fœtus. Lorsqu'il est combiné avec des injections de LPS intra-amniotique, l'inflammation placentaire est augmentée et les dommages du système nerveux central est mélangé avec de la substance blanche, la démarche et d'imagerie des anomalies associées. Prénatale tshi et TSHI + LPS insultes prénatales répondre à plusieurs des critères d'un modèle EoP y compris récapitulant l'insulte intra-utérine, provoquant la perte de neurones, les oligodendrocytes et les axones, la perte d'embase, et les déficits fonctionnels chez les animaux adultes qui imitent ceux observés chez les enfants nés extrêmement prématuré. En outre, ce modèle permet la dissection de l'inflammation induite par types de blessures divergentes.
Introduction
Avec plus de 12% des enfants nés aux États-Unis avant 37 semaines de gestation estimée 1 âge, périnatale lésion cérébrale (PBI) à partir de la prématurité est une cause importante d'invalidité permanente. PBI de prématurité, encéphalopathie également appelé de la prématurité (EOP), affecte l'ensemble du système nerveux central (SNC). Lésion du SNC commence souvent in utero, et est aggravée par les processus de soins prénatals, y compris les complications postnatales et chorioamniotite tels que l'hypoxie et la septicémie. PBI des insultes systémiques altère le développement neurologique et conduit à la paralysie cérébrale, l'épilepsie, retard cognitif et de nombreux troubles neuropsychiatriques touchant la régulation émotionnelle, la mémoire et les fonctions exécutives 1,2. Bien que beaucoup de progrès ont été réalisés, une compréhension limitée reste la façon dont les conséquences cellulaires et moléculaires de lésion du SNC de naissance prématurée se traduisent par la multitude de séquelles neurologiques chez les enfants qui sont nés avant terme. Ce manque de biche connaissancesERS diagnostic en temps réel des CNS gravité des blessures et le dosage informé de nouvelles interventions. En outre, les stratégies thérapeutiques adaptées à l'âge de cette population de patients vulnérables demeurent insaisissables.
L'inflammation intra-utérine est très commun dans l'extrême prématurité et implique une cascade inflammatoire materno-fœtale-placentaire complexe 3. Infection intra-utérine est souvent subclinique. Conclusions placentaires spécifiques compatibles avec une inflammation aiguë ou chorioamniotite histologique, sont des déterminants majeurs de la réponse inflammatoire du fœtus et coïncident avec les blessures du cerveau associée à la prématurité 3-5. En effet, la réponse inflammatoire du fœtus a des implications cliniques distinctes pour les résultats à long terme de la prématurité. Les nourrissons qui sont petits pour l'âge gestationnel (SGA) ou qui éprouvent infection sont extrêmement vulnérables aux déficits neurologiques 3,4. Chorioamniotite est une naissance prématurée diagnostic pathologique typique suivante <sup> 6,7, et l'examen histologique révèle des signes d'inflammation dans 70% des placentas de bébés nés très prématurés 4. En outre, la chorioamnionite est associée à une déficience cognitive à deux ans 8. Preuve de underperfusion vasculaire maternelle dans le placenta des nourrissons nés extrêmement prématurés est également associée à la paralysie cérébrale dans l'enfance 9. L'impact synergique de chorioamniotite et placentaires défauts de perfusion est bien illustrée par le risque élevé de résultats remarquablement neurologiques anormaux dans cette population de patients à deux ans de 10,11 ans.
Pour imiter les défauts systémiques de perfusion placentaire humaines et chorioamniotite associées à l'inflammation induite par un agent pathogène, nous avons développé un modèle de prénatale transitoire systémique hypoxie ischémie (TSHI) combinée avec un lipopolysaccharide intra-amniotique (LPS) chez le rat. Notre objectif était d'adapter notre modèle de TSHI seul rats 12-16 pour inclure une inflammation intra-utérine,pour faciliter la modélisation préclinique de lésion du SNC associée à la prématurité. Seul TSHI a révélé la perte persistante de cellules de la lignée oligodendrogliales, les neurones corticaux, l'augmentation de la mort cellulaire, et des niveaux élevés de cytokines pro-inflammatoires, avec des intervalles ischémiques progressives conduisant à un modèle gradué de blessures compatibles avec lésion cérébrale prénatale 16. Les modifications des composants ischémiques de ce modèle ont également démontré des déficits de codage de la mémoire, et la mémoire à court terme et à long altérations musculo-squelettiques chez le rat doux car ils vieillissent 17-19. En effet, nous avons déjà démontré que la combinaison de TSHI + LPS récapitule les caractéristiques physiopathologiques de EoP, y compris les oligodendrocytes et la perte neuronale, lésions axonales, l'inflammation cellulaire et des anomalies fonctionnelles 20.
Protocol
Representative Results
Discussion
Encéphalopathie de prématurité est difficile de modéliser des animaux en raison de l'interaction complexe des étiologies, évolution dans le temps du développement neurologique, la complexité de la formation du réseau cérébral humain, les mécanismes de blessures qui se chevauchent, et les divers phénotypes de SNC insulte manifeste chez les prématurés humaines. EoP est associé à des vulnérabilités spécifiques de type cellulaire (c.-à-oligodendrocytes immatures) 21, ainsi que le…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs sont reconnaissants à Dan Firl, Chris Corbett et Jesse Denson, PhD. Le financement a été fourni par le NIH NINDS R01 NS060765 à SR, le P30 Programme pilote Cobre à LJ et le Programme de santé de l'enfant Signature à LJ à l'Université du Nouveau-Mexique.
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 |
Referências
- 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 .
