דוגמנות אנצפלופתיה של פגות שימוש בהריון היפוקסיה-איסכמיה עם lipopolysaccharide Intra-השפיר בחולדות
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
אנצפלופתיה של פגות (EOP) היא מונח המקיף את מערכת העצבים המרכזית (CNS) מומים הקשורים ללידה מוקדמת. למטרות translational מראש הטובות ביותר ולחשוף אסטרטגיות טיפוליות חדשות לפגיעה במוח הקשורים ללידה מוקדמת, מודלים פרה של EOP חייבים לכלול מנגנונים דומים פציעה העולמית לפני הלידה נצפה בבני אדם וכרוך במספר רכיבים של המערכת האימהית-שליה-העוברית. באופן אידיאלי, צריכים לייצר מודלים ספקטרום דומה של ליקויים תפקודיים בבעלי החיים הבוגרים ולשחזר היבטים רבים של הפתופיזיולוגיה. לחקות פגמים אנושיים מערכתי שליה זלוף, underperfusion שליה ו / או chorioamnionitis קשורים לדלקת נגרם לפתוגן בלידה מוקדמת מוקדם, פיתחנו מודל של היפוקסיה-איסכמיה לפני הלידה החולפת המערכתית (תשי"ב) בשילוב עם lipopolysaccharide תוך מי שפיר (LPS). בחולדות ספראג Dawley הריון, תשי"ב באמצעות o חסימת עורק הרחםn יום עוברי 18 (E18) גורם פגם underperfusion שליה מדורג קשור עם העלייה בניזק במערכת העצבים המרכזית בעובר. בשילוב עם זריקות LPS פנים-השפיר, דלקת שליה היא גדלה ונזק במערכת העצבים המרכזית הוא מורכב עם חריגות עניין, הליכה והדמיה לבנה קשורות. העלבונות טרום לידה הקורס הכנה ללידה תשי"ב ותשי"ב + LPS לפגוש כמה מהקריטריונים של מודל EOP כולל משחזר את העלבון תוך רחמי, גורמים לאובדן של תאי עצב, oligodendrocytes ואקסונים, אובדן subplate, וליקויים תפקודיים בבעלי חיים מבוגרים המחקים אלו שנצפו בילדים שנולדו מאוד פגים. יתר על כן, מודל זה מאפשר לנתיחה של דלקת נגרמת על ידי סוגים מסתעפים פציעה.
Introduction
עם מעל 12% מתינוקות שנולדו בארצות הברית לפני גיל הריון מוערך 37 שבועות 1, פגיעה מוחית סביב הלידה (PBI) מפגות היא גורם משמעותי לנכות קבועה. PBI מפגות, אנצפלופתיה מכונה גם של פגות (EOP), משפיעה על כל מערכת העצבים המרכזית (CNS). פגיעה במערכת העצבים המרכזית לעתים קרובות מתחילה ברחם, ומחריפה על ידי תהליכים טרום-לידתי כולל chorioamnionitis וסיבוכים לאחר לידה כגון היפוקסיה ואלח דם. PBI מעלבונות מערכתיים משנה התפתחות נוירולוגית ומוביל לשיתוק מוחין, אפילפסיה, עיכוב קוגניטיבי והפרעות נוירו-פסיכיאטריות רבות המשפיעים על ויסות רגשית, זיכרון ותפקוד ביצועי 1,2. למרות התקדמות רבה נעשתה, הבנה מוגבלת שרידים איך ההשלכות התאיות ומולקולריות של פגיעה במערכת העצבים המרכזית מלידה מוקדמת לתרגם למספר רב של השלכות נוירולוגיות בילדים שנולדו פגים. זה חוסר ידע האחוריERS אבחון בזמן אמת של חומרת פציעה של מערכת העצבים המרכזית ומינון הודיע התערבויות המתעוררות. בנוסף, אסטרטגיות טיפוליות מתאים לגיל לאוכלוסיית חולים זו פגיעה להישאר חמקמקות.
דלקת תוך רחמי היא מאוד נפוצה בפגות קיצוניות וכרוך מפל דלקתי עוברי-אימהי-שליה מורכבת 3. הזיהום תוך רחמי הוא לעתים קרובות תת-קליני. ממצאי שליה ספציפיים בקנה אחד עם דלקת חריפה, או chorioamnionitis היסטולוגית, הם גורמים עיקריים לתגובה הדלקתית העוברית והם ביחד עם פגיעה מוחית הקשורים לידה מוקדמת 3-5. ואכן, יש התגובה הדלקתית העוברית השלכות קליניות מובהקות לתוצאות ארוכת טווח מלידה מוקדמת. תינוקות שהם קטנים לגיל הריון (SGA) או שחווים זיהום פגיעים במיוחד ל3,4 גירעונות נוירולוגיות. Chorioamnionitis היא לידה מוקדמת אבחנה פתולוגית טיפוסית הבאה <sup> 6,7, ובדיקה היסטולוגית מגלה סימנים של דלקת ב- 70% של שליות מתינוקות שנולדו פגים מאוד 4. יתר על כן, chorioamnionitis קשור עם ליקוי קוגנטיבי בשנתי 8. ראיות של כלי דם האימהי underperfusion בשליה של תינוקות שנולדו פגים מאוד קשורות גם עם שיתוק מוחין בילדות 9. ההשפעה סינרגיסטית של פגמי זלוף chorioamnionitis והשליה מודגמת היטב על ידי גבוה להפליא הסיכון של תוצאות נוירולוגיות חריגות באוכלוסיית חולים זו בגיל שנתי 10,11.
לחקות פגמים אנושיים מערכתיים זלוף השליה וchorioamnionitis קשורים לדלקת נגרם לפתוגן, פיתחנו מודל של היפוקסיה-איסכמיה לפני הלידה החולפת המערכתית (תשי"ב) בשילוב עם lipopolysaccharide תוך מי שפיר (LPS) בחולדות. המטרה שלנו הייתה להתאים המודל של תשי"ב לבד בחולדות 12-16 לכלול דלקת תוך רחמי,כדי להקל על מודלים פרה-קליניים של פגיעה במערכת העצבים המרכזית הקשורים ללידה מוקדמת. תשי"ב לבד חשף אובדן מתמשך של תאי שושלת oligodendroglial, תאי עצב בקליפת המוח, גדל מוות של תאים, ורמות גבוהות ציטוקינים פרו-דלקתיות, עם מרווחי איסכמי מתקדמים המובילים לדפוס מדורג של פגיעה בקנה אחד עם פגיעה המוחית לפני הלידה 16. גם שינויים במרכיבי איסכמי של מודל זה הוכיחו גירעונות בקידוד זיכרון, קצר וזיכרון לטווח ארוך ושינויים קלים בשרירים ושלד חולדות כשהם מזדקנים 17-19. ואכן, יש לנו הפגנו בעבר כי השילוב של תשי"ב + LPS משחזר סימני ההיכר של pathophysiological EOP, כוללים oligodendrocyte ואובדן עצבי, פגיעת axonal, דלקת סלולרית והפרעות תפקודיות 20.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנצפלופתיה של פגות קשה לדגמן בבעלי חיים בגלל האינטראקציה המורכבת של אטיולוגיה, כמובן זמן התפתחות נוירולוגית, מורכבות של מערך רשת מוחי אנושי, חופפות מנגנונים של פגיעה, ופנוטיפים השונים של מערכת העצבים המרכזית מעליב באו לידי ביטוי בפגים אנושיים. EOP קשור נקודות תורפה ס?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים לדן Firl, כריס קורבט וג'סי Denson, PhD. מימון ניתן על ידי NIH NINDS R01 NS060765 לSR, P30 Cobre תכנית הפיילוט לLJ ותכנית חתימת בריאות הילד לLJ באוניברסיטת ניו מקסיקו.
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 .
