En råtta modell av Mild intrauterin Hypoperfusion med Microcoil stenos
Summary
Mild intrauterin hypoperfusion producerades av njurartärstenos med metall microcoils virad runt uterin och ovarial artärerna hos råttor på embryonala dag 17. Detta förfarande producerade prenatal hypoperfusion och intrauterin tillväxt begränsning.
Abstract
Intrauterin hypoperfusion/ischemi är en av de viktigaste orsakerna till intrauterin/fostrets tillväxt begränsning, prematur förlossning och låg födelsevikt. De flesta studier av detta fenomen har utförts i antingen modeller med svår intrauterin ischemi eller modeller med gradient grad av intrauterin hypoperfusion. Ingen studie har utförts i en modell på enhetliga mild intrauterin hypoperfusion (MIUH). Två modeller har använts för studier av MIUH: en modell baserad på suturen ligering av endera sidan av arteriell arcade bildade med uterin och ovarial artärerna och en övergående modell baserat på klippning bilaterala cystor artärer och aorta med patency. Dessa två gnagare modeller av MIUH har vissa begränsningar, t.ex. inte alla foster utsätts för MIUH, beroende på deras position i livmoderns horn. I vår MIUH modell utsätts alla foster för en jämförbar nivå av intrauterin hypoperfusion. MIUH uppnåddes genom mild stenos av alla fyra artärer utfodring livmodern, dvs bilaterala uterin och ovarial artärerna.
Arteriell stenos förmåddes av metall microcoils virad runt utfodring artärerna. Producera arteriell stenos med microcoils som tillät oss att styra, optimera och reproducera minskat blodflöde med mycket liten variabilitet och en låg dödlighet, vilket möjliggör noggrann utvärdering. När microcoils med en inre diameter på 0,24 mm användes, blodflödet i både moderkakan och fostret var milt minskade (cirka 30% från nivån före stenos i moderkakan). Avkomma till vår MIUH modell visar tydligt långvariga förändringar i neurologiska, neuroanatomiska och beteendemässiga testresultat.
Introduction
Spädbarn med intrauterin tillväxt begränsning (Genanalys) (kallas även fostrets tillväxt begränsning) (födelse vikt < 10: e percentilen för gestationsålder), prematur förlossning (född på < 37: e graviditetsveckan) och/eller låg födelse vikt (< 2500 g) konto för nästan 10% av alla nyfödda 2,3. Många av dessa spädbarn närvarande med neurologiska problem såsom cerebral pares och utvecklingsstörningar (attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) och lärande störningar) 3,4,5. Dessa villkor har likheter och skillnader i deras etiologi och utfall. Etiologin till Genanalys är multifaktoriell och placenta insufficiens är associerad med intrauterin hypoperfusion anses vara den vanligaste orsaken i icke-avvikande foster 7. Etiologin till prematura är multifaktoriell samt korioamnionit är den vanligaste orsak 8.
Av milda intrauterin hypoperfusion (MIUH) påverkar hjärnans utveckling är oklart. För närvarande innebära tillgängliga djurmodeller av intrauterin hypoperfusion/ischemi främst antingen svår hypoperfusion eller lutning graden av hypoperfusion med eller utan reperfusion 9,10,11. I kliniska inställningar, men anses fall av MIUH vara långt mer frekventerar än de som rör sådana svåra förhållanden. De för närvarande tillgängliga modellerna av MIUH är en gnagare modell som inbegriper suturen ligering av antingen i livmodern eller äggstockarna artär och en gnagare modell som inbegriper klippning bilaterala cystor artärer och aorta med patency 12,13, 14,15,16,17. En av nackdelarna med dessa modeller är omfattande Inter fostret variabiliteten, alltifrån foster med djupgående hypoperfusion till foster med nästan intakt perfusion, beroende på fostret inom den arteriella arcade av kolesterolmetabolism position och ovariell artärer. En annan nackdel med dessa modeller är deras oförmåga att urskilja positionen för varje foster efter födseln. Därför kan inte forskare skilja svårighetsgraden av intrauterin hypoperfusion upplevs av en enskild valp efter dess födelse.
Vi har utvecklat en råtta modell av MIUH som involverar flera artär stenos 1. Inslagning metall mikro-spolar med en inre diameter på 0,24 mm runt äggstockar och livmoder artärerna orsakar stenos, men inte obstruktion, blodkärl (figur 1). Tillämpar dessa microcoils på de proximala delarna av alla artärer som försörjer livmodern, dvs bilaterala uterin och ovarial artärerna, embryonala dag 17 (motsvarande embryonala veckor 20-25 i människor 18) inducerar en betydande men mild minskning blodflödet till moderkakor och foster. Minskningarna i blodflöde efter spolar tillämpas till alla fyra artärer utfodring livmodern är till stor del desamma för varje moderkakan och fostret. Fostret dödligheten är mindre än 20%. Valparna föds via spontana arbete 1-2 dagar tidigare (embryonala dag 21-22) än normalt. Nästan alla valpar föds uppvisar betydligt låg födelsevikt vikter 1. Grå och vit substans volymer är minskade utan uppenbara vävnad skada 1. Pups presenterar med fördröjd förvärv av nyfödda reflexer, muskelsvaghet och förändrad spontan aktivitet 1. Denna modell härmar de kliniska tecken och symtom på barn födda för tidigt eller med Genanalys; barn född prematura uppvisar minskad grå och vit substans volym med eller utan vit substans skada 6, närvarande försenad milstolpar av neurologiska utveckling och kan uppvisa beteendeproblem såsom ADHD 3,5. barn med Genanalys uppvisar minimal neuroanatomiska förändringar, och har en ökad risk för försämrad neurologisk utveckling såsom motorisk och kognitiv försening 4,7. Prematura barn och Genanalys är olika förhållanden, men de två villkor som delar den grundläggande mekanismen, dvs förolämpningar till omogna hjärnor innan fullgången gestationsålder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den microcoil stenos av både äggstockar och livmoder artärerna i båda livmoderns horn producerar konsekvent och reproducerbart intrauterin hypoperfusion i alla moderkakor och foster. Nivån på hypoperfusion kan ändras med hjälp av microcoils med olika inre diametrar. Råttungar född från en dam som njurartärstenos har utförts med microcoils 0,24 mm i innerdiameter demonstrera Genanalys och för tidig födsel (se referens 1 för detaljer). Pups uppvisar neuroanatomiska och beteendemässiga förändringar som p?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av FY 2013 forskningsprogrammet utbyte mellan JSPS och CNRS, JSPS KAKENHI Grant nummer 26860858 och Narishige neurovetenskap forskningsstiftelsen. Vi tackar Drs. Mariko Harada-Shiba och Kyoko Shioya för bra diskussioner. Vi tackar Mari Furuta, Mutsumi Sakamoto, Ritsuko Maki och Dr Emi Tanaka för utmärkt tekniskt bistånd.
Materials
| Stereomicroscope | |||
| Isoflurane anesthesia machine | |||
| Anesthesia induction box | |||
| Heating pad | |||
| Diaper 30×40 cm | |||
| Depilatory foam or shaver | |||
| Iodine disinfectant solution | |||
| Gauze 10×20 cm | |||
| Surgical drape 45×45 cm with a round opening 5 cm in diameter | |||
| Spray bottle with ethanol for disinfection | |||
| Cotton swab | |||
| Forceps with large blunt tips | |||
| Forceps with angled fine tips | |||
| Scissors | |||
| Surgical scalpel, blade size is 27mm long (no.10, Axel, AS ONE Corporation, Osaka, Japan) | |||
| Surgical suture needle | |||
| Metal microcoils; inner diameter 0.24 mm, made from gold-coated steel (SAMINI Co. Ltd., Shizuoka, Japan) | |||
| Silk suture 4-0 | |||
| Sterile saline (0.9% sodium chloride) | |||
| Heating water bath | |||
| Plastic syringes (50ml) and needles (18G) |
Referências
- Ohshima, M., et al. Mild intrauterine hypoperfusion reproduces neurodevelopmental disorders observed in prematurity. Sci Rep. 6, 39377 (2016).
- Anderson, P., Doyle, L. W., Victorian Infant Collaborative Study, G. Neurobehavioral outcomes of school-age children born extremely low birth weight or very preterm in the 1990s. JAMA. 289 (24), 3264-3272 (2003).
- Levine, T. A., et al. Early childhood neurodevelopment after intrauterine growth restriction: a systematic review. Pediatrics. 135 (1), 126-141 (2015).
- Sucksdorff, M., et al. Preterm Birth and Poor Fetal Growth as Risk Factors of Attention-Deficit/ Hyperactivity Disorder. Pediatrics. 136 (3), e599-e608 (2015).
- Volpe, J. J. Brain injury in premature infants: a complex amalgam of destructive and developmental disturbances. Lancet Neurol. 8 (1), 110-124 (2009).
- Nardozza, L. M., et al. Fetal growth restriction: current knowledge. Arch Gynecol Obstet. 295 (5), 1061-1077 (2017).
- Chang, E. Preterm birth and the role of neuroprotection. Bmj. 350, g6661 (2015).
- Coq, J. O., Delcour, M., Massicotte, V. S., Baud, O., Barbe, M. F. Prenatal ischemia deteriorates white matter, brain organization, and function: implications for prematurity and cerebral palsy. Dev Med Child Neurol. 58, 7-11 (2016).
- 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. 25 (9), 2683-2695 (2015).
- Kubo, K. I., et al. Association of impaired neuronal migration with cognitive deficits in extremely preterm infants. JCI Insight. 2 (10), (2017).
- Delcour, M., et al. Mild musculoskeletal and locomotor alterations in adult rats with white matter injury following prenatal ischemia. Int J Dev Neurosci. 29 (6), 593-607 (2011).
- Gilbert, J. S., Babcock, S. A., Granger, J. P. Hypertension produced by reduced uterine perfusion in pregnant rats is associated with increased soluble fms-like tyrosine kinase-1 expression. Hypertension. 50 (6), 1142-1147 (2007).
- Granger, J. P., et al. Reduced uterine perfusion pressure (RUPP) model for studying cardiovascular-renal dysfunction in response to placental ischemia. Methods Mol Med. 122, 383-392 (2006).
- Mazur, M., Miller, R. H., Robinson, S. Postnatal erythropoietin treatment mitigates neural cell loss after systemic prenatal hypoxic-ischemic injury. J Neurosurg Pediatr. 6 (3), 206-221 (2010).
- Olivier, P., Baud, O., Evrard, P., Gressens, P., Verney, C. Prenatal ischemia and white matter damage in rats. J Neuropathol Exp Neurol. 64 (11), 998-1006 (2005).
- Robinson, S., et al. Developmental changes induced by graded prenatal systemic hypoxic-ischemic insults in rats. Neurobiol Dis. 18 (3), 568-581 (2005).
- Rice, D., Barone, S. Critical periods of vulnerability for the developing nervous system: evidence from humans and animal models. Environ Health Perspect. 108, 511-533 (2000).
- Basilious, A., Yager, J., Fehlings, M. G. Neurological outcomes of animal models of uterine artery ligation and relevance to human intrauterine growth restriction: a systematic review. Dev Med Child Neurol. 57 (5), 420-430 (2015).
- Delcour, M., et al. Neuroanatomical, sensorimotor and cognitive deficits in adult rats with white matter injury following prenatal ischemia. Brain Pathol. 22 (1), 1-16 (2012).
