En Nasse Nøff Model of Neonatal hypoksisk-iskemisk encefalopati

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

Fødsel kvelning, noe som fører til hypoksisk-iskemisk encefalopati (HIE), utgjør 0.660.000 dødsfall på verdensbasis hvert år, om lag en fjerdedel av verdens 2,9 millioner dødsfall blant nyfødte. Dyremodeller av HIE har bidratt til forståelsen av patofysiologien i HIE, og har fremhevet den dynamiske prosessen som oppstår i hjerneskade på grunn av perinatal asfyksi. Dermed har dyrestudier antydet et tidsvindu for post-fornærmelse behandlingsstrategier. Hypotermi er testet som en behandling for HIE i pdiglet modeller og senere vist seg effektive i kliniske studier. Varianter av modellen har vært brukt i studiet av supplerende nevro metoder og piglet studier av xenon og melatonin har ført til klinisk fase I og II studier ^1,2. Piglet HIE modellen er videre brukt for neonatale resuscitation- og hemodynamiske studier samt i undersøkelser av cerebral hypoksi på cellenivå. Det er imidlertid en teknisk krevendemodell og variasjoner i protokollen kan resultere i enten for mild eller for alvorlig hjerneskade. I denne artikkelen viser vi de tekniske prosedyrer som er nødvendige for å etablere en stabil Nøff modell av neonatal HIE. Først blir den nyfødte grisunge (<24 timer gammel, median vekt 1500 g) bedøvet, intubert, og overvåket i et oppsett kan sammenlignes med det som finnes i en neonatal intensivavdeling. Globalt hypoksi-iskemi er indusert ved å senke inspirasjonsoksygenfraksjonen å oppnå global hypoksi, ischemi gjennom hypotensjon og et flatt spor amplitude integrert EEG (aEEG) indikerer cerebral hypoksi. Overlevelse fremmes ved å justere oksygen ifølge aEEG respons og blodtrykket. Hjerneskade er kvantifisert ved histopatologi og magnetisk resonanstomografi etter 72 timer.

Introduction

Perinatal asfyksi er en akutt og ofte uforutsette tilstand forbundet med hypoksisk-iskemisk encefalopati (HIE). Det overordnede målet med denne protokollen er å demonstrere en grisunge overleve modell av perinatal hypoksisk-iskemisk encefalopati. Denne modellen kan brukes til å undersøke effekten av ulike grader av hypoksi-iskemi på neonatal hjernen og eksperimentelle behandlinger på nevropatologi, magnetic resonance imaging og spektroskopi (MR og MRS) og biomarkører i kroppsvæsker som blod, spinalvæske og urin . Modellen har også vist seg nyttig for å undersøke det kardiovaskulære systemet, luftveiene, nyre og lever, som alle er berørt i global hypoksi-iskemi.

Perinatal asfyksi er et resultat av nedsatt oksygentilførsel intrapartum eller i umiddelbar post-partum perioden. Intrapartum hypoksiske hendelser står for 0.660.000 dødsfall på verdensbasis hvert år, om lag en fjerdedel av verdens 2,9 million neonatale dødsfall i 2012 ^3. I 2010 1,15 millioner babyer ble anslått å ha utviklet neonatal encefalopati etter fødselen asfyksi ^4. HIE definert som encefalopati hos barn født etter 34 uker av svangerskapet oppstår i 1-3 / 1000 levende fødte ^fem i den industrialiserte verden og opp til 8,5 / 1000 levendefødte i utviklingsland ^4. Risikoen for å dø er 10-60%, og risikoen for nevrologiske handikap i overlevende 30-100% ^6,7. 50200000 uførejusterte leveår (DALY) er tilskrevet intrapartum hypoksiske hendelser ^4. I dag den eneste behandlingen annet enn støttende for HIE er post-hypoksisk hypotermi. Dermed fremskritt i diagnostiske prosedyrer og behandlingsstrategier er avgjørende for å forbedre forvaltningen av HIE ^8.

Forbedringer i prognosen etter perinatal asfyksi og forvaltning av neonatal hjerneskade er basert på å utvide kunnskapen om underliggende sykdomsmekanismer end mulige behandlinger. Dyremodeller av HIE er spesielt nyttig som ulike kliniske hendelser kan føre til HIE og forekomsten i en enkelt fødsel senter er lav ^5. En eksperimentell oppsett der påvirkning av biologisk variasjon kan minimeres, er viktig når du tester nye prognostiske og diagnostiske verktøy og behandlingsstrategier. En dyremodell bør tilnærme den kliniske situasjonen så godt som mulig, og dermed bidra til forståelsen av de patologiske mekanismene bak den induserte skader og dynamisk prosess involvert i sykdom og It'si utfallet ^9. Dyremodeller av neonatal HIE har inkludert en rekke arter, inkludert gnagere, lam og svin. Til sammenligning har den nyfødte grisunge større likhet med en human nyfødte med hensyn på størrelse, det kardiovaskulære system ¹⁰ og hjerne modenhet ved leveringstidspunktet ^11,12. Overvåking, instrumentering og resultatevaluering i Nøff modellen er lik that brukes i klinisk behandling av spedbarn med HIE. Følgelig er det en høy grad av oversettelse til nyfødte seg fra denne modellen.

Grisunger modeller av perinatal hypoksi og HIE blir brukt av mange grupper og varierer i en rekke områder ^13. I henhold til formålet med forsøket, må nøye oppmerksomhet rettes mot valget av medisiner, metode for å indusere hypoksi-iskemi, metode for å kontrollere fornærmelse varighet og alvorlighetsgrad, post-fornærmelse gjenoppliving og omsorg, og utfallet evaluering. For å unngå skjevhet en randomisert studie design bør alltid brukes i intervensjonsstudier.

Metoden brukes når indusere hypoksisk-iskemisk skade er viktig. Globalt hypoksi fører til HIE resulterer ofte i flerorgansvikt involverer hjerne, hjerte, lunger, nyre og lever. Avhengig av de evaluerte utfall, bør modeller av HIE være basert på global hypoksi og iskemi stedet for å stole på fokus iskemi, f.eks. Ved ligering av bilotid arterier ^14. En nyere artikkel påføres en kombinasjon av hypoksi (FiO ₂ 12%), og karotidarterien kompresjon under opprettholdelse av gjennomsnittlig arterielt blodtrykk> 40 mm Hg ^2. En annen gruppe skapt global hypoksi med 8% O ₂ til negative baseoverskudd> 20 mmol / L eller mener arterielle blodtrykk (MABP) <15 mm Hg, og ofret dyrene på 4 t ^15. Hypoksi har også blitt titrert av minuttvolumet (30-40% av baseline), MABP (30-35 mm Hg) og arteriell pH (6,95-7,05) ^16.

Alle modeller av global hypoksi-iskemi titreres etter aEEG undertrykkelse lik den som presenteres i denne rapporten, har vist encefalopati som er klinisk, elektrofysiologisk, og neuropathologically sammenlignes med tilstanden funnet i kvalt sikt spedbarn ^17,18.

Graden av HIE indusert er viktig. En nyttig dyremodell for HIE må også gi rom for utprøving av ny diagnostiske prosedyrer og behandlingstilbud. For å aktivere dette, bør modellene indusere moderat HIE der det er en behandling potensial som alvorlig hjerneskade med lite eller ingen behandling potensialet vil være mindre relevant når man skal vurdere nye behandlinger. Toleranse for hypoksi varierer betydelig mellom forsøksdyr. Tidligere studier har vist at en mer konsekvent hjerneskade kan oppnås, og at flere dyr overlever ^17,19 ved individualiserer indusert hypoksi ifølge hver smågris cerebral respons evaluert ved amplitude integrert elektroencefalografi (aEEG) i stedet for ved hjelp av et sett FiO ₂ verdi gjennom hele hypoksisk hendelsen. Varigheten av aEEG suppresjon korrelerer med graden av hjerneskade, med få histopatologiske forandringer ved <20 min aEEG undertrykkelse og alvorlige beslag øker ved> 45 min aEEG undertrykkelse. En fersk gjennomgang av nevro behandlinger for HIE identifisert behov for levetidsmodeller slik at atferds utfallet measures i dyremodeller ^20.

Det er mange fordeler med den present HIE Nøff modell. Den er basert på en art hvor resultatene er svært sannsynlig å oversette til human fysiologi. Global hypoksi-iskemi modeller multiorgansvikt og titrering av hypoksi-iskemi ved aEEG induserer en konsekvent grad av hjerneskade med overlevelses kliniske relevante utfall slik som biomarkører kan MR og oppførsel skal vurderes på aktuelle tidspunkter.

Piglet modeller av perinatal asfyksi og HIE har ikke bare bidratt vesentlig til dagens innsikt i HIE patofysiologi, men har også lykkes innledes kliniske studier, til slutt resulterer i nye behandlinger hos mennesker. Piglet modellstudier spilt en nøkkelrolle i å etablere hypotermi som behandling for HIE ^21, og brukes i gjenopplivning av nyfødte forskning ^22. Ulike grupper har brukt piglet modeller når du utfører forskning innen kvelning og HIE, end studier omfatter hypotermi ²³ alpha-melanocyte-stimulerende hormon ^24, hjertestans ^25. tyrosinhydroksylaseaktivitet ^26, gjentatt hypoksisk eksponering ²⁷ NMDA reseptor aktivitet ^14, og nær-infrarød spektroskopi ^28.

Piglet HIE modell presenteres i denne rapporten er teknisk utfordrende å jobbe med, så små justeringer i løpet av prosedyren kan føre til enten for mild eller for alvorlig hjerneskade ^29,2. Vi fant ut at den eksisterende litteraturen manglet tilstrekkelig detaljert til å reprodusere tidligere publiserte modeller. Dermed har vi her demonstrere hvert trinn av de tekniske prosedyrer som er nødvendige for etablering av en grisunge 72 timer overlevelse modell i denne rapporten, slik at forskerne å etablere denne avanserte modellen for studiet av HIE.

Protocol

Den nåværende protokollen ble godkjent av danske Animal Experiments Datatilsynet. Alle forsøksdyrene ble bedøvet i hele fremgangsmåten. Gjengivelse av denne protokollen skal utføres i samsvar med nasjonale etikk og retningslinjer dyrevelferd, og godkjent av lokale etikkomiteer. 1. Dyr Danske Landrace smågris <24 timer gamle som veier ca 1500 – 2000 g. 2. Anestesi og vedlikehold Fluids Klargjør utstyret som trengs for anestes…

Representative Results

Virkningene av hypoksi-ischemi på hjernen som oppstår under induserte fornærmelse dokumenteres ved å registrere aEEG spor. En representant aEEG kontur er vist i figur 6. Figur 6. Representative aEEG spor. Lav amplitude på grunn av hypoksi-iskemi. Klikk her fo…

Discussion

På grunn av sin kompleksitet, kan den beskrevne modellen skal implementeres i anlegg akkreditert og erfarne i dyreforsøk. Godkjenning av lokale etikkomiteer må innhentes før oppstart av forsøkene, og optimal dyrevelferd må sikres til enhver tid. Ettersom modellen er basert på overlevelsen av testdyrene, er det viktig at et sterilt miljø opprettholdes under invasive prosedyrer for å hindre infeksjoner.

Valget av anestesi er viktig som de fleste om ikke alle anestesimidler har potensi…

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