Modellering Encephalopathie van Prematurity gebruik van prenatale hypoxie-ischemie met Intra-vruchtwater Lipopolysaccharide bij ratten
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
Encefalopathie bij prematuren (EoP) is een term die het centrale zenuwstelsel (CNS) omvat afwijkingen geassocieerd met vroeggeboorte. Om zo goed mogelijk vooraf translationeel doelstellingen en ontdekken van nieuwe therapeutische strategieën voor hersenletsel geassocieerd met vroeggeboorte, moet preklinische modellen van EoP soortgelijke mechanismen omvatten van prenatale algemene schade waargenomen bij mensen en meerdere onderdelen van de maternale-foetale placenta-systeem te betrekken. Idealiter modellen eenzelfde spectrum van functionele tekorten produceren de volwassen dieren en herhalen meerdere aspecten van de pathofysiologie. Menselijke systemische placenta perfusiedefecten, placenta onderperfusie en / of chorioamnionitis geassocieerd met pathogeen-geïnduceerde ontsteking in het begin van vroeggeboorte na te bootsen, ontwikkelden we een model van prenatale voorbijgaande systemische hypoxie-ischemie (Tshi) in combinatie met intra-vruchtwater lipopolysaccharide (LPS). Bij zwangere Sprague Dawley ratten, Tshi via de baarmoeder slagader occlusie on embryonale dag 18 (E18) induceert een gegradeerde placenta onderperfusie defect geassocieerd met toenemende CNS-letsel bij de foetus. In combinatie met intra-vruchtwater LPS injecties, wordt de placenta ontsteking verhoogd en CNS-letsel wordt verergerd met bijbehorende witte stof, gang en imaging afwijkingen. Prenatale Tshi en Tshi + LPS prenatale beledigingen voldoen aan een aantal van de criteria van een EoP model inclusief indient de intra-uteriene belediging, waardoor het verlies van neuronen, oligodendrocyten en axonen, verlies van subplate en functionele tekorten in volwassen dieren die die waargenomen bij kinderen zeer geboren na te bootsen premature. Bovendien is dit model staat voor de dissectie van de ontsteking veroorzaakt door uiteenlopende soorten letsel.
Introduction
Met meer dan 12% van de baby's geboren in de Verenigde Staten vóór 37 weken zwangerschapsduur schatting 1, perinatale hersenletsel (PBI) van prematuriteit is een belangrijke oorzaak van blijvende invaliditeit. PBI van prematuriteit, ook wel encefalopathie van prematuriteit (EoP), beïnvloedt het gehele centrale zenuwstelsel (CNS). CNS schade begint vaak in utero, en wordt verergerd door prenatale processen waaronder chorioamnionitis en postnatale complicaties zoals hypoxie en sepsis. PBI van systemische beledigingen verandert neurodevelopment en leidt tot een hersenverlamming, epilepsie, cognitieve vertraging en tal van neuropsychiatrische aandoeningen die emotionele regulering, geheugen en uitvoerende functie 1,2. Hoewel er veel vooruitgang is geboekt, blijft een beperkt begrip van de manier waarop de cellulaire en moleculaire consequenties van CNS-letsel door vroeggeboorte te vertalen naar de veelheid van neurologische gevolgen bij kinderen die te vroeg geboren. Dit gebrek aan kennis achterpoteners real-time diagnose van CNS letsel ernst en de hoogte doseren van nieuwe interventies. Bovendien, aangepast aan de leeftijd therapeutische strategieën voor deze kwetsbare patiëntengroep blijft ongrijpbaar.
Intra-uteriene ontsteking is heel gebruikelijk in extreme vroeggeboorte en het gaat om een complexe foetale-maternale-placenta inflammatoire 3 cascade. Intra-uteriene infectie is vaak subklinisch. Specifieke placenta bevindingen consistent met acute ontsteking, of histologische chorioamnionitis, zijn belangrijke determinanten van de foetale inflammatoire respons en zijn samenvalt met hersenletsel geassocieerd met vroeggeboorte 3-5. Inderdaad, de foetale ontstekingsreactie heeft verschillende klinische implicaties voor de lange termijn resultaten van vroeggeboorte. Zuigelingen die zijn klein voor de zwangerschapsduur (SGA), of die ervaring infectie zijn buitengewoon kwetsbaar voor neurologische tekorten 3,4. Chorioamnionitis is een typische pathologische diagnose na vroeggeboorte <sup> 6,7 en histologisch onderzoek blijkt ontstekingsverschijnselen in 70% van de placenta van zuigelingen geboren zeer premature 4. Verder wordt chorioamnionitis geassocieerd met cognitieve stoornissen op twee jaar 8. Bewijs van maternale vasculaire onderperfusie in de placenta van zuigelingen geboren zeer vroeggeboren wordt ook geassocieerd met cerebrale parese in de kindertijd 9. De synergetische effecten van chorioamnionitis en de doorbloeding van de placenta gebreken wordt goed geïllustreerd door de opvallend hoog risico op een abnormale neurologische uitkomsten in deze patiëntenpopulatie op twee jaar 10,11.
Menselijke systemische perfusie placenta gebreken en chorioamnionitis geassocieerd met pathogeen-geïnduceerde ontsteking nabootsen, ontwikkelden we een model van prenatale voorbijgaande systemische hypoxie-ischemie (Tshi) in combinatie met intra-vruchtwater lipopolysaccharide (LPS) bij ratten. Ons doel was om ons model van Tshi passen alleen bij ratten 12-16 tot intra-uteriene ontstekingen omvatten,preklinische modellen van CNS-letsel geassocieerd met vroeggeboorte vergemakkelijken. Tshi heeft alleen aanhoudende verlies van oligodendrogliale lineage cellen, corticale neuronen geopenbaard, toegenomen celdood, en verhoogde pro-inflammatoire cytokine niveaus, met progressieve ischemische intervallen leidt tot een gesorteerde patroon van de verwondingen in overeenstemming met prenatale hersenletsel 16. Wijzigingen aan het ischemische onderdelen van dit model hebben ook aangetoond tekorten in het geheugen coderen, korte en lange termijngeheugen en milde musculoskeletale veranderingen in ratten 17-19 ze ouder worden. Inderdaad hebben we eerder aangetoond dat de combinatie van tshi + LPS recapituleert de pathofysiologische kenmerken van EoP, zoals oligodendrocyt en neuronaal verlies, axonale verwonding, ontsteking en cellulaire functionele abnormaliteiten 20.
Protocol
Representative Results
Discussion
Encefalopathie bij prematuren is moeilijk te modelleren bij dieren als gevolg van de complexe interactie van de etiologie, neurologische tijdsverloop, ingewikkeldheid van cerebrale vorming van menselijk netwerk, overlappende mechanismen van de schade en de diverse fenotypes van CNS beledigt manifesteren in de mens te vroeg geboren baby. EoP is geassocieerd met specifieke celtype kwetsbaarheden (dwz onvolwassen oligodendrocyten) 21, alsmede diverse ontwikkelingsgebied geregelde trajecten (dwz…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs zijn dankbaar Dan Firl, Chris Corbett en Jesse Denson, PhD. De financiering werd verstrekt door de NIH NINDS R01 NS060765 naar SR, de P30 Cobre Pilot Programma om LJ en de Child Health Handtekening Programma om LJ aan de Universiteit van New Mexico.
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 .
