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Die Gehirnentwicklung des Ferkels ähnelt stark der des Menschen 1,2,3,4. Daher wächst das Interesse daran, Ferkel für präklinische Studien zu neuroentwicklungsbedingten Störungen, neonatalen und pädiatrischen Erkrankungen sowie Verletzungen einzusetzen (Abbildung 1A,B)5,6,7,8,9,10. Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, hat das neonatale Ferkel als großes Tiermodell eine Schädel- und Gehirngröße, die näher an die eines frühgeborenen menschlichen Fötus liegt (Abbildung 1A,B), während die Schädel der erwachsenen Maus und der Ratten mindestens zwei Größenordnungen kleiner sind.
Es gibt jedoch Herausforderungen bei der Verwendung größerer Säugetiere in der biomedizinischen Forschung im Vergleich zu den weiter verbreiteten Mausmodellen. Neugeborene Ferkelhirne wachsen in den ersten drei Monaten nach der Geburt schnell. In den ersten 5 Lebenswochen verdoppelt sich das Gehirn des Ferkels fast im Gewicht und verdreifacht sich im Volumen (Abbildung 1C)4,11,12,13. Im Zeitraum von p5 bis p38 waren das Gehirnwachstum und die Entwicklung von Gyri und Sulci bemerkenswert (Abbildung 1C). Das Gewicht und Volumen des P5-Ferkels betrug 29,5 g und 18,9 ml, während die beiden P32-Gehirne 51,4 bzw. 52,6 g sowie 49,6 und 53,5 ml wogen. Nach 38 Tagen wuchs das Gehirn auf 53,7 g und 52,5 mL, was einer Gewichtszunahme von 80 % und einem Volumenzuwachs von 170 % gegenüber p5 entspricht. Dieses schnelle Wachstum des neonatalen Schweinehirns stellt eine Herausforderung dar, die histologische Schnittweise von Ferkeln unterschiedlichen Alters, Stämmen oder Geschlechter mit einer einzigen Matrix zu bestimmen.
Kommerzielle Gehirnmatrizen für Ferkel kosten ungefähr zwischen 1.000 und 3.600 US-Dollar und sind nur in einer Größenvariante erhältlich, die für Ferkel ab 2 Wochen entwickelt wurde. Obwohl es einige Publikationen gibt, die die 3D-Scan- und 3D-Drucktechnik genutzt haben, um verschiedene Gehirnmatrizen für Zebrafische, Mäuse und Vögelzu erstellen, sind diese Matrizen in relativ kleinem Maßstab. Es gibt keine etablierte MRT-Bildgebende Serie oder detaillierte Wachstumskurve für die Gehirne von Neugeborenenferkeln, insbesondere für Kinder ab zwei Wochen. Deshalb erstellten wir mehrere Hirnschnitt-Vorlagen mit Gehirnen, die zwischen Tag 5 und Tag 38 gesammelt wurden, auf deren Grundlage ein verstellbares Gehirnmatrixsystem etabliert wurde.
Dieses Protokoll beschreibt eine innovative Methode zur Etablierung von Neugeborenen-Ferkel-Gehirnvorlagen und zur Entwicklung von Acrylplatten-basierten, anpassbaren Gehirnmatrix-Konstruktionen, die für koronale oder sagittale Schnitte von Gehirnen über ein Größenspektrum verwendet werden können.