Inducción de la muerte cerebral en ratones que utilizan la monitorización y ventilación de la presión arterial intraarterial a través de la traqueotomía
April 17th, 2020
Presentamos un modelo murino de inducción de la muerte cerebral con el fin de evaluar la influencia de sus efectos fisiopatológicos en los órganos, así como en injertos consecutivos en el contexto del trasplante de órganos sólidos.
Aunque la donación después de la muerte cerebral del donante es la principal fuente de trasplante de órganos sólidos, la pérdida irreversible de la función cerebral induce cambios fisiopatológicos que conducen a una respuesta inflamatoria sistémica. Este modelo murino de inducción de la muerte cerebral permite el uso de una gran variedad de herramientas analíticas y modelos de knockout para estudiar las vías de regulación de la muerte cerebral. Para el cateterismo arterial después de confirmar la falta de respuesta al reflejo del pedal y quitar el vello abdominal superior, desinfectar la piel expuesta con 70% de etanol y utilizar tijeras diseccionantes para hacer una incisión de línea media en la piel.
Usando fórceps, disecciona la glándula submandibular y el tejido muscular del cuello y separa los tejidos para exponer la arteria carótida común. Colocar tres 8-0 ligaduras de seda debajo de la arteria carótida común derecha y colocar una abrazadera en la ligadura proximal. Traiga tensión en la arteria para que el flujo se suspenda y cierre la ligadura más distal.
Inserte un catéter arterial de calibre 26 a través de un pequeño orificio de piel preformado en el aspecto craneal de la incisión. Apriete el catéter con los fórceps si el lumen es demasiado grande para reducir el contraflujo y asegurar el catéter con las tres suturas, luego utilice un solo monofilamento 5-0 no absorbible para fijar el catéter a la piel cerca del orificio de la piel preformado. Para realizar una traqueotomía, utilice fórceps para diseccionar contundentemente la musculatura pretraqueal y coloque dos 8-0 ligaduras de seda debajo de la tráquea.
Inserte el tubo de ventilación entre dos cartílagos traqueales para evitar la ventilación unilateral y fije el tubo con ambas ligaduras preparadas, luego cierre la piel con una sutura de carrera no absorbible de 6-0 monofilamento y ventile el ratón con una frecuencia de 150 por minuto y un volumen de marea de 200 microlitros. Para inducir la muerte cerebral en el animal experimental, coloca el ratón en la posición propensa y, sosteniendo la piel con fórceps, usa tijeras quirúrgicas para extraer la piel del cráneo. Taladre un agujero de calibre de un milímetro perimedialmente por encima de la corteza parietal izquierda y use fórceps romo para penetrar el puente de tejido final del cráneo.
Después de retirar los bordes afilados, inserte un catéter de globo precargado con solución salina con todo el aire evacuado. Cuando el catéter esté completamente dentro de la cavidad craneal, utilice una bomba de jeringa para comenzar a inflar el catéter a aproximadamente 0,1 milímetros por minuto durante un período de 10 a 15 minutos. Cuando se produce la muerte cerebral, detenga la inflación del catéter de globo y coloque una manta calefactora sobre el ratón para evitar la hipotermia.
Después de que se haya confirmado la muerte cerebral, monitoree y documente la presión arterial regularmente, infundiendo 100 microlitros de solución salina cada 30 minutos para estabilizar la presión arterial del animal. Después de cuatro horas de muerte cerebral, excluya a los animales sin golpear corazones y recoja los órganos y tejidos de interés del ratón de acuerdo con los protocolos estándar. Después de la inducción de la muerte cerebral, la presión arterial presenta un pico hipertensivo inicial seguido de una fase hipotensora prolongada.
Otra observación bien establecida es que la inducción de la muerte cerebral conduce a la activación del sistema inmunológico. De hecho, después de cuatro horas de muerte cerebral en este modelo, se observa una regulación específica de los órganos de los marcadores inmunes a nivel de ARNm. Después de un período predefinido de muerte cerebral, los órganos pueden ser cosechados para su análisis directo o para el trasplante posterior de órganos.
Este modelo permitirá estudios en profundidad sobre la influencia de las lesiones inducidas por muerte cerebral y ya ha revelado nuevos conocimientos sobre la activación del complemento y la migración de leucocitos.
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Visión general
Este estudio presenta un modelo murino para la inducción de muerte cerebral para investigar los efectos fisiopatológicos resultantes en los órganos, particularmente en el contexto del trasplante de órganos sólidos. El modelo permite un análisis de la respuesta inflamatoria sistémica y el impacto posterior en los posibles injertos.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Biología del trasplante
- Fisiopatología
Antecedentes
- La muerte cerebral es un factor crítico que influye en la viabilidad de los órganos para el trasplante.
- La pérdida de la función cerebral desencadena una respuesta inflamatoria sistémica que puede afectar la función de los órganos.
- Entender estos cambios es esencial para mejorar los resultados del trasplante.
- El modelo murino sirve como plataforma para explorar vías específicas de regulación de la muerte cerebral.
Propósito del estudio
- Evaluar los cambios fisiopatológicos específicos de los órganos después de la inducción de la muerte cerebral.
- Evaluar las consecuencias de estos cambios en el potencial de trasplante de órganos.
- Obtener información sobre las respuestas inmunes asociadas con la muerte cerebral.
Métodos utilizados
- La plataforma principal implica un modelo murino de inducción de muerte cerebral.
- Se realizan procedimientos de cateterización arterial y traqueotomía para monitorear y estabilizar a los animales.
- La muerte cerebral se induce utilizando un catéter de balón insertado en la cavidad craneal.
- El modelo facilita el estudio de la regulación de marcadores inmunes a nivel de ARNm después de la muerte cerebral.
- La cronología implica el monitoreo de la presión arterial y la recolección de órganos después de un período definido después de la inducción de la muerte cerebral.
Principales resultados
- El estudio encontró que la inducción de muerte cerebral condujo a un pico hipertensivo inicial seguido de hipotensión prolongada.
- Hubo una regulación significativa de los marcadores inmunes de manera específica para la enfermedad después de la muerte cerebral.
- El modelo reveló información sobre la inflamación y la activación inmune, crucial para la comprensión de la viabilidad de los órganos después del trasplante.
- Después de la muerte cerebral, los órganos pueden ser analizados directamente o utilizados para trasplantes, proporcionando información clave sobre los resultados del injerto.
Conclusiones
- Este estudio demuestra un modelo práctico para explorar las implicaciones de la muerte cerebral en la función de los órganos y el trasplante.
- Los hallazgos contribuyen a la comprensión de las alteraciones inmunológicas asociadas con la muerte cerebral.
- La investigación tiene implicaciones significativas para mejorar los resultados en el trasplante de órganos al dilucidar los efectos fisiopatológicos de la muerte cerebral.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
This murine brain death model enables systematic investigation of pathophysiological changes that impact organ viability in transplantation, addressing a critical gap in preclinical models for studying donor-derived injury. By capturing hemodynamic instability and immune activation following brain death, the model supports mechanistic de-risking of graft failure pathways and informs strategies for organ preconditioning. Its compatibility with genetic and analytical tools enhances target validation and translational biomarker discovery in transplant immunology.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to brain death-induced inflammatory pathways and immune activation in donor organs.
- Operational Value: Supports functional target validation through measurable hemodynamic and mRNA-based immune marker changes post-induction.
- Predictive Value: Facilitates preclinical assessment of interventions aimed at mitigating brain death-related graft injury.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides a reproducible system for quantifying organ-specific immune marker upregulation at the mRNA level as a biomarker of brain death injury.
- Operational Value: Standardizes blood pressure monitoring and ventilation parameters to ensure consistent model induction across experiments.
- Assay Readiness: Enables preparation of donor organs for downstream functional analysis or transplantation testing under controlled brain death conditions.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Models disease-relevant systemic inflammatory response and complement activation observed in human brain death, supporting translational continuity.
- Operational Value: Allows longitudinal monitoring of graft viability parameters over a defined four-hour post-induction window.
- Risk Mitigation: Supports predictive confidence in evaluating organ preconditioning strategies before transplantation.
Pipeline & Workflow Integration
The model fits within the discovery-to-translational continuum by enabling early-stage mechanistic insight into donor-derived organ injury, informing lead identification for protective interventions, and supporting preclinical validation of graft preservation strategies.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing of brain death-regulated pathways using knockout models and pharmacological tools.
- Screening: Delivers standardized, quantifiable outputs including blood pressure trajectories and immune gene expression profiles.
- Analytics: Generates mRNA-level immune marker data and hemodynamic readouts that allow comparative analysis across experimental conditions.
- Translational Research: Connects mechanistic findings in mice to human transplant relevance through conserved inflammatory responses.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for evaluating multiple therapeutic targets or preservation solutions in a controlled brain death setting.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in brain death-induced organ injury by enabling causal pathway analysis.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized surgical, ventilation, and monitoring protocols.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions in transplant research by quantifying biological risk associated with donor brain death.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted prioritization of organ preservation or immunomodulatory candidates based on mechanistic de-risking data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microsurgical techniques including arterial catheterization, tracheostomy, and cranial burr hole placement.
- Dependent on precision instrumentation such as syringe pumps for controlled balloon inflation and hemodynamic monitoring systems.
- Necessitates cross-team standardization of brain death confirmation criteria and organ harvesting timelines.
- Must account for inter-animal variability in hemodynamic response and immune activation kinetics.
- Limited to murine physiology; findings require validation in larger preclinical models before translational extrapolation.
