新生児低酸素性虚血性脳症の子豚モデル
May 16th, 2015
周産期の窒息後の低酸素性虚血性脳症は、動物モデルを使用して研究することができます。新生児低酸素性虚血性脳症の子豚モデルを確立するために必要な手順を示します。
次の実験の全体的な目標は、周産期低酸素性虚血性脳症の子豚モデルを実証することです。このモデルは、新生児の脳損傷の調査に使用できます。まず、子豚は、新生児集中治療室に匹敵する設定で鎮静、換気、および監視されます。
本稿に記載されている技術は、振幅積分脳波を使用して低酸素症を滴定します。個々の研究のレジリエンスに応じて、動物の低酸素症は制御された方法で誘発され、振幅を積分に保ち、脳波を抑制しながら生存を確保します。この4日間の生存モデルでは、動物は低酸素症の72時間後に安楽死させます。
最後に、実験の目的に応じて、磁気共鳴画像法、神経病理学、および体液と臓器の分析を使用して、脳およびその他の結果を評価できます。この研究では、新生児低酸素性虚血性脳症の子豚モデルを確立するために必要な技術的手順を段階的に視覚化します。神経の発達転帰は、新生児集中治療のすべての領域で主要な懸念事項です。
新生児脳損傷の管理を改善するためには、優れた動物モデルが不可欠です。これから見るモデルは、低酸素症の臨床経過を近似したものです。このため、結果はここで提示されたモデルの臨床環境にうまく変換され、低酸素性傷害の重症度とタイミングを制御し、生物学的変動を最小限に抑えます。
臨床研究の解釈を複雑にするのは、出生後18〜24時間のデンマークの土地飼育子豚を使用することです。体重は平均1000〜2000グラムで、その生理機能は多くの点で新生児に匹敵します。このモデルは、磁気共鳴画像法、神経病理学、および脳脊髄液、尿、血液などの体液中のバイオマーカーに対する治療効果の調査に使用できます。
これは、技術的に扱いにくいモデルです。以下では、モデルの完成に必要な各ステップを示します。麻酔を開始するために必要な機器は、セボフッ素投与用のマスク、生理食塩水、プロポフォール、フェンタニル、筋弛緩剤、ペニシリンを含む末梢静脈カテーテルシリンジです。
口を開くためのスリング、綿の先端スワップ、ストレートブレードの獣医用喉頭鏡、スローンスプレーカフ付き気管内チューブ、SIIS 3 0 2 0.5、カフインフレーションと聴診器用の2つのOH自己膨張式バッグシリンジ。VOフッ素はマスクを使用して投与され、麻酔の深さが監視されます。プロトコルに従って、末梢静脈カテーテルを耳の静脈に留置し、サランで洗い流します。
この時点で、動物は鎮静剤を投与されますが、自発的に呼吸します。静脈麻酔は、挿管の直前にフェンタニルを1キロあたり30マイクログラム、続いてプロポフォールを1キロあたり5ミリグラム、ブロンは1キログラムあたり1ミリグラムを投与することによって開始されます。挿管のために、子豚は仰臥位に変位する。
気管内チューブの長さは、鼻の先端から胸骨のナッジの上まで測定されます。通常、約13センチメートルで、綿のスワップを使用して長い喉頭蓋を前方に引っ張り、持ち上げることができます。喉頭鏡で使用され、声帯のアデノイド軟骨の全景を可能にします。
サインスプレーは、けいれんを防ぐために喉頭に局所的に適用されます。気管内チューブは、事前に測定された距離に従って、前進すると声帯を通ってゆっくりと転送され、気管内チューブは手動換気用の自己膨張バッグに接続されます。気管内チューブの配置は、対称的な胸部の動き、聴診器による発振、チューブ内のミストの目視確認、モニターに白く見えるtid CO2カーブを観察することで確認されます。
最後に、カフを膨らませて気道を確保します。気管内チューブは、機械換気用の人工呼吸器に接続されました。最後に、プロポフォール、1キロ/時5ミリグラム、およびフェンタニルの注入。
10マイクログラム/キログラム/時を開始します。人工呼吸器は、監視用の機器にキロあたり10ミリリットルの潮汐量を供給するボリューム制御モードに設定されています。子豚は、ECG電極、パルスオキシメータ、直腸温度プローブ、および機器です。
中心動脈圧モニタリングのために、パルスオキシメータを配置し、続いて直腸温度プローブを挿入します。電極留置前に胸部を剃ります。画面には、心電図と心拍数、中枢動脈圧、酸素飽和度が表示されます。
臍帯カテーテルの留置に必要な機器は、滅菌ドレーピングメス、マイクロインスツルメント、臍帯カテーテルサイズ3.5フレンチ、血液サンプリング用の5フレンチシリンジ、臍帯血管の可視化のためのフラッシング縫合糸セットです。コードは皮膚の高さでカットされます。臍帯静脈は写真の右側に見られ、2つの臍帯動脈のうちの1つは左側に見えます。
まず、動脈カテーテルを子豚の体重(キロ)×3×10センチメートルに等しい深さまで挿入します。正しい位置は、血液を抜くことで確認します。続いて、静脈カテーテルを5センチメートルの深さまで挿入します。
カテーテルは縫合によって固定されます。3つのアート縫合糸を使用して、電極の配置のために頭を剃ります。振幅統合EEGモニタリングの場合、頭頂電極は、それらの間に少なくとも2〜4センチメートル、正中線に参照電極、頭の任意の場所に接地電極を配置する必要があります。
インポテンス試験では、正しく配置された4つの電極が良好なS/N比で明らかになりました。画面の下部にはリアルタイムの脳波が表示され、上部の画面には圧縮された振幅が積分された脳波が表示され、子豚は低酸素症の誘発前に60分間休むことが許されるようになりました。低酸素症は、人工呼吸器に切り替えることで開始され、窒素と4%酸素の混合物が供給されます。
有意な低酸素症に対応する振幅積分EEGでフラットトレースを達成するには、平均2分かかります。脳内の白血病が45分間続きます。吸気酸素の割合が調節されています。
低酸素状態の間、平坦な脳波振幅を7マイクロボルト未満に維持するために、子豚は最初に心拍数を増加させることによって補償します。低酸素状態が続くと、子豚は代償不全になり始め、平均材料圧力が低下します。この時点で、生存を確保するために吸気酸素の割合を調整することが重要です。
45分後、吸気酸素の割合が21%に増加し、脳の活動が増加します。低酸素症の後、子豚は抜管され、次の4日間は目を覚ますことができます。子豚の世話は、経験豊富な動物技術者が豚に餌を与え、毎日神経学的に採点します。
7時2分に、豚は鎮静され、換気されます。繰り返しになりますが、遺伝的共鳴画像法と分光法は、脳を調べるための強力なツールです。磁気共鳴画像法は、神経病理学的検査によって補完されます。
脳は各領域で慎重に解剖され、経験豊富な神経病理学者によって調査されます。このビデオを見た後、新生児低酸素性虚血性脳症の子豚モデルを確立する方法についてよく理解しているはずです。このモデルでは、新生児脳損傷の診断と治療に関連する問題を調査することができます。
最終的には、影響を受けた乳児の管理を最適化します。
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
概要
この研究は、新生児脳損傷を調査するために利用できる新生児期の低酸素性虚血性脳症（HIE）の豚モデルを実証しています。このモデルは、新生児集中治療室で見られる状況を模倣し、制御された低酸素誘導を可能にするために設計されています。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 動物モデル
- 新生児ケア
背景
- 低酸素性虚血性脳症は、新生児脳損傷の重要な原因です。
- 動物モデルは、HIEのメカニズムと潜在的な治療法を研究するために不可欠です。
- ブタの子豚は、人間の新生児と生理学的に類似しているため、関連するモデルを提供します。
- 振幅統合脳電図は、低酸素状態下での脳活動をモニタリングするための貴重なツールです。
研究目的
- 新生児期HIEを研究するための信頼できる豚モデルを確立すること。
- 制御された低酸素が新生児脳損傷に与える影響を調査すること。
- 低酸素条件下での新生児脳の回復力を理解を深めること。
使用された方法
- 子豚は鎮静され、人工呼吸され、新生児ケアのような設定でモニタリングされます。
- 振幅統合脳電図を使用して、低酸素レベルを調整します。
- 脳電図が抑制された状態で、制御された低酸素が誘導されます。
- 動物は低酸素後72時間で解剖のために安楽死されます。
主な結果
- このモデルは、新生児HIEの条件を正常に模倣します。
- 動物の生存を損なうことなく、制御された低酸素が達成されました。
- 振幅統合脳電図は、脳活動の効果的なモニタリングを提供しました。
- 収集されたデータは、新生児脳損傷に関する将来の研究に情報を提供します。
結論
- 豚モデルは、新生児HIEを研究するための貴重なツールです。
- 結果は、新生児脳の回復力の理解に貢献します。
- このモデルは、HIEの治療戦略の開発を支援できます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Establishing reliable preclinical models of neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE) is critical for de-risking neuroprotective therapeutic candidates before clinical translation. The piglet HIE model described provides a physiologically relevant system to evaluate treatment effects on brain injury biomarkers, MRI outcomes, and neuropathology under controlled hypoxic conditions. This supports mechanistic de-risking and predictive confidence in early discovery stages for neonatal neurology programs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses in a disease-relevant system with controlled hypoxia timing and severity.
- Operational Value: Supports biological de-risking by quantifying brain injury via histopathology and MRI at 72 hours post-insult.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream evaluation of neuroprotective compounds using amplitude-integrated EEG as a real-time pharmacodynamic biomarker.
- Operational Value: Facilitates assay standardization through physiologic monitoring (ECG, SpO2, blood pressure) and titration of inspired oxygen to maintain target EEG suppression.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Provides disease-relevant continuity from discovery through preclinical validation by mimicking the clinical course of neonatal HIE.
- Operational Value: Enables risk-adjusted advancement decisions by linking MRI, neuropathology, and biomarker outcomes (e.g., CSF, urine, blood) to hypoxic insult severity.
Pipeline & Workflow Integration
The model integrates into the discovery continuum from target validation through preclinical research, supporting hypothesis testing and biomarker-enabled go/no-go decisions.
- Discovery Biology: Supports mechanistic de-risking by allowing controlled induction of hypoxic-ischemic injury while monitoring cerebral activity via amplitude-integrated EEG.
- Screening: Delivers assay readiness through standardized physiologic stabilization and reproducible hypoxia induction protocols.
- Analytics: Provides quantitative dependent variable measurements including MRI volumetry, neuropathological scoring, and biomarker levels in body fluids for comparative condition analysis.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity through survival to 72 hours post-hypoxia, enabling evaluation of delayed treatment effects.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for evaluating adjunctive neuroprotective methods, as demonstrated in prior xenon and melatonin studies leading to clinical trials.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through reproducible quantification of brain injury and suppression of amplitude-integrated EEG as a cerebral hypoxia endpoint.
- Operational Value: Standardization and reproducibility via NICU-comparable monitoring, controlled ventilation, and physiologic titration of inspired oxygen.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions by reducing biological variation through controlled insult timing and severity in a clinically translatable model.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of neuroprotective candidates based on histopathological and imaging outcomes at defined survival endpoints.
Implementation Considerations
- Required expertise in neonatal animal care, surgical catheterization, and electrophysiological monitoring.
- Instrumentation for ventilator control, amplitude-integrated EEG, ECG, pulse oximetry, blood pressure, and temperature monitoring.
- Standardization of hypoxia induction via fraction of inspired oxygen titration to maintain EEG suppression while ensuring survival.
- Adaptation considerations for biomarker sampling (CSF, urine, blood) and imaging compatibility across study arms.
- Practical limitations include technical complexity in catheter placement and risk of protocol variation leading to non-reproducible injury severity.
