Neuronal Adaptation to Repetitive Hypoxic Preconditioning in Mice
JoVE Encyclopedia of Experiments
Neurowetenschap
0 weergaven • 2:52 min • August 7th, 2025
Place a mouse in a sealed induction chamber connected to an inlet for controlled oxygen delivery.
Expose it to cycles of fluctuating low oxygen levels, called repetitive hypoxic preconditioning, or RHP.
With each cycle of reduced oxygen, the mouse’s blood oxygen levels drop, creating a hypoxic state.
Some neurons in the brain gradually adapt, adjusting their metabolism to survive in a low-oxygen environment.
The blood-brain barrier, which protects the brain, remains stable and prevents brain inflammation.
Remove the mouse from the chamber and allow recovery. Then, induce an ischemic stroke by blocking the middle cerebral artery.
This prevents oxygen-rich blood from reaching the brain, placing neurons under extreme stress.
The blood-brain barrier is disrupted, triggering inflammation.
However, RHP-trained neurons are better adapted to low-oxygen conditions, making them more damage-resistant and preserving their function.
This suggests that RHP helps neurons adapt and reduces brain damage caused by ischemic stroke and oxygen deprivation.
To begin, divide mice into two groups, the RHP group, which receives exposures of 8% and 11% oxygen, and the control group, which receives exposures of 21% oxygen concurrently. Remove the top filter lid of each cage, and place the cage with food and water bottles intact into the chambers connected to their respective oxygen tanks. Close and secure the lid of the chamber.
Open the main gas valve for the tanks, and set the initial flow for each induction chamber to 2 liters per minute, or LPM. After five minutes of exposure, reduce the flow rate to 1 LPM for the remainder of the exposure. At the end of the exposure, reduce the flow to zero LPM, and close the gas valve for the tanks.
Open the chamber lids and replace the filter top lid on each cage. Place the cages in standard housing until the next hypoxic exposure. Spray down each induction chamber with a disinfectant and deodorizer after each use.
Expose both RHP and control mice at the same time of day over the course of the two weeks of the protocol. Then perform a transient middle cerebral artery occlusion, or a TMCAO, as described in the text.
Overzicht
Deze studie onderzoekt de effecten van repetitieve hypoxische preconditionering (RHP) op de neuronale veerkracht tijdens een ischemische beroerte. Muizen die zijn blootgesteld aan fluctuerende lage zuurstofgehaltes vertonen een verbeterde adaptatie en verminderde hersenschade wanneer zij vervolgens worden onderworpen aan ischemische condities.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Fysiologie
- Beroerteonderzoek
Achtergrond
- Ischemische beroerte leidt tot aanzienlijke neuronale schade door zuurstoftekort.
- De bloed-hersenbarrière speelt een cruciale rol bij het beschermen van de hersenen tegen ontsteking.
- Repetitieve hypoxische preconditioning kan het overleven van neuronen onder zuurstofarme omstandigheden verbeteren.
- Inzicht in deze mechanismen kan therapeutische strategieën voor beroertes informeren.
Doel van de studie
- Om de beschermende effecten van RHP op neuronen tijdens ischemische incidenten te evalueren.
- Om vast te stellen hoe RHP de integriteit van de bloed-hersenbarrière beïnvloedt.
- Om de metabole adaptaties van neuronen na blootstelling aan RHP te bepalen.
Gebruikte methoden
- Muizen werden verdeeld in RHP- en controlegroepen met verschillende niveaus van zuurstofblootstelling.
- Gecontroleerde hypoxische condities werden toegepast in afgesloten inductiekamers.
- Er werd een transiënte occlusie van de middelste cerebrale arterie (TMCAO) uitgevoerd om een ischemische beroerte te simuleren.
- Neurale responsen en de status van de bloed-hersenbarrière werden na de blootstelling gemonitord.
Belangrijkste resultaten
- RHP-getrainde neuronen vertoonden een grotere resistentie tegen ischemische schade.
- De bloed-hersenbarrière bleef intact tijdens RHP, maar raakte verstoord tijdens ischemie.
- Neuronen pasten zich metabolisch aan om te overleven in zuurstofarme omgevingen.
- RHP verminderde de ontsteking geassocieerd met ischemische beroertes significant.
Conclusies
- RHP versterkt de neurale veerkracht tegen ischemische schade.
- Metabole adaptaties tijdens RHP zijn cruciaal voor het beschermen van de hersenfunctie.
- Verder onderzoek kan leiden tot nieuwe interventies voor de preventie en behandeling van beroertes.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Repetitieve hypoxische preconditionering (RHP) modelleert neuronale adaptatie aan zuurstofarme stress en biedt een mechanistisch systeem om neuroprotectieve strategieën te evalueren voorafgaand aan ischemische schade. Deze benadering ondersteunt de validatie van targets door pathways te onthullen die de neuronale veerkracht en de stabiliteit van de bloed-hersenbarrière onder hypoxie verbeteren. Het maakt preklinische risicoreductie mogelijk voor interventies die gericht zijn op het beperken van beroerte-gerelateerde neurodegeneratie.
Strategische toepassingen in biopharma R&D
Vroege Ontdekking & Target-validatie
- Wetenschappelijke waarde: Onderzoekt therapeutische hypothesen over neuronale metabole adaptatie aan hypoxie.
- Wetenschappelijke waarde: Verduidelijkt pathways die betrokken zijn bij het behoud van de bloed-hersenbarrière tijdens preconditioning.
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt functionele targetvalidatie door zuurstofsenseringsmechanismen te koppelen aan neuroprotectie.
Screening en assay-ontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt ziekterelevante neuronale systemen voor op compound-screening onder hypoxische stress.
- Wetenschappelijke waarde: Maakt gestandaardiseerde, kwantificeerbare read-outs van neuronale overleving en barrière-integriteit mogelijk.
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert de reproduceerbaarheid van assays in hypoxie-geconditioneerde modellen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Modelleert ziekterelateerde hypoxische preconditionering zoals gezien in contexten van ischemische beroertes.
- Wetenschappelijke waarde: Slaat een brug tussen discovery-bevindingen en de preklinische evaluatie van neuroprotectieve kandidaten.
- Wetenschappelijke waarde: Informeert de risico-gecorrigeerde voortgang door het behoud van neuronale functie na het insult te meten.
Integratie van Pipeline & Workflow
RHP past binnen het ontdekkingscontinuüm, van doelwitidentificatie via lead-optimalisatie tot preklinische effectiviteitsonderzoeken, in het bijzonder voor stroke en neurodegeneratieve indicaties.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothese-testen van neuroprotectieve targets via een gecontroleerde hypoxische uitdaging.
- Screening: Levert kwantitatieve, reproduceerbare metingen van neuronale schade en ontsteking.
- Analytics: Genereert meetbare outputs over de permeabiliteit van de bloed-hersenbarrière en cytokineniveaus.
- Translationeel onderzoek: Verbindt mechanistische bevindingen aan preklinische berenmodellen met gezichtsvaliditeit.
- Enterprise-hergebruik: Vestigt een herbruikbaar platform voor hypoxie-conditionering voor meerdere neuroprotectieve programma's.
Operationele & Zakelijke Impact
- Wetenschappelijke waarde: Predictieve zekerheid over target-interactie via fenotypische neuronale adaptatie.
- Operationele waarde: Een gestandaardiseerd hypoxie-expositieprotocol waarborgt de reproduceerbaarheid tussen verschillende laboratoria.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door het aantal fout-positieven bij neuroprotectie-screening te verminderen.
- Impact op portfolio: Maakt risicogebaseerde prioritering mogelijk van verbindingen die effectiviteit vertonen in geconditioneerde modellen.
Overwegingen voor implementatie
- Expertise in hypoxiefysiologie en de uitvoering van chirurgische berotemodellen.
- Precisiesystemen voor gasstroom voor gecontroleerde zuurstofcycli.
- Gestandaardiseerde gedragsmatige en histologische eindpunten voor neurovasculaire beoordeling.
- Overwegingen bij aanpassingen voor verschillende knaagdierstammen en comorbiditeiten.
- Praktische beperkingen omvatten variabiliteit in de hypoxische respons en de doorvoer van het model.
Biopharma Veelgestelde Vragen
Kwantitatieve en tijdelijke controle van zuurstof Micromilieu bij de Single Islet niveau
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Experimentele modellen om de neuroprotectie van zure postconditioning te bestrijden tegen cerebrale ischemie
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Supramaximal hypoxische intensiteitsoefening en vasculaire functie beoordeling in muizen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Strategieën voor de Studie van de neuronen van Cold-preconditionering
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Establishing a Mouse Model of Neonatal Hypoxic-Ischemic Brain Injury
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Levering van
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Kwantificering van Neurovasculaire Protection Na Repetitive Hypoxische Voorconditionering en Transient midden cerebrale slagader Occlusie in Muizen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Neuro evaluaties in een muismodel van neonatale hypoxische ischemische hersenletsel
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Continu video-elektro-encefalogram tijdens hypoxie-ischemie bij neonatale muizen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Het minimaliseren van Hypoxie in Hippocampal Slices van volwassen en oudere muizen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Laatst bijgewerkt: 29 augustus 2026