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.
Encefalopati hos premature (EoP) er et begrep som omfatter sentralnervesystemet (CNS) misdannelser assosiert med for tidlig fødsel. Til beste forhånd translasjonsforskning mål og avdekke nye terapeutiske strategier for hjerneskade i forbindelse med for tidlig fødsel, må prekliniske modeller for EoP inkludere lignende mekanismer av prenatal global skade observert hos mennesker og involvere flere komponenter i mors-placenta-føtal system. Ideelt sett bør modeller fremstille et tilsvarende spektrum av funksjonelle mangler i de modne dyr og rekapitulere flere aspekter av den patofysiologi. Å etterligne menneskelige systemiske placental blod defekter, morkake underperfusion og / eller korioamnionitt forbundet med patogen-indusert betennelser i tidlig tidlig fødsel, utviklet vi en modell av prenatal transient systemisk hypoksi-iskemi (TSHI) kombinert med intra-fostervann lipopolysakkarid (LPS). Hos drektige Sprague Dawley rotter, TSHI via livmor arterieokklusjon on embryonale dag 18 (E18) induserer en gradert morkake underperfusion feilen forbundet med økende CNS skader hos fosteret. Når det kombineres med intra-amniotiske LPS injeksjoner, er placenta betennelse økt og CNS skade er forsterket med tilhørende hvit substans, gangart og bilde unormalt. Prenatal TSHI og TSHI + LPS prenatal fornærmelser møte flere av kriteriene for en EoP modell inkludert rekapitulere intrauterine fornærmelse, forårsaker tap av nerveceller, oligodendrocytter og aksoner, tap av subplate og funksjonelle underskudd i voksne dyr som etterligner de som ble observert hos barn født ekstremt preterm. Videre tillater denne modellen for disseksjon av betennelse indusert av avvikende skadetyper.
Med over 12% av barn født i USA før 37 uker estimert svangerskapslengde 1, er perinatal hjerneskade (PBI) fra prematuritet en vesentlig årsak til varig uførhet. PBI fra prematuritet, også kalt encefalopati hos premature (EoP), påvirker hele sentralnervesystemet (CNS). CNS skade ofte starter i utero, og blir forverret av svangerskaps prosesser, inkludert korioamnionitt og postnatal komplikasjoner som hypoksi og sepsis. PBI fra systemiske fornærmelser endrer neurodevelopment og fører til cerebral parese, epilepsi, kognitiv forsinkelse og mange nevropsykiatriske lidelser påvirker emosjonell regulering, hukommelse og utøvende funksjon 1,2. Selv om mye fremgang har blitt gjort, er fortsatt en begrenset forståelse av hvordan de cellulære og molekylære konsekvensene av CNS skade fra tidlig fødsel sette til mangfoldet av nevrologiske følgetilstander hos barn som er født for tidlig. Denne mangelen på kunnskap hinders sanntid diagnostisering av CNS skadegrads og informert dosering av nye intervensjoner. I tillegg alderstilpassede terapeutiske strategier for denne sårbare pasientgruppen forblir unnvikende.
Intrauterin betennelse er svært vanlig i ekstrem prematuritet og innebærer en kompleks fetal-maternal-morkake inflammatorisk kaskade tre. Intrauterin infeksjon er ofte subklinisk. Spesifikke placenta funn forenlig med akutt betennelse, eller histologisk korioamnionitt, er viktige faktorer som bestemmer fosterets inflammatorisk respons og er sammenfallende med hjerneskade i forbindelse med for tidlig fødsel 3-5. Faktisk har fosterets betennelsesreaksjon distinkte kliniske implikasjoner for langsiktige resultater fra tidlig fødsel. Spedbarn som er små i forhold til gestasjonsalder (SGA) eller som opplever infeksjon er svært sårbare for nevrologiske underskudd 3,4. Korioamnionitt er en typisk patologisk diagnose følgende tidlig fødsel <sup> 6,7, og histologisk undersøkelse avslører tegn på betennelse i 70% av placentas fra spedbarn født svært tidlig fødte fire. Videre er korioamnionitt assosiert med kognitiv svikt på to år 8. Bevis på mors vaskulær underperfusion i morkaken av spedbarn født ekstremt for tidlig fødte er også assosiert med cerebral parese i barndommen 9. Den synergistisk effekt av korioamnionitt og placenta perfusjon defekter er godt illustrert ved bemerkelsesverdig høy risiko for unormale nevrologiske utfall i denne pasientgruppen på to år 10,11.
Å etterligne menneskelige systemiske placenta perfusjon feil og korioamnionitt forbundet med patogen-indusert betennelser, utviklet vi en modell av prenatal transient systemisk hypoksi-iskemi (TSHI) kombinert med intra-fostervann lipopolysakkarid (LPS) hos rotter. Vårt mål var å tilpasse vår modell av TSHI alene rotter 12-16 å inkludere intrauterin betennelse,å legge til rette preklinisk modellering av CNS skade i forbindelse med for tidlig fødsel. TSHI alene har avdekket vedvarende tap av oligodendroglial avstamning celler, kortikale nevroner, økt celledød, og forhøyet proinflammatoriske cytokin nivåer, med progressive iskemiske intervaller som fører til en gradert mønster for skader forenlig med prenatal hjerneskade 16. Endringer i iskemiske komponentene i denne modellen har også vist underskudd i minnet koding, på kort og lang sikt minne og milde muskel- endringer hos rotter som de alder 17-19. Faktisk har vi tidligere vist at kombinasjonen av TSHI + LPS rekapitulerer de patofysiologiske kjennetegnene til EoP, inkludert oligodendrocyte og neuronal tap, aksonal skade, mobilnettet betennelse og funksjonelle avvik 20.
Encefalopati hos premature er vanskelig å modellere i dyr på grunn av et komplekst samspill mellom årsaker, neurodevelopmental tid selvfølgelig, intricacy av menneskets hjerne nettverksdannelse, overlappende skademekanismer, og de ulike fenotyper av CNS fornærmer manifest i menneskelige premature barn. EoP er assosiert med spesifikke celle-type sårbarheter (dvs. umodne oligodendrocytter) 21, samt diverse utviklingshemmede regulerte trasé (dvs. subplate, membran transportører og resep…
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne er takknemlige til Dan Firl, Chris Corbett og Jesse Denson, PhD. Finansieringen var ved NIH ninds R01 NS060765 til SR, P30 Cobre Pilot Program til LJ og Child Health Signatur Program til LJ ved University of New Mexico.
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 |