Summary
이 방법은 P17 페렛에서 염증 과민성 허혈성 및 고산소 뇌 손상을 설명하여 여러 후기 조산아에서 경험한 장기간 염증과 산화 뇌 손상 사이의 복잡한 상호 작용을 모델링합니다.
Abstract
미숙아의 신경학적 후유증을 가진 유아를 위한 치료 내정간섭을 시험하기 위하여 주산기 감염 과 저산소증 허혈 (HI)의 임상적으로 관련있는 모형을 위한 지속적인 필요가 있습니다. 페레트는 중추증으로 태어나고 산후 의 뇌를 개발하기 때문에 조산 인간의 뇌를 모델링하기위한 이상적인 후보입니다. 출생시, 페렛 두뇌 발달은 산후 일 (P) 17 키트가 32-36 주 임신에 유아와 동등한 것으로 여겨지는 13 주 인간 태아와 유사합니다. 우리는 P17 페렛에 있는 상해 모형을 기술합니다, 여기서 lipopolysaccharide 관리는 양측 대뇌 허혈, 저산소증 및 hyperoxia에 선행됩니다. 이것은 머리말을 붙인 염증의 복잡한 상호 작용을 시뮬레이션합니다, 허혈, 저산소증, 뇌 손상을 개발 하는 신생아의 숫자에서 경험 하는 산화 스트레스. 부상당한 동물은 여러 피질 자이리와 관련 황치의 축소를 포함하여 뇌의 형태학적 변화와 함께 총 상해 심각도의 범위를 표시합니다. 부상당한 동물은 또한 느린 반사 발달을 보여주고, 자동화 된 좁은 통로에서 운동의 느리고 가변적인 속도를 보여주며, 열린 필드에서 의 탐사를 감소시킵니다. 이 모형은 염증과 HI와 관련되었던 신생아 뇌병증을 가진 유아를 위한 putative 치료를 시험하고, 피질 발달에 영향을 미치는 상해의 연구 기계장치를, 및 탄력성을 제공하는 통로를 조사하는 플래트홈을 제공합니다 영향을 받지 않는 동물.
Introduction
유아를 위한 치료 내정간섭을 시험될 수 있는 미숙아및 주산기 저산소증-허혈의 병리생리학을 반영하는 큰 동물 모형을 위한 지속적인 필요가 있습니다. 2017년에, 미국에서 태어난 382,726명의 유아의 9.93%는 조산아로 태어났으며, 이들 유아의 84%는 임신1의32그리고 36주 사이에서 태어났습니다. 미숙아에서는, 감염 또는 염증에 주산기 노출은 바이러스성 또는 세균성 병원체 때문에 모계 면역 활성화가 preterm 노동을 시작할 수 있는 일반적인 입니다. 산후, 조산아는 초기 또는 늦은 개시 패혈증의 고위험에2. 조산아는 또한 미성숙 한 심폐 시스템으로 인해 저산소증, 저혈압 및 고혈압의 기간을 자주 경험하며, 자궁에서 경험한 것과 비교하여 대기중의 산소 긴장이 높아지고, 과민성 노출이 발생합니다. 추가적으로, preterm 유아에서는, 항 산화 방어는 미성숙3 및 pro-apoptotic 요인은 자연적으로 upregulated4. 산화 스트레스와 세포 사멸은 면역 체계와 신경 염증의 활성화로 이어진다. 이러한 결합된 인자는 뇌의 발달 및 생리학적 취약성에 기여하고, 조산아5,6,7의발달불량과 관련된 뇌질환을 초래하거나 악화시킬 것으로 생각된다.
페렛 뇌가 인간의 뇌와 공유하는 물리적 및 발달 적 유사성으로 인해 페렛은 뇌 손상을 모델링하는 매력적인 종입니다8,9,10,11,12. 페렛은 또한 조산기 인간 두뇌를 모델링하는 이상적인 후보입니다, 그들은 lissencephalic 태어난 으로 산후 자뇌 뇌를 개발, 이는 조산아태어난 유아에 의해 경험 된 모욕에 개발 뇌를 노출하는 창을 제공하는. 출생시, 페렛 두뇌 발달은 출생 일 (P) 17키트임신13의32-36 주에 유아와 동등한 것으로 여겨지는 13 주 인간 태아와 유사합니다.
우리 그룹은 최근 염증성 감작과 대장균 지질학 (LPS)과 저산소증 및 hyperoxia12에대한 후속 노출을 결합하여 P10 페렛에서 매우 조산 (&28 주 임신) 뇌 손상의 모델을 발표했다. 다음 프로토콜에서, 우리는 지금 LPS 감작이 양측 대뇌 허혈, 저산소증 및 hyperoxia에 선행되는 P17 페렛에 있는 늦은 preterm 모형을 기술합니다. 이 동물의 하위 집합에 더 심각한 부상 결과, 그리고 더 밀접 하 게 장기간된 염증의 복잡 한 상호 작용을 모델, 허 혈, 저 산소 증, 그리고 뇌 손상을 개발 하는 preterm 유아의 수에서 경험 하는 산화 스트레스.
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Protocol
절차는 실험실 동물의 배려 그리고 사용을 위한 NIH 가이드에 따라 그리고 워싱턴 대학 기관 동물 관리 및 사용 위원회에 의해 승인된 프로토콜의 한 부분으로 수행되었습니다.
1. 준비 및 LPS 관리
참고: 절차의 타임라인은 그림 1을 참조하십시오.
- 절차를 시작되기 전에 모든 수술 기구 및 수술 용 커튼을 밀봉, 살균 및 오토 클레이브하십시오. 멸균 바이알로 수술 전 약물을 준비하십시오. 저산소증/hyperoxia 챔버의 공기를 실험 용 가스로 8-10 분 으로 교체하는 데 필요한 유량을 계산합니다.
- 1 mg/mL의 농도를 생성하기 위해 멸균 식염수로 리포폴리사카라이드(대장균 055:B5의 LPS)를 준비합니다. 질에서 P17 페렛 키트를 제거합니다. 무게와 번호. 대조군 또는 부상당한 (또는 치료) 그룹에 쓰레기와 성별에 의해 동물을 무작위로.
- 300 μL 인슐린 주사기를 사용하여, 부상 그룹의 키트에 복강 내 LPS 의 3 mg/kg을 관리하고, 동물을 통제하기 위해 멸균 식염수 비히클 (3 μL/g)의 동등한 양을 투여하십시오.
- 수술 시술 전반에 걸쳐 36-37°C의 목표 직장 온도를 유지하기 위해 동물을 37-40°C의 수조 내 챔버에 놓습니다.
2. 마취
- 시술 중에 동물의 온도, 호흡 속도 및 심박수를 지속적으로 모니터링합니다.
- 수술 전 30분 전에 부프레노르핀(0.05 mg/kg)을 피하로 투여하십시오. 100 % 산소와 균형 3 % 이소플루란의 혼합물에서 마취를 유도. 유도 챔버에서 키트를 제거하고 37 °C로 설정된 드레이프 수술용 물 담요에 supine을 놓습니다. 마취를 코콘으로 옮기고 이소플루란 수준을 2-3%로 줄입니다.
3. 외과 준비
- 작은 동물 클리퍼를 사용하여 복부 목 부위의 모든 머리카락을 제거합니다. 피부에 흠집나거나 면도기 발진을 일으키지 않도록 주의하여 직사각형 패턴으로 면도하십시오. 상피상 리도카인 (4 mg /kg)과 부피바카인 (2.5 mg / kg)을 사용하여 면도 부위에 국소 마취를 투여하십시오.
- 포비동 요오드와 멸균 면봉이 있는 70% 에탄올 스크럽을 번갈아 가며 목을 준비합니다. 포비도 요오드와 70 % 에탄올이 각각 교대로 3 배 가되도록 스크럽을 반복하십시오.
- 발가락 핀치 반사의 부재를 통해 마취의 깊이를 확인합니다. 마취의 수술 평면에 필요한 최소 비율로 이소플루란의 수준을 유지합니다. 목 부위를 노출시키는 멸균 일회용 컷아웃 커튼을 사용하여 동물을 드레이프합니다.
4. 양측 경동맥 결찰
- 메스 블레이드를 단독으로 #11 목 중앙에 1.5cm 미드라인 절개를 합니다. 미세 한 지혈과 곡선 집게를 사용하여 왼쪽 경동맥까지 무뚝뚝하게 해부합니다. 연관된 신경 혈관 번들에서 동맥을 해부하십시오.
- 한 쌍의 곡면 미세 집게를 사용하여 동맥 아래에 멸균 된 5-0 실크 봉합사의 10cm 길이를 통과합니다. 봉합사를 반으로 자른다. 두 길이의 봉합사를 단단히 묶어 서 적어도 2 mm를 매듭 사이에 남겨 두어 동맥을 분리하십시오. 봉합사 사이에 왼쪽 경동맥을 트랜스, 신경을 그대로 두고주의.
- 오른쪽에 있는 해부를 반복합니다. 하나의 멸균 1/8 인치 탯줄 넥타이로 오른쪽 경동맥을 가역적으로 리게이트합니다. 외과 용 피부 클립으로 상처를 닫습니다.
- 저산소증 전에 적어도 30 분 동안 온도 조절 수조에서 동물이 회복될 수 있도록 하십시오.
참고: 동맥이 신경 혈관 번들의 나머지 부분에서 완전히 격리되지 않는 경우에, 증가한 사망은 전또는 나중에 저산소증 도중 보일 수 있습니다.
5. 순차 저산소증, 하이폭시증 및 저산소증
- 저산소증과 하이옥시아 동안, 센티넬 동물의 저산소증 시 37°C에서 직장 온도를 유지하기 위해 필요에 따라 수조 온도를 변경합니다.
- 부상 그룹에 동물을 수조 내의 밀폐 된 챔버에 놓습니다. 적어도 하나의 센티넬 동물의 직장 온도뿐만 아니라 챔버 내의 산소 농도를 지속적으로 모니터링합니다. 가습 된 9 % 산소 (91 % 질소)로 챔버를 세척 한 다음 챔버 크기에 따라 3-5 L / min의 유량을 유지하십시오. 챔버의 산소 농도가 9 %에 도달하면 30 분 동안 계속하십시오.
- 30분 후, 가스 공급을 80% 가습 산소(20% 질소)로 전환하고, 챔버가 유량 및 챔버 크기에 따라 목표 농도에 도달할 수 있도록 한다. 하이독시 30분 동안 계속합니다. 챔버를 열어 실내 공기와 평형화하여 노르목시에 더 빠르게 도달할 수 있습니다.
- 챔버를 밀봉하고 9 % 가습 산소로 플러시하십시오. 지속적으로 지속적으로 서면증을 표시 하는 동물의 메모를 복용, 시각적으로 모든 동물을 모니터링. 챔버의 산소 농도가 9 %에 도달하면 30 분 동안 계속하십시오. 어떤 동물에서저산소내 사망률(호흡정지)이 30분 주기가 끝나기 전에 나타나면, 저산소증을 즉시 종료한다.
6. 오른쪽 경동맥 결찰의 반전
- 동물을 수술 부위로 복귀시키고, 100% 산소와 균형잡힌 3% 이소플루란의 혼합물로 마취를 유도한다. 마취를 코콘으로 옮기고 이소플루란 수준을 2-3%로 줄이십시오. 수술 상처 클립을 제거하고 포비도 요오드로 상처 부위를 다시 준비하십시오. 발가락 핀치 반사의 부재를 통해 마취의 깊이를 확인합니다. 마취의 수술 평면에 필요한 최소 비율로 이소플루란의 수준을 유지하십시오. 목 부위를 노출시키는 멸균 일회용 컷아웃 커튼을 사용하여 동물을 드레이프합니다.
- 곡선 집게를 사용하여 오른쪽 경동맥에서 탯줄 테이프를 식별하고 풀습니다. 외과 용 피부 클립으로 상처를 닫습니다.
7. 복구 및 온도 관리
- 간호 및 회복을 위해 모든 키트를 60 분 동안 질에 반환하십시오. 60 분 후, 36-37 °C에서 직장 온도를 유지하기 위해 필요에 따라 수온을 조정, 6 시간 동안 37-40 °C에서 수조에 부상 동물을 반환합니다. 그들의 질에 키트를 반환합니다.
- 수술 후 10-14 일 수술 클립을 제거 (P27-P31).
8. 반사 테스트
- P21-P28에서 매일 모든 반사 테스트를 수행하고 P28-P42에서 주당 최소 3회, 노출(또는 치료) 그룹에 눈을 멀게 합니다. 반사 테스트 전에 열 지원 (37 °C 수조, 열 패드 등)이있는 챔버에 키트를 1 시간 동안 놓습니다. 각 테스트에 대해 다음 키트를 테스트하기 전에 키트당 모든 시험을 완료하십시오.
- 네거티브 지오택시(25°)
- 평평한 보드(16 1/2in x 12in.)를 흡수성 벤치탑 보호기로 감아 물체에 싸서 보드가 테이블과 함께 25° 각도를 형성되도록 합니다. 키트를 보드에 놓고 내리막길을 향하여 보드위로 약 75%를 향합니다.
- 키트의 본체가 직선이고 네 개의 발이 모두 보드를 놓기 전에 보드에 고정되어 있는지 확인하십시오. 키트가 배치되는 즉시 시간 평가를 시작합니다.
- 키트가 시작 위치를 기준으로 본체를 90° 회전하는 시간을 기록합니다. 키트가 본체를 180° 회전하고 보드 상단을 향해 한 걸음 더 나아가는 시간을 기록합니다. 다음 테스트로 이동하기 전에 25° 경사에서 3번의 시험을 수행합니다.
- 네거티브 지오택시(45°)
- 이전에 설명한 네거티브 지오탁시스 테스트의 3번의 시험을 다시 수행하, 이번에는 보드가 45° 각도로 설정되어 있습니다.
- 절벽 혐오
- 패딩 플랫폼이 선반 아래 1피트 정도 배치하여 키트가 떨어질 경우 부상을 최소화합니다.
- 키트를 랩 벤치의 가장자리를 향하고 수직으로 놓습니다. 앞발이 가장자리와 플러시되어 키트 본체가 곧게 펴지도록 합니다. 키트가 배치된 순간부터 시간 평가를 시작합니다. 절벽에서 멀리 의식적인 움직임과 조정 된 걷기를 포함하지 않는 다른 자발적인 움직임을 구별하기 위해주의하십시오.
- 키트가 몸체를 가장자리에서 멀리 이동하는 시간을 기록합니다(키트 백업, 본체 회전 또는 앞다리 모서리를 가장자리에서 멀리 이동하는 것으로 정의). 키트가 가장자리의 반대 방향으로 첫 번째 단계를 완료하는 시간을 기록합니다(가장자리를 향한 시작 위치에서 90° 회전을 지나면 방향 또는 각도로 정의).
- 다음 테스트로 이동하기 전에 키트 당 3 절벽 혐오 시험을 수행합니다.
- 오른쪽 반사
- 키트 를 벤치에 놓고 그 위치에 부드럽게 잡고 놓기 전에 스톱워치를 동시에 시작하십시오. 키트가 무게 베어링 위치에서 벤치에 대해 동시에 평평하게 4개의 발을 모두 가지고 휴식을 취하는 시간을 기록합니다. 키트가 모든 방향으로 전체 단계를 수행하는 시간을 기록합니다(몸체의 회전이나 끌기 없이 주어진 방향으로 진행을 달성하기 위해 네 발 모두의 배치로 정의).
- 동물 당 올바른 반사 테스트의 5 시험을 수행합니다.
- 모든 키트가 5 개의 올바른 반사 시험을 완료 한 후, 질에 쓰레기를 반환합니다.
9. 캣워크 테스트
- P42에서 질에서 키트를 제거합니다. 테스트 하기 전에 약 10 분 플라스틱 케이지에 키트를 배치, 그래서 그들은 환경에 적응할 수 있습니다. 테스트 룸에서 조명을 끄면 주변 광이 좁은 통로 기능에 영향을 미치지 않습니다.
- 관련 소프트웨어에서 새 실험을 만듭니다. 최대 실행 시간이 10.00초를 초과하지 않도록 실험 설정을 조정하고 최소 실행 지속 시간이 1.50초 미만이 되도록 최대 속도 변동을 설정하여 60%를 초과하지 않도록 합니다. 각 동물에 대해 최소 3개의 준수 실행 요구 사항을 설정합니다.
- 동물의 크기에 따라 보도의 폭을 조정하여 회전을 막을 수 있을 만큼 좁게 유지하면서 벽을 건드리지 않고 자유롭게 locomote 할 수 있도록합니다. 자동 검색을 사용하여 검색 설정 프로필 탭에 새 검색 설정을 추가합니다. 지정된 연령의 모든 쓰레기와 동물에 대해 동일한 감지 설정을 사용합니다.
- 보풀이 적은 종이 티슈와 70% 에탄올로 각 동물을 완전히 청소합니다. 검출 및 분류의 정확성을 향상시키기 위해 정기적으로 페렛의 발을 청소합니다. 산책로와 동물이 준비되면 시험 취득을 시작합니다.
- 발자국이 유리에 축적되거나 동물이 소변이나 대변을 통과하는 경우 좁은 통로를 청소하기 위해 수집을 일시 중지합니다. 미리 결정된 실험 설정에 따라 좁은 통로 소프트웨어가 세 가지 호환 실행을 인식하면 수집을 중지합니다.
10. 오픈 필드 테스트 (P42)
- 비 다공성 아크릴 상자 (55cm x 55cm x 40cm 높이)를 사용 하 여 매트 화이트 로 칠 하 고 있습니다. 카메라가 상자 바로 위에 있고 네 개의 벽이 모두 캡처되도록 카메라를 배치합니다. 처음 사용하기 전과 동물 사이에 70% 에탄올로 시험장청소를 하십시오.
- 관련 소프트웨어에서 새 템플릿을 선택하고 미리 정의된 템플릿을 적용합니다. 주제 유형을순차적으로 선택하여 설정 절차를 계속합니다. 아레나 템플릿: 오픈 필드, 광장; 영역 템플릿: 중심, 테두리, 모서리; 추적할 특징: 중심점.
- 아레나 설정을 열고 카메라 입력에서 배경 이미지를 캡처하여 아레나 벽의 상단이 보이도록 합니다. 배율 도구를 사용하여 경기장의 치수를 보정합니다.
- 벽 영역(NW, NE, SW, SE) 및 바닥 영역(왼쪽 상단, 중간 상단, 오른쪽 상단, 왼쪽 가운데, 중앙, 오른쪽 중간, 왼쪽 하단, 왼쪽 아래쪽, 오른쪽 아래쪽)에 맞게 윤곽선을 조정하여 미리 정의된 아레나 영역을 조정합니다. 영역이 겹치지 않는지 확인하려면 설정의 유효성을 검사합니다.
- 취득 창을 열고 획득 시작을 누릅니다. 모든 시험 대상에 대해 일관된 방식으로 페렛을 테스트 경기장의 중앙에 배치합니다. 페렛이 경기장 전체에서 5분 동안 자유롭게 움직일 수 있도록 합니다. 테스트 기간이 끝나면 획득 중지를 누릅니다. 다음 페렛으로 절차를 반복합니다.
참고: 방에있는 모든 실험자는 페렛에 의해 관찰 할 수 있도록 자신을 배치하고 테스트 기간 동안 조용히 유지해야합니다.
11. 고정 관류
- P42에서는 5% 이소플루란으로 키트를 깊이 마취시다. 펜토바르비탈 과다 복용 (120-150 mg/kg i.p.)을 투여하십시오. 발가락 꼬집기에 대한 반응부족과 호흡운동의 상실로 깊은 마취를 보장한다.
- 동물을 연기 후드로 옮김. 흉부를 열고 미세 한 지혈을 사용하여 내림차순 대류를 고정합니다. 오른쪽 아트리움을 잘라. 관류 펌프를 사용하여 좌심실을 30 mL/min의 속도로 60 mL/min의 속도로 좌심실을 30 mL/min의 속도로 60 mL (10% 포름알데히드)로 퍼퓨즈합니다.
- 시체를 참수하고 가위, 집게, rongeurs 및 주걱을 사용하여 두개골에서 뇌를 제거하십시오. 각 뇌의 등, 복부 및 측면 측면의 고해상도 사진을 촬영합니다. 적어도 48 시간 동안 포르말린에서 뇌를 사후 수정하십시오.
12. 전 생체 뇌 측정
- 포르말린에서 뇌를 제거하고 (11.3 단계) 여분의 액체를 흡수하기 위해 종이 타월에 놓습니다.
- 전자 캘리퍼스를 사용하여 캘리퍼스의 팁을 뇌의 등가 및 복부 측면에 배치하여 뇌의 높이를 측정합니다. 후각 전구와 후두 엽의 가장 후방 테두리에 캘리퍼스의 팁을 배치하여 뇌의 길이를 측정합니다. 캘리퍼스의 팁을 측두엽의 가장 측면 부분에 배치하여 뇌의 폭을 측정합니다. 뇌의 무게를 측정합니다.
- 경도 균열(십자화과 의 전방 및 후방), 측면 설시, 슈프라실비안 설치, 코로날 설치, 슈도실비안 설치, 안시나테 설시, 십자화과 설시, 프레시안 설시, 측면 자이리, 수프라실비, 수프라실비 전방 및 후방), 관상 자이리, ectosylvian gyri (전방 및 후방), 그리고 궤도 자이리. 해당 황액의 가장 뚜렷한 부분의 시작과 끝에서 모든 황을 측정합니다. 각 해당 자이러스의 가장 넓은 측면에서 모든 자이리를 측정합니다.
- 캘리퍼스의 한 팁을 세로 균열의 가장 후방 지점에 놓고 캘리퍼스의 다른 팁을 소뇌의 가장 후방 부분에 배치하여 노출 된 소뇌의 양을 측정하십시오.
참고: 페렛 뇌 아틀라스는 페렛14의생물학 및 질병에서 발견된 바와 같이, 생체 내 페렛 뇌 측정을 개발하는 데 사용되었다.
13. 총 부상 점수
- 11.3.단계에서 찍은 사진을 사용하여 13.2-13.4 단계의 채점 기준을 적용하여 노출 (또는 치료) 그룹에 눈을 멀게하는 동안 총 뇌 손상 (0-9 척도)을 평가합니다.
- 세로 균열을 평가합니다. 정상으로 나타나면 0점을 할당합니다. 약간 넓어지면(정상 너비의 약 2배), 균열 길이에 따라 폭의 증가가 불완전하면 1의 점수를 할당합니다. 적당히 넓어지면(보통 약 2-3배) 2점을 할당합니다. 균열의 길이의 대부분을 따라 눈에 보이는 간격 >3배 정상 너비와 함께 현저하게 넓혀지면 3의 점수를 적용합니다.
- 측면 황치를 평가합니다. 그들은 측면 자이리와 suprasylvian gyri의 분리와 함께 정상적인 정의를 표시하는 경우, 0의 점수를 할당합니다. 황액의 온화한 일방적 또는 양측 감소된 정의가 보인 경우에, 특히 꼬리 부분에서, 후두 엽에 상대하여 전두엽 및 측두엽의 최소한의 협합과 함께, 1의 점수를 할당합니다.
- 설시의 적당히 감소된 정의가 보인 경우에, 수프라실비안 자이리의 불경기, 관상 동맥 및 ectosylvian 자이리의 협화, 및 후두엽에 비해 전두엽및 측두엽의 경미한 협합, 2의 점수를 할당한다. 일방적 인 낭포 성 변성을 볼 경우, 반대 쪽 반구의 최소한의 변화와 함께, 3의 점수를 할당. 측면 황치의 가난한 정의가 존재하는 경우, 후두 엽의 양측 낭포 성 또는 심한 변성, 4의 점수를 할당.
- 소뇌의 가시 부분을 평가합니다. 정상으로 나타나는 경우(vermis의 75%와 반구의 <66%가 보이는 경우 0의 점수를 할당합니다. 75-90%의 초록과 반구의 ≥66%가 보이는 경우, 1의 점수를 할당합니다. 소뇌의 대부분이 보이는 경우, 모든 vermis및 반구의 ≥66 %를 보여주는, 2의 점수를 할당.
14. 데이터 분석
- 반사 테스트 데이터의 경우 실패 점수를 61s로 할당하여 시간 종료(60s)의 성공과 비교할 수 있지만 통계 분석에서는 순위가 더 나빠도 됩니다. 각 반사 테스트에서 시간이 지남에 따라 각 동물의 곡선 아래 영역을 계산합니다.
- 동물의 무게에 의해 압력의 발 크기를 포함하는 좁은 통로 데이터를 조정합니다.
- 비파라메트릭 통계 방법을 사용하여 데이터를 분석하여 중앙값 및 수문 간 범위(IQR)를 사용하여 데이터를 설명합니다.
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Representative Results
34마리(n=18마리, n=16암컷) 동물중 모욕에 노출된 6마리의 동물, 8마리의 동물(24%; 4마리, 4마리의 암컷) 중 2차 저산소증 기간(n=5), 온도 관리(n=2) 동안, 또는 모욕 후 하룻밤 동안 사망한 동물(n=1). 부상당한 그룹에서, 26 명의 생존자 중 9 명 (35 %) 눈에 띄는 부상을 입었습니다. 5마리의 동물(n=5마리)은 중등도의 부상을 입었으며, 4마리의 동물(n=2마리, n=2암컷)은 각각 2-5 및 6-9의 총 병리학 점수로 정의된 심각한 부상을입었다(도 2A). 따라서 모욕에 노출된 동물은 사망 또는 중대한 상해의 50%의 위험이 있습니다. 증가 부상, 측두엽 및 / 또는 후두 엽에서 자이리의 축소가 볼 수있다, 관련 황색 단축과 함께, 세로 균열의 확대, 가장 심각하게 부상 동물낭포 조직 손실영역의 넓은 영역(그림 2B). 살아남은 부상당한 동물(n=26; n=14 마리, n=12 암컷)에서, 소뇌의 현저하게 더 큰 노출이보입니다(도 3A),경도 균열의 쇼트닝(도3D). 또한 관상 동맥 및 전방 에토실비안 자이리(그림3B,E)의유의한 협거짐뿐만 아니라 측면 및 수프라실비안 설치의 단축(도3C,F)이있다. 평균(IQR) 뇌 체중은 대조군 동물에서 8.1 g(7.9-9.7g, n=6)이었고, 부상당한 동물에서 7.0 g(6.5-7.7 g)이었다(n=26, p=0.005). 대조군 동물에서, 중앙값(IQR)의 뇌 길이는 27.5 mm(25.5-38.0 mm, n=26)에 비해 28.9mm(27.8-29.6 mm, n=6)였다(p=0.007). 비슷한 패턴은 뇌를 가로 질러 볼 수 있습니다, 중간 폭과 높이와 함께 5-7% 부상당한 동물에서 작은. 왼쪽과 오른쪽 모두에 해부학 구조는 반구 사이의 차이없이 유사한 방식으로 영향을받습니다. 해부학적 위치 묘사는 그림 1B를 참조하십시오. 반사 시험 기간(P21-P39)에 걸쳐, 부상당한 동물은 음의 지리택시작업(그림 4A)에서회전하는 시간이 느려지고, 절벽 에서 가장자리에서 멀리 회전하는 시간이 느려지는 것을 표시한다(그림4B),오른쪽으로 느린 시간(도4C). 좁은 통로에서, 부상당한 동물은 컨트롤과 비슷한 평균 속도를 가지고(그림 5A),하지만 각 실행 동안 속도 변화의 상당히 큰 정도를 표시(그림 5B). 앞발과 뒷발 사이의 무게 조정 거리는 부상당한 동물에서 훨씬 더 큽니다(그림 5C),앞발을 통해 단위 발 영역당 가해지는 압력이 적습니다(그림 5D). 오픈 필드에서, 부상당한 동물은 적은 총 거리를 커버(그림 6A),더 자주 중지(그림 6B). 그들은 필드의 중심에 훨씬 더 많은 시간을 보내고, 모서리에 적은 시간(그림 6C, D). 대조군과 부상당한 동물의 대표적인 열지도는 그림 7A, B에나와 있습니다.
그림 1: 타임라인. P17에, 동물은 양측 경동맥 결찰을 겪기 전에 3 mg/kg LPS를 투여하고 각각 30 분 (평형 챔버에 대한 시간을 포함하지 않음) 저산소증 (9 % 산소), hyperoxia (80 % 산소) 및 저산소증 (9 %). 오른쪽 경동맥 결찰은 그 때 반전됩니다. 동물은 부상 후 기간에 둥지에서 자발적으로 저체온이되지 않도록 하기 위해 6 시간의 노르보열혈증에 노출됩니다. 반사 테스트는 P21-P28에서 매일 수행되며 P28-P42에서 일주일에 세 번 수행됩니다. P42에서는 동물을 희생하기 전에 좁은 통로와 열린 들판에서 실험합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 대표적인 부상 분포 및 묘사. (A)6 개의 리터 메이트 대조군과 비교하여 부상당한 그룹에서 26 명의 생존자 (n = 14 남성, n = 12 여성)로부터 총 상해 점수. 5마리의 동물(n=5마리)은 중등도의 부상을 입었으며, 4마리의 동물(n=2마리, n=2암컷)은 각각 2-5 및 6-9의 총 병리학 점수로 정의된 심각한 부상을 입었다. 그래프는 보병 범위의 중앙값을 표시합니다. (B)제어 뇌 (왼쪽 패널, 점수 0), 뇌가 왼쪽에서 오른쪽으로 9의 총 가능한 점수 중 2, 5 및 8의 총 상해 점수를 증가 묘사와 함께. 대조뇌는 특히 부상에 취약한 해부학적 구조를 보여줍니다. 1 = 세로 균열, 2 = 측면 황액, 3 = suprasylvian 황, a = 코로나 자이러스, b = 전방 ectosylvian 자이러스. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 대표적인 뇌 측정. 대조군(n=6)에 비해, 부상당한 동물(n=26)은소뇌(A)의노출이 현저히 증가하였고, 세로 균열(D)의 단축, 관상 동맥의 협소(B) 및 전방 에토실비안(E)의 축소, 측면의단축(C)및 수프라실비안(F)을 표시한다. 그래프는 사분위수 범위의 중앙값을 표시합니다. * p < 0.05 (윌콕슨 만 - 휘트니 U 테스트)를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 대표적인 반사 개발. 대조군(n=6)과 비교하여, 부상당한 동물(n=26)은 음의지질학적(A),절벽혐오(B),및 우측반사(C)의느린 발달(곡선 아래 영역, AUC)을 표시한다. 그래프는 사분위수 범위의 중앙값을 표시합니다. * p < 0.05 (윌콕슨 만 - 휘트니 U 테스트)를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 대표적인 패션쇼 결과. 대조군(n=6)과 비교하여, 부상당한 동물(n=26)은 비슷한 평균페이스(A)로걷지만, 보행 시 속도의 변동성이 더크다(B). 부상당한 동물은 또한 단위면적(D)당더 적은 압력을 가하면서 더 긴 평균 인쇄위치(C)를표시합니다. 그래프는 사분위수 범위의 중앙값을 표시합니다. * p < 0.05 (윌콕슨 만 - 휘트니 U 테스트)를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: 대표적인 오픈 필드 동작. 대조군(n=6)에 비해, 부상당한 동물(n=26)은 더 작은 총거리(A)를커버할 뿐만 아니라 더 자주 정지한다(B). 부상당한 동물은 또한 코너(D)보다중앙(C)에서더 많은 시간을 보낸다. 그래프는 사분위수 범위의 중앙값을 표시합니다. * p < 0.05 (윌콕슨 만 - 휘트니 U 테스트)를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7: 대표적인 오픈 필드 히트 맵. (A)제어 여성,(B)부상 여성. 부상당한 동물은 열린 들판 내에서 상당히 작은 거리를 커버합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
페렛 뇌와 인간의 뇌 사이에 공유되는 물리적 및 발달 적 유사성으로 인해 페렛은 성인 및 발달 뇌 손상을 모델링하는 데 점점 더 사용되고 있습니다. 8,9,10,11,12. 그러나, 현재까지의 연구는 페렛 뇌가 눈에 보이는 병리학 적상해10,12의설정에서도 시간이 지남에 따라 감소하는 행동 적자와 함께 초기 부상뿐만 아니라 높은 플라스틱에 모두 저항한다는 것을 시사한다. 여기에서, 우리는 생존자에 있는 중요한 양측 상해 그리고 지속적인 행동 적자 귀착되는 늦은 preterm 동등한 페렛에 있는 염증 과민성 저산소 허혈성 (HI) 두뇌 상해의 첫번째 모형을 기술합니다. 어떤 전임상 모형과 마찬가지로, 목표는 임상으로 preterm 유아에 의해 생기는 노출을 정확하게 재현하는 것이 아니라, 조기 뇌 손상에서 관련시키기 위하여 생각된 기계론적인 요인의 합류를 제공하기 위한 것이었습니다. 이들은 염증, 저산소증 및 산화 스트레스7을포함합니다.
우리의 페렛 모델에서 LPS 투여의 한 가지 중요한 측면은 저산소증 전에 약 4 시간 주어진 단일 고용량입니다. LPS 노출은 노출 후 약 4시간 동안 순환염증성 사이토카인 피크를 초래하며, 이는 저산소증-허혈에 대한 뇌의 감작에 해당하며, 뇌 손상의 현저한증가(15,16,17)를초래한다. 염증성 사이토카인 방출의 유사한 시간 과정(LPS 노출 후 피크 TNF-α 및 IL-6 방출 2-4 시간)은 단막된 페렛 말초 혈액 단핵세포(18)에서볼 수 있다. 단일 수술 설정을 가정, 수술시작 전에 LPS 를 투여 30-60 분 12-15 양측 경동맥 결찰을 수행하고 LPS 투여 후 첫 번째 저산소증 노출을 시작하는 적절한 시간을 허용 4 시간. 모델 개발 중, 5 mg/kg의 LPS 복용량은 처음에 사용 되었다, 우리의 P10 부상 모델에 설명 된 대로12. 그러나, 이 LPS 복용량은 necropsy에 중요한 저산소 내 사망률 및 폐 부종과 연관되었다. 사망률과 폐 부종 은 LPS 복용량을 3 mg /kg로 감소시킴으로써 감소되었습니다.
저산소증 노출 도중, 요인의 수는 또한 사망의 상부를 방지하는 동안 중요한 총 상해를 지키기 위하여 결정적인 것처럼 보입니다. 실험실 페렛이 배반되기 때문에, 쓰레기에 걸쳐 저산소증 내성에 내재 된 가변성이있다. 우리의 경험에서, 동물을 교차 육성 하거나 같은 저산소증 챔버에서 다른 쓰레기에서 동물을 결합 주로 가장 취약 한 쓰레기에서 더 큰 동물 또는 동물의 초기 죽음 결과. 대상 30 분 저산소증 노출 및 저산소증이 조기에 중단되기 전에 더 취약한 동물이 죽으면 덜 취약한 쓰레기에서 작은 동물이 최적이 아닌 저산소증 노출을 받게되며 심각한 부상을 입을 가능성은 낮습니다. 결과적으로, 동물의 각 쓰레기는 자신의 별도의 챔버 내에서 저산소증에 노출되어야한다. 두 번째 저산소증 기간은 우리가 이전에 설명 한 반복 모델 개발 프로세스의 일부로 추가되었다12. 단 하나 저산소증 기간은 길이에 관계없이 중요한 상해 없이 죽음 또는 생존에서 귀착되었습니다.
페렛은 심각한 뇌 손상을 보이지 않고 급성 저산소증 또는 양측 경동맥 결찰의 장기간을 견딜 수 있기 때문에, 우리의 현재 가설은 hyperoxia의 기간이 높은 신진 대사와 혈관 확장을 촉진한다는 것입니다. 두 번째 저산소증 기간 동안 뇌 허혈. 모델의 가변성을 최소화하기 위해 P15에 우리 시설에 도착한 8개의 페렛의 사전 주문된 성균형 쓰레기를 사용했습니다. 각 쓰레기에서, 6-7 동물은 하나의 챔버 내에서 저산소증 다음 수술을 받았다.
저산소증과 오른쪽 경동맥 결찰의 반전 후, 동물은 장기간 부상 프로토콜에서 탈수및 저혈당의 위험으로 인해 사료를 주기 위해 잠시 동안 질로 돌려보내야합니다. 온도 관리 기간 동안 상당한 사망률을 경험하는 경우, 동물은 6 시간 동안 수조에 배치되기 전에 추가 유체 소생 (피하 식염수 및 / 또는 수식및 물로 먹이)이 필요할 수 있습니다. 온도 관리 기간은, 그러나, 동물이 둥지에 있는 상대적인 저체온증에서 신경 보호를 경험할 수 있기 때문에, 장기 상해의 중요한 결정자입니다. 저체온증의 이 리스크는 적어도 부분적으로 페렛 (60-70 °F)에 요구되는 주거 조건의 낮은 온도 때문입니다.
기술된 행동 시험은 주로 실험실 내에서 개발되었습니다, 이전에 개발ferret19에기술된 반사 시험에 있는 몇몇 기초로, 성인 설치류에서 적응된 좁은 통로 및 열린 필드 시험은 청소년 페렛에서 이용되기 위하여. 다른 그룹은 또한 외상성 뇌 손상 후 성인 페렛에서 열린 필드, 미로 및 보행 검사를기술했다 10,뿐만 아니라 성인 페렛에서 사회적 상호 작용에 자궁 염증의 효과20. 긴 금식 기간은 그들의 짧은 창자 통과 시간 때문에 ferrets에서 추천되지 않더라도, 시험의 어떤이 시험의 앞에 소변과 대변을 통과할 수 있도록 하기 위하여 유리하기 전에 30-60 분 동안 동물 운반대에 두십시오. 페렛은 본질적으로 호기심 많은 동물이기 때문에 이러한 행동 테스트에서 설치류와 는 반대로 행동합니다. 이것은 특히 조명과 소리, 특히 다른 페렛 보컬 ("낙서")의 녹음이 앞으로 걸어 페렛을 동기를 부여하는 데 사용할 수있는 좁은 통로에서 특히 분명하다.
현재 프로토콜에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. P10 페렛12에서이전에 개발된 방법을 사용하여 반복적으로 개발되었기 때문에, 우리는 현재 LPS, 저산소증, hyperoxia 및 재관류의 상대적 기여도를 최종 정도의 부상에 대해 알지 못한다. 그러나, 여기에 설명된 방법의 개발은페렛(21)에서원래의 Vannucci 모델(일방적인 경동맥 결찰과 저산소증의 단일 기간)을 사용하는 것을 포함하고 있으며, 이는 어떤 심각한 부상도 초래하지 않았다는 것을 주목할 필요가 있다. 따라서, 부상 프로토콜의 여러 부분 간의 상호 작용은 지속적인 부상에 필요할 가능성이 높습니다. 그럼에도 불구하고, 살아남은 동물의 총 상해에 뚜렷한 가변성이 남아 있으며, 이는 또 다른 잠재적 한계입니다. 심각한 심한 부상이없는 동물은 MRI 또는 조직 병리학12를사용하여 발견 할 수있는 부상을 가질 수 있지만, 모델에 대한 향후 작업은 영구적 인 양측 경동맥 결찰을 사용하여 예를 들어 상당한 부상을 유지하는 동물의 수를 늘리기 위한 반복을 포함합니다. 마지막으로, 이 모형이 발달 뇌 손상을 위한 putative 신경 보호 치료를 시험하기 위하여 최대로 유용하기 위하여, 인간 신생아에 있는 HI 두뇌 상해의 처리를 위해 설치되거나, 신생아 뇌 손상의 그밖 동물 모형의 범위에서 성공한 신경 보호 에이전트의 효험을 평가해서 검증되어야 합니다. 미래 연구는 따라서 성기반 치료 반응 및 ex vivo MRI12를포함하는 이 모델에서 치료저체온증 및 에리스로포이에틴의 효능을 평가할 것이다.
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Disclosures
저자는 공개 할 것이 없다.
Acknowledgments
모델의 개발은 빌과 멜린다 게이츠 재단뿐만 아니라 NIH 보조금 5R21NS093154-02 (NICHD)에 의해 지원되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 80% Oxygen | Praxair | ||
| 9% Oxygen | Praxair | ||
| Absorbent benchtop protector | Kimtech | 7546 | |
| Automated catwalk | Noldus | ||
| Betadine surgical scrub | |||
| Bupivacaine | Patterson Veterinary | 07-888-9382 | |
| Buprenorphine | |||
| Calipers | SRA Measurement Products | ME-CAL-FP-200 | 200 mm range, 0.01 mm resolution |
| Cotton Gauze Sponge | Fisher Scientific | 22028556 | |
| Curved fine hemostat | Roboz | RS-7101 | |
| Curved forceps | World Precision Instruments | 501215 | |
| Curved suture-tying hemostat | Roboz | RS-7111 | |
| Ethovision tracking software | Noldus | ||
| Eye Lubricant | Rugby | NDC 0536-1970-72 | |
| Ferrets (Mustela putorius furo) | Marshall Biosciences | Outbred (no specific strain) | |
| Formalin | Fisher Scientific | SF100-4 | 10% (Phosphate Buffer/Certified) |
| Hair Clippers | Conair | GMT175N | |
| Insulin Syringes | BD | 329461 | 0.3 cc 3 mm 31 G |
| Isoflurane | Piramal | 66794-017-25 | |
| Lidocaine | Patterson Veterinary | 07-808-8202 | |
| LPS | List Biological | LPS Ultrapure #423 | |
| Oxygen sensor | BW Gas Alert | GAXT-X-DL-2 | |
| Pentobarbital | |||
| Plastic chamber | Tellfresh | 1960 | 10 L; 373 x 270 x 135 mm3 |
| Saline Solution, 0.9% | Hospira | RL-4492 | |
| Scalpel blade | Integra Miltex | 297 | |
| Scalpel handle | World Precision Instruments | 500236 | #3, 13 cm |
| Sterile suture | Fine Science Tools | 18020-50 | Braided Silk, 5/0 |
| Surgical clip applicator | Fine Science Tools | 12020-09 | |
| Surgical clip remover | Fine Science Tools | 12023-00 | |
| Surgical drapes | Medline Unidrape | VET3000 | |
| Surgical gloves | Ansell Perry Inc | 5785004 | |
| Surigical clips | Fine Science Tools | 12022-09 | |
| Thermometer (rectal) | YSI | Precision 4000A | |
| Thermometer (water) | Fisher Scientific | 14-648-26 | |
| Umbilical tape | Grafco | 3031 | Sterile |
| Water bath | Thermo Scientific | TSCOL19 | 19 L |
References
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