Summary
Метод описывает воспаление-сенсибилизированных гипоксико-ишемической и гипероксической черепно-мозговой травмы в хорька P17 для моделирования сложного взаимодействия между длительным воспалением и окислительной травмы головного мозга опытных в ряде поздних недоношенных младенцев.
Abstract
Существует постоянная потребность в клинически значимых моделях перинатальной инфекции и гипоксии-ишемии (HI), в которых для тестирования терапевтических вмешательств для младенцев с неврологической сиквелой недоношенных. Хорьки являются идеальными кандидатами для моделирования недоношенного человеческого мозга, так как они рождаются лиссенцефалическими и развивают гиренцефалический мозг послеродового. При рождении, развитие мозга хорька похож на 13 недель человеческого плода, с послеродового дня (P) 17 комплектов считается эквивалентным младенца на 32-36 недель беременности. Мы описываем модель травмы в хорьке P17, где за липополисахаридом следует двусторонняя ишемия головного мозга, гипоксия и гипероксия. Это имитирует сложное взаимодействие длительного воспаления, ишемии, гипоксии и окислительного стресса, испытываемого у ряда новорожденных, у которых развивается черепно-мозговая травма. Раненые животные отображают ряд грубых тяжестей травмы, с морфологическими изменениями в головном мозге, включая сужение нескольких корковых гиров и связанных с ними сульци. Травмированные животные также показывают замедление рефлекторной разработки, более медленный и более переменной скорости передвижения в автоматизированном подиуме, а также снижение разведки в открытом поле. Эта модель обеспечивает платформу, в которой для тестирования putative терапии для младенцев с неонатальной энцефалопатии, связанные с воспалением и HI, изучение механизмов травмы, которые влияют на развитие корки, и исследовать пути, которые обеспечивают устойчивость в не затронутых животных.
Introduction
Существует постоянная потребность в крупных животных моделей, которые отражают патофизиологию недоношенных и перинатальной гипоксии-ишемии, в которой терапевтические вмешательства для младенцев могут быть проверены. В 2017 году 9,93% из 382 726 младенцев, родившихся в Соединенных Штатах, родились недоношенными, и 84% из этих детей родились между 32 и 36 неделями беременности1. У недоношенных детей, перинатальное воздействие инфекции или воспаления является общим, где материнская иммунная активация из-за вирусных или бактериальных патогенов может инициировать преждевременные роды. Послеродовой, недоношенные дети подвергаются высокому риску раннего или позднего начала сепсиса2. Недоношенные младенцы также часто испытывают периоды гипоксии, гипотонии и гипероксии из-за их незрелой кардиореспираторной системы, повышенного кислородного напряжения в атмосфере по сравнению с теми, которые испытывают внутриутробно, и ятрогенных воздействий. Кроме того, у недоношенных детей антиоксидантная защита незрелая3, а проапоптотические факторы естественным образом регулируются4. Оксидативный стресс и клеточная смерть приводят к активации иммунной системы и нейровоспаления. Эти комбинированные факторы, как полагают, способствуют развитию и физиологической уязвимости мозга, и привести или усугубить энцефалопатию, связанную с плохими исходами развития у недоношенных детей5,6,7.
Из-за физического и развития сходства, что хорек мозга разделяет с человеческим мозгом, хорек является привлекательным видом, в котором моделировать черепно-мозговую травму8,9,10,11,12. Хорьки также являются идеальными кандидатами для моделирования недоношенного человеческого мозга, так как они рождаются лиссенцефалическими и развивают гиренцефалический мозг послеродового, что обеспечивает окно, в котором подвергать развивающийся мозг оскорблениям, которые имитируют те, с которыми сталкиваются младенцы, рожденные недоношенными. При рождении, развитие мозга хорька похож на 13 недель плода человека, с послеродового дня (P) 17 комплекты считаются эквивалентными младенцу на 32-36 недель беременности13.
Наша группа недавно опубликовала модель чрезвычайно преждевременных (Злт;28 недель беременности) черепно-мозговой травмы в P10 хорька путем объединения воспалительных сенсибилизации с Escherichia coli липополисахарида (LPS) с последующим воздействием гипоксии и гипероксии12. В следующем протоколе мы описываем позднюю преждевременную модель в хорьке P17, где за сенсибилизацизацией ЛПС следует двусторонняя церебральная ишемия, гипоксия и гипероксия. Это приводит к более тяжелой травмы в подмножество животных, и более тесно модели сложного взаимодействия длительного воспаления, ишемии, гипоксии и окислительного стресса опытных в ряде недоношенных младенцев, которые развиваются черепно-мозговой травмы.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Процедуры проводились в соответствии с Руководством NIH по уходу и использованию лабораторных животных и в рамках утвержденного протокола Институциональным комитетом по уходу и использованию животных Университета Вашингтона.
1. Администрация подготовки и LPS
ПРИМЕЧАНИЕ: Обратитесь к рисунку 1 для временной шкалы процедур.
- Перед начала процедуры, печать, стерилизовать и автоматизировать все хирургические инструменты и хирургические шторы. Подготовка предоперационных препаратов в стерильных флаконах. Рассчитайте скорость потока, необходимую для замены воздуха в камере гипоксии/гипероксии экспериментальным газом за 8-10 мин.
- Подготовка липополисахарида (LPS от E. coli 055:B5) в стерильных солизных растворение для получения концентрации 1 мг/мл. Удалите P17 хорька комплекты из их джиллс. Взвесьте и пронизите их. Рандомизация животных по мусору и секс для контроля или поврежденных (или лечения) групп.
- Используя 300 л инсулинового шприца, вводят 3 мг/кг LPS интраперитоневого в комплекты группы травм, и эквивалентный объем стерильного солей транспортного средства (3 л/г) для контроля животных.
- Поместите животных в камеру в водяной бане при температуре 37–40 градусов по Цельсию, чтобы поддерживать целевую ректальную температуру в 36–37 градусов по Цельсию на протяжении всего хирургических процедур.
2. Анестезия
- Во время процедуры постоянно следите за температурой, частотой дыхания и частотой сердечных приступов животного.
- Администрирование бупренорфин (0,05 мг/кг) подкожно 30 мин до хирургической процедуры. Индуцировать анестезию в смеси 3% изолюраниу, сбалансированную со 100% кислородом. Снимите комплект из индукционной камеры и поместите его на драпированные хирургического одеяла воды установлен до 37 градусов по Цельсию. Перенесите анестезию в носовой конус и уменьшите уровень изофруран до 2-3%.
3. Хирургическая подготовка
- Использование небольших клиперов животных удалить все волосы на брюшной области шеи. Бритье в прямоугольный узор с осторожностью, чтобы избежать nicking кожи или генерации бритвы сыпь. Администрирование местной анестезии в бритве с использованием интрейдертального лидокаина (4 мг/кг) и бупивакаина (2,5 мг/кг).
- Подготовка шеи путем чередования применения повидон-йод и 70% этанола скраб со стерильными ватными тампонами. Повторите скраб так, что повид-йод и 70% этанола применяются 3x в переменной моды.
- Подтвердите глубину анестезии через отсутствие рефлекса ног и щепотки. Поддержание уровня изофлуран на минимальном проценте, необходимом для хирургической плоскости анестезии. Используя стерильные одноразовые вырезы, которые разоблачают область шеи, драпировать животное.
4. Двусторонняя лигация артерий сонной артерии
- С одноразовым #11 скальпеля лезвие, сделать 1,5 см разрез средней линии в центре шеи. Используя мелкие гемостаты и изогнутые щипцы, грубо врезайся в левую сонной артерии. Вскрыть артерию от связанных нервно-сосудистых расслоение.
- Используя пару изогнутых тонких щипц, пройти зацикленный 10 см длиной стерильных 5-0 шелковый шов под артерией. Разрежьте шов пополам. Сватайте артерию, надежно связывая обе длины шва, оставляя не менее 2 мм между узлами. Переоборуй левую сонную артерию между швами, заботясь о том, чтобы оставить нерв нетронутым.
- Повторите вскрытие на правой стороне. Реверсивно ligate правой сонной артерии с одной стерильной 1/8 дюймовый пупочный галстук. Закройте рану хирургическими зажимами для кожи.
- Разрешить животному восстановиться в контролируемой температурой водяной бане, по крайней мере 30 минут до гипоксии.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если артерии не полностью изолированы от остальной части нервно-сосудистого пучка, повышенная смертность может быть замечена до или во время более поздней гипоксии.
5. Секвенциальная гипоксия, гипероксия и гипоксия
- Во время гипоксии и гипероксии, изменить температуру водяной ванны по мере необходимости для поддержания ректальной температуры при гипоксии при температуре 37 градусов по Цельсию в дозорных животных (ы).
- Поместите животных в группу травматизма в герметичную камеру в водяной бане. Постоянно контролировать концентрацию кислорода в камере, а также ректальную температуру, по крайней мере, одного дозорного животного. Промыть камеру с увлажненным 9% кислорода (91% азота), а затем поддерживать скорость потока 3-5 л / мин, в зависимости от размера камеры. После того, как концентрация кислорода в камере достигла 9%, продолжать в течение 30 мин.
- После 30 мин переключите газоснабжение на 80% увлажненный кислород (20% азота) и позвольте камере достичь целевой концентрации в зависимости от скорости потока и размера камеры. Продолжить в течение 30 минут гипероксии. Откройте камеру, чтобы позволить ей быстрее достичь нормоксии, уравновешись комнатным воздухом.
- Печать камеры, и заподлицо с 9% увлажненного кислорода. Постоянно следить за всеми животными визуально, принимая к сведению животных, которые отображают брадипнею. После того, как концентрация кислорода в камере достигла 9%, продолжать в течение 30 мин. Если внутригипоксическая смертность (респираторный арест) у кого-либо из животных наблюдается до конца 30-минутного периода, немедленно прекратите гипоксию.
6. Отмена правой сонной артерии Лигация
- Вернуть животных в хирургической области, и вызвать анестезию в смеси 3% изофруран сбалансированный со 100% кислорода. Перенесите анестезию в носовой конус и уменьшите уровень изофруран до 2-3%. Удалить хирургические зажимы раны и повторно подготовить рану области с повидон-йод. Подтвердите глубину анестезии через отсутствие рефлекса ног и щепотки. Поддерживайте уровень изофруран на минимальном проценте, необходимом для хирургической плоскости анестезии. Используя стерильные одноразовые вырезы, которые разоблачают область шеи, драпировать животное.
- Используя изогнутые щипцвые пущи, выявлять и развязывать пупочные ленты из правой сонной артерии. Закройте рану хирургическими зажимами для кожи.
7. Восстановление и управление температурой
- Верните все комплекты их jills в течение 60 минут, для ухода и восстановления. После 60 минут верните раненых животных в водяные ванны при температуре 37–40 градусов по Цельсию в течение 6 ч, регулируя температуру воды по мере необходимости для поддержания ректальной температуры на уровне 36–37 градусов по Цельсию. Вернуть наборы их джиллс.
- Удалить хирургические клипы 10-14 дней после операции (P27-P31).
8. Рефлекторное тестирование
- Выполняйте все рефлекторные тесты ежедневно от P21-P28, и по крайней мере 3x в неделю от P28-P42, оставаясь при этом слепым к воздействию (или лечения) группы. Перед рефлекторным тестированием поместите наборы в камеру с тепловой помощью (37 градусов по Цельсию, тепловая площадка и т.д.) на 1 ч. Для каждого теста, завершить все испытания на комплект перед тестированием следующего комплекта.
- Отрицательный геотаксис (25 ")
- Поместите плоскую доску (16 1/2 дюйма x 12 дюйма.) завернутый в абсорбирующим протектора скамейки против объекта, так что доска образует угол 25 "с таблицей. Поместите комплект на доске склонны и сталкиваются вниз, примерно 75% пути вверх по доске.
- Убедитесь, что тело комплекта является прямым и что он имеет все четыре лапы схватил против доски, прежде чем освободить его. Как только комплект размещен, начните оценку времени.
- Запишите время, когда комплект удается повернуть его тело 90 "относительно его исходного положения. Запишите время, в которое комплект вращает сяротку на 180 градусов и делает полный шаг к верхней части доски. Выполните 3 испытания на наклоне 25 градусов, прежде чем перейти к следующему тесту.
- Отрицательный геотаксис (45 ")
- Выполните 3 испытания ранее описанного отрицательного теста геотаксиса снова, на этот раз с доской, установленной под углом 45 градусов.
- Отвращение к скалам
- Поместите мягкую платформу около 1 фута ниже уступа, чтобы свести к минимуму травмы комплектов, если они падают.
- Поместите комплект лицом, и перпендикулярно, край скамейки лаборатории. Убедитесь, что корпус комплекта прямой, с его передними лапами заподлицо с краем. Начните оценку времени с момента размещения комплекта. Позаботьтесь, чтобы различать сознательное движение от скалы и другие спонтанные движения, которые не связаны с согласованной ходьбой.
- Запись времени, когда комплект перемещает свое тело от края (определяется как комплект резервного копирования, превращая его тело, или перемещение его передних конечностей от края). Запись времени комплект завершает свой первый шаг в противоположном направлении края (определяется как любое направление или угол мимо 90 "вращение от своего исходного положения перед краем).
- Выполните 3 испытания отвращения скалы за комплект, прежде чем перейти к следующему тесту.
- Правильный рефлекс
- Поместите комплект supine на скамейке, держа его осторожно в этом положении, прежде чем выпустить его и одновременно начать стоп-час. Запись времени, что комплект приносит себе отдохнуть со всеми четырьмя лапами одновременно плоский против скамейки в несущих позиций. Запись времени, когда комплект делает полный шаг в любом направлении (определяется как размещение всех четырех лап для достижения прогресса в данном направлении без спиннинг а также перетаскивания тела).
- Выполните 5 испытаний исправного рефлекторного теста на одно животное.
- После того, как каждый комплект завершил 5 исправимых рефлекторных испытаний, верните помет Джилл.
9. Тестирование подиума
- На P42, удалить комплекты из Джилл. Поместите комплекты в пластиковые клетки примерно за 10 минут до тестирования, чтобы они могли акклиматизироваться к окружающей среде. Выключите свет в испытательном зале, чтобы обеспечить, чтобы окружающий свет не влиял на функцию подиума.
- Создайте новый эксперимент в соответствующем программном обеспечении. Отрегулируйте экспериментальные настройки так, чтобы максимальная продолжительность бега не превышала 10,00 с, а минимальная продолжительность бега не менее 1,50 с. Установите максимальную вариацию скорости, чтобы она не превышала 60%. Установите минимальное требование в три совместимых запуска для каждого животного.
- Отрегулируйте ширину дорожки относительно размера животного так, чтобы он мог свободно локомотив, не касаясь стен, оставаясь при этом достаточно узким, чтобы препятствовать повороту. Добавьте новую настройку обнаружения во вкладке параметров обнаружения с помощью автоматического обнаружения. Используйте одинаковые настройки обнаружения для всех пометов и животных в данном возрасте.
- Тщательно очистите дорожку с низкой тканью бумаги и 70% этанола до и после каждого животного. Регулярно очищайте лапы хорька, чтобы повысить точность обнаружения и классификации. После того, как дорожка и животное подготовлены, начать судебное приобретение.
- Приостановить приобретение для очистки подиума, если следы накапливаются на стекле, или если животные проходят мочу или кал. Остановить приобретение, как только программное обеспечение подиума признало три совместимых запуска на основе заранее определенных параметров эксперимента.
10. Открытые полевые испытания (P42)
- Используйте непористую акриловую коробку (55 см х 55 см х 40 см в высоту), окрашенную матовым белым цветом. Расположите камеру так, чтобы она была сосредоточена прямо над коробкой и все четыре стены были захвачены. Очистите тестовую арену 70% этанола перед первым использованием и между животными.
- В соответствующем программном обеспечении выберите New From Template и примените заранее определенный шаблон. Продолжить процедуру настройки, последовательно выбрав тип субъекта: Другие; Шаблон арены: Открытое поле, квадрат; Шаблон зоны: Центр, граница, углы; Особенности для отслеживания: Центральная точка.
- Open Arena Настройки и захватить фоновое изображение от камеры ввода, убедившись, что вершины стены арены видны. Калибровать размеры арены с помощью инструмента масштабирования.
- Отрегулируйте заранее определенные зоны арены, изменяя контуры, чтобы соответствовать стенным зонам (NW, NE, SW, SE) и зонам пола (левый верхний, средний, правый, центральный, правый средний, левый нижний, средний нижний, правый нижний). Проверка настройки, чтобы подтвердить, что зоны не пересекаются.
- Откройте окно приобретения и нажмите Начало Приобретения. Поместите хорера в центр ерея, ориентированного таким образом, чтобы это соответствовало каждому испытуемому. Разрешить хорек свободно перемещаться по всей арене в течение 5 минут. В конце периода тестирования нажмите Stop Acquisition. Повторите процедуру со следующим хорьком.
ПРИМЕЧАНИЕ: Все экспериментаторы в комнате должны позиционировать себя как ненаблюдаемых хорька и оставаться спокойным в течение периода тестирования.
11. Фиксация-перфузия
- На P42, глубоко анестезируют комплекты с 5% изолюран. Администрирование передозировки пентобарбитала (120-150 мг/кг ит.). Обеспечить глубокую анестезию за счет отсутствия реакции на щепотку ног и потерю дыхательных движений.
- Перенесите животное в капюшон дыма. Откройте грудную клетку и зажимните нисходящей аорты с помощью тонких гемостатов. Вырежьте правое предсердие. Используя перфузионный насос, наполнить левый желудочек с 60 мл стерильного солевого раствора со скоростью 30 мл/мин. Perfuse с 60 мл формалина (10% формальдегида) со скоростью 30 мл/мин.
- Обезглавить тушу, и удалить мозг из черепа с помощью ножниц, щипцов, rongeurs, и шпателем. Возьмите фотографии с высоким разрешением на терзаевные, брюшные и боковые аспекты каждого мозга. Пост-исправить мозг в формалине, по крайней мере 48 ч.
12. Ex Vivo Измерение мозга
- Удалите мозг из формалина (шаг 11.3) и поместите на бумажное полотенце, чтобы поглотить лишнюю жидкость.
- Использование электронного калибра, измерить высоту мозга, поместив кончики капика на дорсальные и вентральные аспекты мозга. Измерьте длину мозга, поместив кончики калипера на обонятельную луковицу и самую заднюю границу затылочной доли. Измерьте ширину мозга, разместив кончики каципера на самых боковых участках височных долей. Взвесьте мозг.
- Измерьте продольную трещину (переднюю и заднюю к крестообразной слизи), боковые sulci, супрасилвиан sulci, корональные sulci, pseudosylvian sulci, ansinate sulci, cruciate sulci, presylvian sulci, боковой гирж, suprasylvian gyri, gygy передние и задние), корональные гири, эктосильвианийские гири (передние и задние) и орбитальные гири. Измерьте все sulci от начала и конца самой определенной части соответствующей sulcus. Измерьте все гири от самого широкого аспекта каждой соответствующей извилины.
- Измерьте количество мозжечка, подвергаемого, поместив один кончик калипера в самой задней точке продольной трещины и поместив другой кончик калипера в самую заднюю часть мозжечка.
ПРИМЕЧАНИЕ: Атлас мозга хорька, как найти в биологии и болезней Ferret14, был использован для разработки ex vivo хорька измерения мозга.
13. Валовой счет травмы
- Используя фотографии, сделанные в шаге 11.3., применять критерии оценки в шагах 13.2-13.4 для оценки валовой черепно-мозговой травмы (0-9 шкалы), оставаясь слепым к воздействию (или лечения) групп.
- Оцените продольную трещину. Если это кажется нормальным, назначаем счет 0. Если он слегка расширен (примерно в 2 раза нормальная ширина), но увеличение ширины является неполным по длине трещины, назначьте балл 1. Если он умеренно расширен (примерно 2-3x нормально), назначить счет 2. Если он заметно расширен, с видимым разрывом в 3 раза нормальной ширины по большей части длины трещины, применить счет 3.
- Оцените боковые сульчи. Если они показывают нормальное определение, с разделением бокового gyri и супрасилвианском gyri, назначаем счет 0. Если мягкое одностороннее или двустороннее пониженное определение слизи наблюдается, особенно в каудальной части, с минимальным сужением лобных и височных долей по отношению к затылочным долям, назначайте балл 1.
- Если умеренно уменьшенное определение sulci видно, с нажатием suprasylvian gyri, сужение коронального и эктосилвианском gyri, и слабое сужение лобных и височных долей относительно затыковочных долей, присвоите счет 2. Если односторонняя кистозная дегенерация наблюдается, с минимальным изменением контралатерального полушария, назначить балл 3. Если плохое определение боковой sulci присутствует, с двусторонним кистозных или тяжелой дегенерации затылочных и височных долей, назначить счет 4.
- Оцените видимую часть мозжечка. Если это кажется нормальным, с (Злт;75% vermis и злт;66% полушарий видимым, назначить счет 0. Если видны 75–90% вермисии и 66% полушарий, назначаем балл 1. Если большая часть мозжечка видна, показывая все vermis и 66% полушарий, назначить оценка 2.
14. Анализ данных
- Для данных рефлекторного тестирования, назначить сбои оценка 61 с, чтобы позволить им быть по сравнению с успехами в конце времени (60 с), но с худшим рейтингом в статистическом анализе. Рассчитайте область под кривой для каждого животного с течением времени в каждом из рефлекторных тестов.
- Отрегулируйте данные подиума, который включает размер лапы давления по весу животного.
- Анализ данных с использованием непараметрических статистических методов, описывающих данные с использованием медианного и межквартильного диапазона (ИКР).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Из 34 (n No 18 самцов, n - 16 самок) животных из шести пометов, подвергшихся воздействию оскорбления, восемь животных (24%; n no 4 самцы, n и 4 самки) в пострадавшей группе умерли во время второго периода гипоксии (n no 5), во время управления температурой (n no 2), или на ночь после оскорбления (n no 1). В пострадавшей группе девять из 26 выживших (35%) были видимые грубые травмы. Пять животных (n No 5 мужчин) имели травмы средней степени тяжести, а четыре животных (n No 2 самцы, n 2 женщины) получили тяжелые травмы, определяемые как брутто-патологические баллы 2-5 и 6-9, соответственно(рисунок 2А). Таким образом, животные, подвергающиеся воздействию оскорбления, имеют 50% риск смерти или значительных серьезных травм. С увеличением травмы, сужение gyri в височной и / или затылочной доли наблюдается, с соответствующими sulcal сокращения, расширение продольной трещины, и большие области кистозной ткани потери в наиболее тяжело раненых животных (Рисунок 2B). У выживших раненых животных (n No 26; n no 14 самцов, n и 12 самок), наблюдается значительно большее воздействие мозжечка(рисунок 3А),а также сокращение продольной трещины(рисунок 3D). Существует также значительное сужение корональной и передней эктозилвианском гири(рисунок 3B, E),а также сокращение боковой и супрасилвиайской сульчи(рисунок 3C, F). Медианный (ИзР) вес мозга составил 8,1 г (7,9-9,7 г, n no 6) у контрольных животных и 7,0 г (6,5-7,7 г) у раненых животных (п. 26, р 0,005). У контрольных животных средняя длина мозга составила 28,9 мм (27,8-29,6 мм, n- 6) по сравнению с 27,5 мм (25,5-38,0 мм, n 26) у раненых животных (р 0,007). Подобные закономерности наблюдаются по всему мозгу, со средней шириной и высотой 5-7% меньше у раненых животных. Анатомические структуры как на левой, так и на правой стороне страдают аналогичным образом, без разницы между полушариями. См Рисунок 1B для изображений анатомических мест. В течение периода рефлекторной проверки (P21-P39), раненые животные отображают более медленное время, чтобы вращаться в отрицательной задачи геотаксиса(Рисунок 4A),медленнее время, чтобы повернуть от края в задаче отвращения скалы(Рисунок 4B),и медленнее время вправо(Рисунок 4C). В подиуме, раненые животные имеют аналогичную среднюю скорость для элементов управления(Рисунок 5A), но отображение значительно большей степени изменения скорости во время каждого запуска (Рисунок 5B). Скорректированное расстояние между передними лапами и задними лапами (печатное положение) значительно больше у раненых животных(рисунок 5C),при меньшем давлении на область лапы через передние лапы(рисунок 5D). В открытом поле, раненые животные охватывают меньше общего расстояния(рисунок 6A), и остановить чаще (Рисунок 6B). Они проводят значительно больше времени в центре поля, и меньше времени в углах(Рисунок 6C,D). Представитель тепловой карты контроля и раненых животных показаны на рисунке 7A,B.
Рисунок 1: Хронология. На P17, животные вводят 3 мг/кг LPS перед прохождением двусторонней перевязки сонной артерии и 30 мин каждый (не включая время для камеры, чтобы уравновесить) гипоксии (9% кислорода), гипероксии (80% кислорода) и гипоксии (9%). Затем перевязка правой сонной артерии переворачивается. Звери подвергаются воздействию 6 ч нормермии, чтобы убедиться, что они не становятся спонтанно переохлаждения в гнезде в период после травмы. Рефлекторное тестирование проводится ежедневно с P21-P28 и три раза в неделю с P28-P42. На P42 животные тестируются на подиуме и открытом поле перед жертвоприношением. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: Представитель распределения травмы и изображение. (A) Валовой травмы забил от 26 выживших (n No 14 мужчин, n и 12 женщин) в потерпевшей группе, по сравнению с шестью помет мат управления. Пять животных (n no 5 мужчин) получили травмы средней степени тяжести, а четыре животных (n No 2 самцы, n 2 женщины) получили тяжелые травмы, определяемые как брутто-патологические баллы 2-5 и 6-9, соответственно. График показывает медиану с межквартильной аранжой. (B) Контроль мозга (левая панель, оценка 0), с мозгами, изображающими увеличение валового травмы оценки 2, 5, и 8 из общего возможного балла 9, слева направо. Мозг управления показывает анатомические структуры, особенно восприимчивые к травмам; 1 - продольная трещина, 2 - боковая sulcus, 3 - супрасилвиановая сулькус, корональная извилина, б - передняя эктозилвиановая извилина. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3: Репрезентативные измерения мозга. По сравнению с элементами управления (n No 6), раненые животные (n No 26) отображают значительно увеличенное воздействие мозжечка(A),сокращение продольной трещины(D),сужение корональной(B) и передней эктосилвиана(E)gyri, и сокращение боковой (C) и suprasylvian(F)sulci. Графики показывают медиану с межквартильной аранжой. Обозначает p qlt; 0.05 (Уилкоксон-Манн-Уитни U-тест). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 4: Рефлекторное развитие представителя. По сравнению с элементами управления (n No 6), раненые животные (n No 26) отображают более медленное развитие (область под кривой, AUC) отрицательного геотаксиса(A),отвращение скалы (B), и высвобождение рефлекса(C). Графики показывают медиану с межквартильной аранжой. Обозначает p qlt; 0.05 (Уилкоксон-Манн-Уитни U-тест). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 5: Представитель результатов подиума. По сравнению с элементами управления (n No 6), раненые животные (n No 26) ходят в аналогичном среднем темпе(A),но с большей изменчивостью в скорости во время ходьбы(B). Поврежденные животные также отображают более длинное среднее положение печати (C),с меньшим давлением, применяемым на площадь единицы(D). Графики показывают медиану с межквартильной аранжой. - обозначает p qlt; 0.05 (Уилкоксон-Манн-Уитни U-тест). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 6: Поведение открытого поля представителя. По сравнению с элементами управления (n No 6), раненые животные (n No 26) покрывают меньшее общее расстояние(A),а также останавливаясь чаще (B). Травмированные животные также проводят больше времени в центре(C), чем в углах(D). Графики показывают медиану с межквартильной аранжой. Обозначает p qlt; 0.05 (Уилкоксон-Манн-Уитни U-тест). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 7: Представитель открытого поля теплокарты. (A) контроль женщины, (B) раненых женщин. Поврежденные животные покрывают значительно меньшее расстояние в пределах открытого поля. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Из-за физического и развития сходства разделяют между хорька мозга и человеческого мозга, хорек все чаще используется для моделирования как взрослых, так и развития мозга травмы. 8,9,10,11,12. Тем не менее, исследования на сегодняшний день показывает, что мозг хорька является устойчивым к первоначальной травмы, а также высоко-пластика, с поведенческими дефицитами уменьшается с течением времени даже в условиях видимой патологической травмы10,12. Здесь мы описываем первую модель воспаления чувствительных гипоксико-ишемической (HI) черепно-мозговой травмы (HI) в конце преждевременных эквивалент хорька, что приводит к значительным двусторонним травм и устойчивых поведенческих дефицитов у выживших. Как и в любой доклинической модели, цель заключалась не в том, чтобы точно воспроизвести воздействие, с которым сталкиваются недоношенные дети клинически, а в том, чтобы обеспечить слияние механистических факторов, которые, как считается, участвуют в преждевременной травме головного мозга. К ним относятся воспаление, гипоксия, и окислительный стресс7.
Одним из важнейших аспектов введения LPS в наших моделях хорька является одна высокая доза, учитывая около 4 ч до гипоксии. ВОЗДЕЙСТВИЕ ЛПС у краткосрочных эквивалентных грызунов приводит к циркулирующему воспалительному пику цитокинов около 4 ч после воздействия, что соответствует сенсибилизации мозга к гипоксии-ишемии, и значительное увеличение черепно-мозговой травмы15,16,17. Аналогичный временной курс воспалительного высвобождения цитокинов (пиковый выброс ТНФ-з и ИЛ-6 2-4 ч после воздействия ЛПС) наблюдается в изолированных периферических клеток крови18. Предполагая, что одна хирургическая установка, администрирование LPS 30-60 мин до начала операции позволяет достаточно времени для выполнения 12-15 двусторонних перевязочных артерий сонной артерии и инициировать первое воздействие гипоксии 4 ч после введения LPS. Во время разработки модели, LPS доза 5 мг/кг был первоначально использован, как описано в нашей модели травмы P1012. Однако, эта доза LPS была связана со значительной внутригипоксической смертностью и отеком легких при некропсии. Смертность и отек легких были снижены за счет снижения дозы ЛПС до 3 мг/кг.
Во время воздействия гипоксии, ряд факторов, как представляется, имеют решающее значение для обеспечения значительного валового ущерба, а также предотвращения высоких уровней смертности. Из-за лабораторных хорьков выродивается, есть врожденная изменчивость в толерантности к гипоксии через пометы. По нашему опыту, перекрестное воспитание животных или объединение животных из разных пометов в одной и той же камере гипоксии преимущественно приводит к более ранней смерти крупных животных или животных от наиболее восприимчивого помета. Если более восприимчивые животные умирают до целевого 30 мин гипоксии воздействия и гипоксии останавливается рано, мелкие животные из менее восприимчивых пометов будет получать неоптимальные воздействия гипоксии, и вряд ли выдержать значительные травмы. В результате, каждый помет животных должен подвергаться гипоксии в пределах своей отдельной камеры. Второй период гипоксии был добавлен как часть процесса разработки итеративной модели, который мы ранее описали12. Один период гипоксии привел либо к смерти, либо к выживанию без каких-либо значительных повреждений, независимо от длины.
Как хорьки способны терпеть длительные периоды острой гипоксии или двусторонней перевязки сонной артерии, не показывая значительные повреждения головного мозга, наша нынешняя гипотеза заключается в том, что период гипероксии приводит к повышенному метаболизму и вазодилатации, что облегчает ишемии головного мозга во время второго периода гипоксии. Чтобы свести к минимуму изменчивость модели, мы использовали заранее заказанные секс-сбалансированные пометы 8 хорьков, которые прибыли в наш объект на P15. В каждом помете, 6-7 животных прошли операцию, а затем гипоксии в одной камере.
После гипоксии и разворота правой сонной артерии перевязки, животные должны быть возвращены в их jills в течение определенного периода времени, чтобы кормить из-за риска обезвоживания и гипогликемии от длительного протокола травмы. Если в период управления температурой наблюдается значительная смертность, животным может потребоваться дополнительная реанимация жидкости (подкожный солевой раствор и/или ручное кормление с формулой и водой), прежде чем их помещают в водные ванны на 6 ч. Период управления температурой, однако, является критическим фактором, определяющим долгосрочные травмы, так как животные могут в противном случае испытывать нейропротекцию от относительной гипотермии в гнезде. Этот риск переохлаждения, по крайней мере частично из-за низкой температуры жилищных условий, необходимых для хорька (60-70 градусов по Фаренгейту).
Описанные поведенческие тесты были в значительной степени разработаны в лаборатории, с некоторой основой в рефлекторных тестах, ранее описанных в развивающемся хорьке19, с подиумом и открытыми полевыми тестами, адаптированными из взрослых грызунов, которые будут использоваться у несовершеннолетних хорьков. Другие группы также описали открытое поле, лабиринт, и походка тестирования у взрослых хорьков после черепно-мозговой травмы10, а также влияние воспаления матки на социальное взаимодействие у взрослых хорьков20. Хотя длительный период поста не рекомендуется в хорьков из-за их короткого времени транзита кишечника, поместив их в носителя животных в течение 30-60 минут, прежде чем любой из тестов является полезным для того, чтобы позволить им пройти мочу и фекалии перед испытаниями. Поскольку хорек по своей природе любознательный зверь, он часто ведет себя в противоположной манере с грызунами в этих поведенческих тестов. Это особенно заметно на подиуме, где огни и звуки, особенно записи другого хорька вокализации ("dooking"), могут быть использованы для мотивации хорька ходить вперед.
Текущий протокол имеет некоторые ограничения. Как было разработано итеративно с использованием ранее разработанных методов в P10 хорька12, мы в настоящее время не знаем относительных вклад LPS, гипоксия, гипероксия, и реперфузии до конечной степени травмы видели. Тем не менее, стоит отметить, что разработка описанного здесь метода включала использование оригинальной модели Vannucci (односторонняя перевязка сонной артерии с последующим одним периодом гипоксии) в хорьке21, что не привело к какой-либо значительной травмы. Таким образом, взаимодействие между несколькими частями протокола травмы, вероятно, будет необходимо для получения травмы. Несмотря на это, остается явная изменчивость в грубых травм у выживших животных, что является еще одним потенциальным ограничением. Хотя животные без значительных грубых травм могут иметь травмы, которые обнаруживаются с помощью МРТ или гистопатологии12, будущая работа над моделью будет включать в себя итерации, чтобы попытаться увеличить количество животных, которые выдерживают значительные травмы, например, с помощью постоянного двустороннего сонная артерия ligation. Наконец, для того, чтобы эта модель была максимально полезна для тестирования индикативной нейропротекторной терапии для развития черепно-мозговой травмы, она должна быть подтверждена путем оценки эффективности нейропротекторных агентов, которые либо созданы для лечения травмы головного мозга HI у человека новорожденных, или были успешными в ряде других животных моделей неонатальной черепно-мозговой травмы. Будущие исследования, следовательно, оценить эффективность терапевтической гипотермии и эритропоэтина в этой модели, в том числе на основе секса терапевтических реакций и ex vivo МРТ12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Разработка модели финансировалась Фондом Билла и Мелинды Гейтс, а также грантом NIH 5R21NS093154-02 (NICHD).
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
- Martin, J. A., Hamilton, B. E., Osterman, M. J. K., Driscoll, A. K., Drake, P. Births: Final Data for 2017. National Vital Statistics Report. 67 (8), 1-49 (2018).
- Vanhaesebrouck, P., et al. The EPIBEL study: outcomes to discharge from hospital for extremely preterm infants in Belgium. Pediatrics. 114 (3), 663-675 (2004).
- Raju, T. N., et al. Long-Term Healthcare Outcomes of Preterm Birth: An Executive Summary of a Conference Sponsored by the National Institutes of Health. Journal of Pediatrics. , (2016).
- Raju, T. N. K., Buist, A. S., Blaisdell, C. J., Moxey-Mims, M., Saigal, S. Adults born preterm: a review of general health and system-specific outcomes. Acta Paediatrica. 106 (9), 1409-1437 (2017).
- Bennet, L., et al. Chronic inflammation and impaired development of the preterm brain. Journal of Reproductive Immunology. 125, 45-55 (2018).
- Reich, B., Hoeber, D., Bendix, I., Felderhoff-Mueser, U. Hyperoxia and the Immature Brain. Developmental Neuroscience. 38 (5), 311-330 (2016).
- Galinsky, R., et al. Complex interactions between hypoxia-ischemia and inflammation in preterm brain injury. Developmental Medicine & Child Neurology. 60 (2), 126-133 (2018).
- Empie, K., Rangarajan, V., Juul, S. E. Is the ferret a suitable species for studying perinatal brain injury. International Journal of Developlemental Neuroscience. 45, 2-10 (2015).
- Snyder, J. M., et al. Ontogeny of white matter, toll-like receptor expression, and motor skills in the neonatal ferret. International Journal of Developlemental Neuroscience. , (2018).
- Schwerin, S. C., et al. Progression of histopathological and behavioral abnormalities following mild traumatic brain injury in the male ferret. Journal of Neuroscience Research. 96 (4), 556-572 (2018).
- Rafaels, K. A., et al. Brain injury risk from primary blast. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 73 (4), 895-901 (2012).
- Wood, T., et al. A Ferret Model of Encephalopathy of Prematurity. Developlemental Neuroscience. , (2019).
- Barnette, A. R., et al. Characterization of Brain Development in the Ferret via Magnetic Resonance Imaging. Pediatric Research. 66 (1), 80-84 (2009).
- Kroenke, C. D., Mills, B. D., Olavarria, J. F., Neil, J. J. Biology and Diseases of the Ferret. , WIley. (2014).
- Eklind, S., et al. Bacterial endotoxin sensitizes the immature brain to hypoxic--ischaemic injury. European Journal of Neuroscience. 13 (6), 1101-1106 (2001).
- Falck, M., et al. Neonatal Systemic Inflammation Induces Inflammatory Reactions and Brain Apoptosis in a Pathogen-Specific Manner. Neonatology. 113 (3), 212-220 (2018).
- Osredkar, D., et al. Hypothermia Does Not Reverse Cellular Responses Caused by Lipopolysaccharide in Neonatal Hypoxic-Ischaemic Brain Injury. Developmental Neuroscience. 37 (4-5), 390-397 (2015).
- Nakata, M., Itou, T., Sakai, T. Quantitative analysis of inflammatory cytokines expression in peripheral blood mononuclear cells of the ferret (Mustela putorius furo) using real-time PCR. Veterinary Immunology and Immunopathology. 130 (1-2), 88-91 (2009).
- Christensson, M., Garwicz, M. Time course of postnatal motor development in ferrets: ontogenetic and comparative perspectives. Behavioral Brain Research. 158 (2), 231-242 (2005).
- Li, Y., Dugyala, S. R., Ptacek, T. S., Gilmore, J. H., Frohlich, F. Maternal Immune Activation Alters Adult Behavior, Gut Microbiome and Juvenile Brain Oscillations in Ferrets. eNeuro. 5 (5), (2018).
- Rice, J. E., Vannucci, R. C., Brierley, J. B. The influence of immaturity on hypoxic-ischemic brain damage in the rat. Annals of Neurolology. 9 (2), 131-141 (1981).
