Ein murines Modell der fetalen Exposition gegenüber mütterlicher Entzündung, um die Auswirkungen der akuten Chorioamnionitis auf die Darmentwicklung von Neugeborenen zu untersuchen

Zusammenfassung

Wir entwickelten ein Modell der Chorioamnionitis, um die fetale Exposition gegenüber mütterlichen Entzündungen (FEMI) ohne Komplikationen lebender Organismen zu simulieren, um die Auswirkungen von FEMI auf die Entwicklung des Darmtraktes der Nachkommen zu untersuchen. Dies ermöglicht die Untersuchung der mechanistischen Ursachen für die Entwicklung von Darmverletzungen nach Chorioamnionitis.

Zusammenfassung

Chorioamnionitis ist ein häufiges Ausfällmittel der Frühgeburt und ist mit vielen der Morbiditäten der Frühreife verbunden, einschließlich nekrotisierender Enterokolitis (NEC). Eine mechanistische Verbindung zwischen diesen beiden Bedingungen muss jedoch noch entdeckt werden. Wir haben ein murines Modell der Chorioamnionitis mit Lipopolysaccharid (LPS)-induzierte fetale Exposition gegenüber mütterlicher Entzündung (FEMI) angenommen. Dieses Modell von FEMI induziert eine sterile mütterliche, Plazenta und fetale entzündliche Kaskade, die auch in vielen Fällen der klinischen Chorioamnionitis vorhanden ist. Obwohl Es Modelle gibt, die lebende Bakterien nutzen und die Pathophysiologie einer aufsteigenden Infektion, die zu Einer Chorioamnionitis führt, genauer imitieren, können diese Methoden indirekte Auswirkungen auf die Entwicklung des unreifen Darmtraktes und das damit verbundene entwickelnde Mikrobiom verursachen. Mit diesem Protokoll haben wir gezeigt, dass LPS-induzierte FEMI zu einer dosisabhängigen Zunahme des Schwangerschaftsverlusts und der Frühgeburt sowie zu einer Störung der normalen Darmentwicklung bei Nachkommen führt. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass FEMI darmverletzungen und Serumzytokine bei Nachkommen signifikant erhöht und gleichzeitig Die Kelch- und Panethzellen verringert, die beide eine erste Reihe angeborener Immunität gegen Darmentzündungen bieten. Obwohl ein ähnliches Modell der LPS-induzierten FEMI verwendet wurde, um die Assoziation zwischen Chorioamnionitis und nachfolgenden Anomalien des zentralen Nervensystems zu modellieren, ist dieses Protokoll unseres Wissens der erste Versuch, eine mechanistische Verbindung zwischen Chorioamnionitis und späteren Störungen in der Darmentwicklung als potenzielleverbindung zwischen Chorioamnionitis und NEC aufzuklären.

Einleitung

Die Chorionmembranen spielen eine wesentliche Rolle bei der Hautschwangerschaft. Dazu gehören die Chorion und Amnion, die mehrere Funktionen erfüllen. Sie umgeben und schützen den Fötus, erleichtern die parakrine Signalisierung zwischen dem mütterlichen und dem fetalen Kompartiment¹und erstellen lokale Rückkopplungsschleifen innerhalb der Chorionmembranen, die an der Initiierung der Parturition¹beteiligt sein können. Das aktuelle Verständnis der Membranen deutet darauf hin, dass das Amnion eine strukturelle Barrierefunktion bietet, und die Chorion bietet einen immunologischen Puffer, der in erster Linie den sich entwickelnden Fötus vor dem mütterlichen Immunsystem schützt². Entzündung dieser Membranen ist bekannt als Chorioamnionitis. Historisch gesehen wurde die Diagnose der klinischen Chorioamnionitis nach dem Vorhandensein von mütterlichem Fieber plus einem oder mehreren fetalen oder mütterlichen klinischen Befunden^3,4gemacht. Obwohl diese Definition klinisch nützlich ist, hat ihre mangelnde Präzision die Chorioamnionitis-Forschung zu einer Herausforderung gemacht. Im Jahr 2015 definierte ein Experten-Panel-Workshop des Eunice Kennedy Shriver National Institute for Child Health and Human Development Chorioamnionitis als intrauterine Entzündung oder Infektion oder beides (Triple I)³. Diese Klärung ist wichtig, weil, während mikrobielle induzierte Infektion ist eine wichtige Ursache für Gebärmutter/Amnion-Entzündung, es tritt seltener als sterile Gebärmutter/Amniotische Entzündung^5,6,7. Insgesamt bleibt die Chorioamnionitis ein erhebliches Problem der öffentlichen Gesundheit, wie sie in 2-u20124% der Laufzeitlieferungen und 25-u201230% der Frühlieferungen^8,9gesehen wird.

Chorioamnionitis kann signifikante Auswirkungen auf den Fötus und Neugeborenen haben. Es ist in der Literatur gut dokumentiert, dass Chorioamnionitis mit einem erhöhten Risiko für viele der Morbiditäten der Frühreife verbunden ist, einschließlich bronchopulmonaler Dysplasie¹⁰, zerebrale weiße Materie Verletzung¹¹, intraventrikuläre Blutung¹², Retinopathie der Frühreife¹³, und sowohl vermutet und bestätigt früh einsetzte neonatale Sepsis^14,15. Da wir an Verletzungs- und Reparaturmechanismen des unreifen Darmtraktes interessiert sind, ist es wichtig zu beachten, dass Chorioamnionitis auch mit der späteren Entwicklung der nekrotisierenden Enterokolitis (NEC)^15,16verbunden ist. NEC ist eine verheerende Magen-Darm-Erkrankung von Frühgeborenen, die zu einer dysregulierten Wirtsreaktion auf Entzündungen und anschließende Darmnekrose¹⁷führt. Jedes Jahr betrifft NEC über 4000 Säuglinge in den Vereinigten Staaten, und bis zu einem Drittel dieser Säuglinge sterben an der Krankheit¹⁸. Die Pathogenese von NEC beinhaltet wahrscheinlich eine Kombination von Darmunreife, Dysregulation des unreifen Immunsystems, Darmentzündung, und bakterielle Translokation¹⁹, die in einem letzten gemeinsamen Weg der Darmnekrose gipfelt. Wichtig ist, dass der Beginn von NEC oft Wochen nach der Geburt und eine mögliche Exposition gegenüber Chorioamnionitis auftritt, was die mechanistische Verbindung zwischen Chorioamnionitis und der anschließenden Entwicklung von NEC unklar^{macht 20}. Ein potenzieller Mechanismus, durch den Chorioamnionitis zur Pathophysiologie von NEC beitragen kann, ist durch Upregulation des mütterlichen Immunsystems, die anschließend eine starke fetale Entzündungsreaktion produziert, die normale fetale Entwicklungsmuster stören kann^21,22,23.

Mehrere Säugetiermodelle der Chorioamnionitis existieren bei Nagetieren und Schafen^{24,25,26,27,28,29,30,31,32}. Es liegen jedoch nur wenige Daten über die Entwicklung des Darmtraktes nach der ersten Neugeborenenperiode nach der Chorioamnionitis-induzierten fetalen Exposition gegenüber mütterlicher Entzündung (FEMI) vor. Um den Zusammenhang zwischen FEMI und der anschließenden Entwicklung der Verletzung des unreifen Darmtraktes zu untersuchen, haben wir das Lipopolysaccharid (LPS)-induzierte FEMI-Modell angepasst. Lipopolysaccharide sind ein wichtiger Bestandteil der extrazellulären Oberfläche auf gramnegativen Bakterien und sind ein starkes Stimulans des angeborenen Immunsystems mehrerer eukaryotischer Arten, einschließlich Menschen³³. Die mütterliche LPS-Injektion führt zu einer sterilen entzündlichen Kaskade ohne die verwirrenden Wirkungen lebender Bakterien, und es ist ein etabliertes Modell für die Induktion der Frühgeburt³⁴, sowie ein Modell der akuten Chorioamnionitis und des fetalen Entzündungsreaktionssyndroms (FIRS), das die schwerste Form der Chorioamnionitis^24,35ist. Es hat sich auch gezeigt, dass sowohl zerebrale weiße und graue Materie Verletzung in einem Schaf Modell³⁶ und ein murines Modell^37,38,39,40induzieren. Unserer Kenntnis nach sind wir jedoch die ersten, die dieses Modell der Chorioamnionitis und FEMI verwenden, um seine Auswirkungen auf die Entwicklung des Magen-Darm-Traktes nach der Geburt zu untersuchen und einen möglichen mechanistischen Zusammenhang zwischen Chorioamnionitis und späterer Entwicklung von NEC^41,42zu untersuchen.

Protokoll

Alle tierischen Verfahren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee der University of Iowa (Protocol #8041401) genehmigt. Alle Tiere wurden in einer Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care (AALAC) zugelassenem Vivarium an der Universität von Iowa untergebracht. Alle Mäuse waren Wildtyp-Stamm C57Bl/6J.

1. Etablierung von FEMI bei trächtigen Mäusen

1. LPS-Vorbereitung
   1. Verwenden Sie LPS aus Escherichia coli O55:B5 (Lagerkonzentration 2 mg/ml).
   2. LpS-Lagerkonzentration 1:100 mit steriler Saline für eine Arbeitskonzentration von 20 g/ml verdünnen.
2. Mütterliche LPS-Injektion
   1. Injizieren Sie schwangere Muttern am Trächtigkeitstag e15. Dieser Zeitpunkt beträgt etwa 75% durch die murine Schwangerschaft, was dieses Modell entwicklungsähnlich dem frühen dritten Trimester von menschlichen Schwangerschaften macht, das ist, wenn die Mehrheit der Frühgeburten aufgrund von Chorioamnionitis auftreten.
   2. Wiegen Sie schwangere Mäuse unmittelbar vor der Injektion, um eine geeignete LPS-Dosierung zu bestimmen.
   3. Berechnen Sie die Dosis der Arbeitskonzentration nach folgender Formel: 5 l x Gramm Körpergewicht (gbw), für eine Gesamtdosis von LPS von 100 g/kg. Verwenden Sie für Kontrolltiere ein äquivalentes Volumen normaler Saline zur Injektion.
   4. Vortex LPS Lösung dreimal für 15 Sekunden auf hoch vor jeder Injektion.
   5. LPS-Volumen in eine 1 ml Spritze aufteilen.
   6. Halten Sie schwangere Maus mit Scruffing-Technik. Halten Sie in dorsaler Recumbency-Position und führen Sie die Injektion durch.
      1. Legen Sie eine 30 Gauge 8 mm Nadelabschrägung über dem rechten unteren Quadranten des Bauches (um Blase und Bauchgefäße zu vermeiden) in einem Winkel von 30 bis 201240° ein. Legen Sie etwa 1/4 bis 1/2 die Länge der Nadel ein.
      2. Ziehen Sie den Spritzenkolben zurück, um vor der Injektion einen Unterdruck zu gewährleisten. Fahren Sie mit der Injektion fort, wenn ein Unterdruck vorliegt.
      3. Nach der Injektion, beobachten Sie Mäuse für ca. 30 min und kehren dann für den Rest der Schwangerschaft in Die Käfige zurück.

2. Lieferung und Pflege des Nachwuchses und Darmernte

1. Liefern Sie Welpen normalerweise über vaginale Lieferung bei e20.
   HINWEIS: Dieses Modell hat eine erwartete dosisabhängige fetale Verlustrate, die in Abbildung 1 zu sehen ist und in den folgenden Ergebnissen erläutert wird.
2. Lassen Sie Welpen bei Müttern bleiben und erhalten Ad libitum Feeds.
3. Am Tag der Ernte, typischerweise am 14. Tag (P14), werden Welpen durch Zervixdislokation in Übereinstimmung mit den Protokollen des Institutional Animal Care and Use Committee eingeschläfert.
4. Mit Schere und Zange, machen einen vertikalen Schnitt nach unten die Mittellinie des Bauches, durch die Haut und Peritoneum, für die gesamte Länge des Bauches. Den Dünndarm mit der Schere vom Magen zum Cecum verbrauchen und das Mesentery mit Zangen entfernen.
5. Isolieren und halten Sie die distalen 1/3 des Dünndarms (Abschnitt repräsentativ für menschliches Ileum), werfen sie den proximalen Dünndarm, das Cecum und den Dickdarm.
6. Teilen Sie den Ileum-Anteil mit einer Schere in die Hälfte.
7. Legen Sie die proximale Hälfte in eine RNA-Stabilisierungslösung für die spätere RNA-Quantifizierung.
8. Legen Sie die distale Hälfte in 10% neutral gepuffertes Formalin für die Folienvorbereitung.

3. Darmverletzung Scoring

1. Schnitt Paraffin eingebettet Gewebe in 5 'm dicke Scheiben und montieren auf Glasrutschen.
   
   HINWEIS: Wir senden die Proben an einen Histologiekern für Paraffineinbettung, Schnitt und Montage auf Dias.
2. Deparaffinisieren Sie Dias nach Standardverfahren.
3. Fleckenabschnitte mit Hämatoxylin und Eosin nach Standardverfahren.
4. Punkteabschnitte auf einer 3-Punkte-Skala für Darmverletzungen wie zuvor beschrieben^42,43.
   1. Bewerten Sie mit Hilfe der Lichtmikroskopie die generalisierte Darmverletzung durch zwei getrennte blinde Forscher auf einer 3-Punkte-Skala, in der die Villusintegrität und die Trennung von der Kellermembran⁴³ (Ergänzende Abbildung 1) bewertet werden. Darmverletzungen werden am besten bei 20-facher Vergrößerung und numerischer Blende 0,50 beurteilt.
   2. Weisen Sie eine Punktzahl von 0 zu, um die normale Schleimhaut zu beschreiben.
   3. Weisen Sie eine Punktzahl von 1 beschreiben leichte Verletzungen, die die Entwicklung von subepithelialen Grünhagen Raum, Vakuolisierung oder subepitheliale Heben beschränkt auf die Lamina propria oder Spitzen von Villi umfasst.
   4. Weisen Sie eine Punktzahl von 2 zu, um schwere Verletzungen zu beschreiben, die durch epitheliale Hebung und Vakuolisierung von mehr als der Hälfte der Zotten-, Zottenverzerrung oder Schleimhautulzerung und Desintegration der Laminapropria angezeigt werden.

4. Quantifizierung von Paneth- und Kelchenzellen

1. Nach der Deparaffinierung, Flecken diagletten von Gewebeabschnitten aus Schritt 2.8 mit Alcian Blue/Periodic Acid Schiff Fleck, um sowohl Kelchen und Paneth Zellen wie zuvor beschrieben^44,45 nach den folgenden Schritten zu bezeichnen.
   HINWEIS: Während Alcian Blue/Periodic Acid Schiff Fleck ist nicht spezifisch für Paneth oder Kelche Zellen, unserer Erfahrung nach, blinde erfahrene Forscher haben gleichwertige zelluläre Quantifizierung mit diesem Fleck im Vergleich zu zellulären gezielten Antikörpern, mit deutlich weniger Hintergrundfärbung⁴⁶.
2. Deparaffinisieren, Flecken, und dehydrieren gleitet wie folgt.
   1. Zweimal 10 min in Xylol untertauchen.
      VORSICHT: Xylol sollte in einer Dunstabzugshaube verwendet werden.
   2. Spülen Sie mit 100% EtOH.
   3. Untertauchen Sie Dias in 100 % EtOH für 3 min, dann in 90% EtOH für 3 min, gefolgt von 70% EtOH für 3 min, und schließlich tauchen Dias in 50% EtOH für 3 min.
   4. Waschen Sie unter fließendem Leitungswasser für 5 min.
      VORSICHT: Zeigen Sie den Abschnitt vom fließenden Wasser weg, um den Verlust der Gewebeprobe zu verhindern.
   5. Filter Alcian blau Fleck Lösung mit einem Standard-Kaffeefilter.
   6. Fleck gleitet in Alcian blauen Fleck für 15 min und dann unter fließendem Leitungswasser für 2 min waschen.
   7. 1 mg Periodensäure in 200 ml doppelt destilliertem Wasser verdünnen. Untertauchen Sie Dias in dieser Lösung für 5 min. Dann unter fließendem Leitungswasser für 1 min waschen.
   8. Mit Schiff-Reagenz 10 min färben. Waschen Sie unter fließendem Leitungswasser für 5 min.
   9. Die Dias mit Hämatoxylin 1 min beflecken und dann 2 min unter fließendem Leitungswasser waschen.
   10. Untertauchen Sie sie in sauren Alkohol (1 ml Salzsäure gemischt in 99 ml von 70% EtOH) für 1 min.
   11. In Scotts Leitungswasser (0,1% Konzentration von NaHCO₃ in Leitungswasser) für 1 min untertauchen und dann 1 min unter fließendem Leitungswasser waschen.
   12. Dehydrieren Sie die Dias.
       1. Tauchen Sie jede Rutsche 10 Mal in 70% EtOH, dann tauchen Sie 10 mal in 90% EtOH, und 10 mal in 100% EtOH.
       2. Untertauchen Sie diagleitet in 100% EtOH für 10 min, gefolgt von dem Tauchen zweimal in frisches Xylol für jeweils 3 min.
   13. Legen Sie einen Tropfen Montagemedium auf das Exemplar und legen Sie einen Deckeldarüberabschlag darüber.
3. Goblet-Zellzählung
   1. Mit Hilfe der Lichtmikroskopie Kelchenzellen zählen (Ergänzende Abbildung 2). Für jedes Stück Darmgewebe zählen Sie die Anzahl der Kelchenzellen und 500 Epithelzellen und exprimieren Sie das Kelchenzellverhältnis als Verhältnis pro 100 Epithelzellen. Kelchzellen werden am besten bei 20-facher Vergrößerung und numerischer Blende 0,5 gezählt.
4. Paneth-Zellzählung
   1. Mit Hilfe der Lichtmikroskopie panegieren Sie Paneth-Zellen (Ergänzende Abbildung 2). Für jedes Stück Darmgewebe, Exprimieren als Verhältnis von Paneth-Zellen pro Darmkrypta. Zählen Sie 100 Darmkrypten pro Stück Darmgewebe. Paneth-Zellen werden am besten bei 20x-60x Vergrößerung und numerischer Blende 0.50-1.30 gezählt.

Ergebnisse

Die Exposition gegenüber FEMI am embryonalen Tag 15 führt zu einem dosisabhängigen Schwangerschaftsverlust und einer dosisabhängigen Rate der Frühzeitarbeit (Abbildung 1)⁴². Für die Experimente haben wir uns für eine LPS-Dosis von 100 g/kg entschieden, um Schwangerschaftsverlust und Frühreife (50% Verlust zwischen Frühreife und intrauterinem fetalem Tod) zu minimieren und gleichzeitig die Föten einer signifikanten entzündlichen Beleidigung auszusetzen.

...

Diskussion

Chorioamnionitis wirkt sich auf 2-u20124% der Laufzeit und 25-u201230% der Frühlieferungen^8,9. Jedoch, die Auswirkungen der Chorioamnionitis kann lange nach der Geburt verlängern, da es gezeigt hat, dass signifikante Auswirkungen auf den Fötus und Neugeborenen^{10,11,12,13,14,}

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
10% neutral buffered formalin	Sigma	HT501128
Alcian blue stain	Newcomer supply	1003A
C57Bl6/J mice	Jackson Laboratories	664
Ethanol	Decon labs	2701
HCl	Sigma	H1758
Hematoxylin stain	Leica	381562
LPS	Sigma	L2880
NaHCO3	Sigma	S6014
Nikon Eclipse Ni-U Microscope	Nikon	2CE-MQVJ-1
Periodic Acid	ACROS	H5106	CAS# 10450-59-9
RNAlater	Thermofisher	Am7021
Schiff's reagent	Sigma	S5133
Secor Imager 2400	Meso Scale Discovery (MSD)
V-Plex Assay	Meso Scale Discovery (MSD)
Xylene	Sigma	534056