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L'idrocefalo postemorragico del prematuro (PHHP) può essere modellato nei ratti neonatali combinando corioamnionite ed emorragia intraventricolare. La combinazione di questi eventi prenatali e postnatali ricapitola accuratamente i segni clinici distintivi della PHHP, tra cui macrocefalia, ventricolomegalia ed elevata pressione intracranica, per tutta la durata della vita.
L'idrocefalo postemorragico del prematuro (PHHP) è una grave sequela di grave emorragia intraventricolare (IVH) nei neonati molto prematuri di età gestazionale (GA) di età inferiore alle 32 settimane. La PHHP è definita dall'accumulo di liquido cerebrospinale (CSF) associato a sintomi clinici di pressione intracranica elevata (ICP). I neonati con PHHP soffrono di dipendenza dallo shunt per tutta la vita, con la metà che richiede un intervento chirurgico ripetuto nel primo anno di vita e molti che richiedono più interventi chirurgici aggiuntivi nel corso della vita. La corioamnionite prenatale predispone i neonati prematuri a una grave IVH e alla necessità di un trattamento chirurgico delle tendenze della PHHP con sepsi neonatale. Queste caratteristiche cliniche suggeriscono che l'infiammazione sistemica è una componente integrante della fisiopatologia della PHHP.
Qui, definiamo un modello animale che ricapitola tutti gli aspetti clinici e le caratteristiche essenziali della PHHP nei ratti. L'obiettivo di questo protocollo è illustrare come la corioamnionite in utero e l'IVH postnatale utilizzando globuli rossi lisati possano essere combinate per produrre PHHP. Questo approccio preclinico produce macrocefalia progressiva e crani a cupola, elevata pressione intracranica e ventricolomegalia che possono essere rilevati tramite risonanza magnetica (MRI) o microscopia. Oltre all'interruzione prolungata delle dinamiche del liquido cerebrospinale, i ratti hanno anche ritardo cognitivo e disabilità funzionale nell'età adulta. Di conseguenza, questa piattaforma preclinica facilita studi traslazionali unici e senza precedenti di PHHP che possono incorporare misure di esito molecolari, cellulari, biochimiche, istologiche, di imaging e funzionali. Può anche essere utilizzato per un'analisi rigorosa del plesso coroideo, delle ciglia mobili ependimali e del sistema glinfatico in parallelo. Infine, può anche essere un prezioso strumento preclinico per lo studio di nuove strategie di intervento chirurgico e approcci terapeutici non chirurgici per il trattamento dell'idrocefalo.
L'idrocefalo postemorragico del prematuro (PHHP) rimane un problema sostanziale per la salute pubblica. Definita dall'accumulo sintomatico di liquido cerebrospinale (CSF) concomitante con elevata pressione intracranica (ICP) secondaria a emorragia intraventricolare (IVH), la PHHP è una grave manifestazione di encefalopatia del prematuro e contribuisce in modo significativo al carico globale del prematuro e dell'idrocefalo acquisito 1,2. A livello globale, circa 400.000 neonati ogni anno nascono o acquisiscono il peso permanente dell'idrocefalo3 e molti muoiono a causa della mancanza di trattamento3. La PHHP è comune nei paesi sviluppati nei neonati molto prematuri (<32 settimane di gestazione) con IVH grave e spesso colpisce i neonati più malati che già soffrono di altre comorbilità potenzialmente letali 4,5.
L'unico trattamento disponibile per l'idrocefalo è la chirurgia6. Le procedure chirurgiche producono una migliore longevità quando i neonati hanno più di 6 mesi al momento del primo intervento permanente, sia per uno shunt ventricoloperitoneale (VP) per deviare il liquido cerebrospinale (CSF), sia per la terza ventricolostomia endoscopica (ETV) o per l'ETV con coagulazione del plesso coroideo (ETV-CPC)7. L'opzione più comune, gli shunt VP, spesso fallisce entro un anno e predispone i bambini a una vita di complicazioni, interventi chirurgici ripetuti e ricoveri ospedalieri a un costo enorme per il bambino, la famiglia e la società. 8 In particolare, l'ansia derivante da uno shunt che potrebbe non funzionare in qualsiasi momento è gravosa per le famiglie9. L'assistenza ai bambini con idrocefalo sintomatico, compresi gli interventi chirurgici frequenti, è una delle principali cause di spesa sanitaria pediatrica 10,11,12,13,14. Il costo annuo stimato per le spese relative allo shunt nei bambini era di 2 miliardi di dollari nel 200315. Sebbene i bambini con shunt rappresentino solo lo 0,6% dei ricoveri ospedalieri, generano il 3,1% delle spese ospedaliere pediatriche15. Pertanto, la scoperta di terapie sicure e non chirurgiche per il trattamento della PHHP è fondamentale.
Nei neonati, la PHHP si sviluppa dopo IVH in un decorso clinico che dura settimane o mesi dopo l'identificazione iniziale dell'emorragia cerebrale. Uno studio condotto dall'Hydrocephalus Clinical Research Network (HCRN) ha confermato che gli shunt VP rimangono la migliore opzione chirurgica per i neonati con PHHP16. Anche per i bambini con PHHP nei paesi ad alto reddito con accesso a cure neurochirurgiche pediatriche qualificate, i risultati sono tutt'altro che ottimali, con il >50% degli shunt posizionati nei neonati con PHHP che richiedono una revisione chirurgica entro i primi 2 anni8. Nonostante la chiara necessità di identificare trattamenti più sicuri ed efficaci per la PHHP, la ricerca ha incontrato ostacoli. I progressi sono stati ostacolati in parte dal fatto che la letteratura preclinica sulla PHHP spesso non riesce a distinguere in modo appropriato la ventricolomegalia causata da idrocefalo ex vacuo 17,18 dall'idrocefalo sintomatico con macrocefalia19,20. Infatti, i modelli di sviluppo dell'idrocefalo dovrebbero includere la macrocefalia progressiva e/o la misurazione di ICP1 elevata.
L'unione di intuizioni cliniche e precliniche ha migliorato il disegno dello studio e ha spinto la nostra comprensione di PHHP2. Studi condotti in diversi centri in tutto il mondo hanno dimostrato che l'IVH è più comune nei neonati molto pretermine secondari alla corioamnionite 21,22,23,24,25,26,27,28. Oltre all'infezione e all'infiammazione della placenta, la sepsi neonatale è un ulteriore importante fattore di rischio e può svolgere un ruolo centrale nella progressione dall'IVH alla ventricolomegalia alla PHHP sintomatica e al successivo intervento chirurgico29. I dati preclinici e clinici supportano che l'infiammazione trasmessa per via ematica può causare idrocefalo20 e l'infiammazione sistemica aumenta la secrezione di liquido cerebrospinale da parte del plessocoroideo 30. Inoltre, gli adulti con emorragia subaracnoidea e IVH che soffrono anche di sepsi hanno molte più probabilità di richiedere uno shunt31. La letteratura più recente ha confermato che l'infiammazione riduce la propulsione delle ciglia mobili ependimali del liquido cerebrospinale 19,20,32 e il riassorbimento del liquido cerebrospinale da parte del sistema glinfatico 33,34,35,36. Nel complesso, l'infiammazione sistemica è un fattore fisiopatologico e clinico chiave nella PHHP1.
Considerando questi risultati, abbiamo creato un modello preclinico di PHHP adatto all'età. Questo modello combina l'IVH nel periodo postnatale immediato e precoce con la corioamnionite, la principale causa di parto pretermine19. Questo approccio sperimentale inizia in utero, con l'insufficienza placentare, l'infiammazione placentare e l'infiammazione intraamniotica che definisce la corioamnionite 7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,
23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,
43,44,45. In particolare, ricapitoliamo una sindrome da risposta infiammatoria fetale, neutrofilia placentare e microambiente proinfiammatorio del SNC nel periodo pretermine tramite laparotomia addominale in madri di ratto gravide al giorno 18 (E18)37,38,39,40,41,42,43,44,45. La lesione intrauterina è indotta da un'occlusione bilaterale temporanea dell'arteria uterina che porta a ipossia-ischemia sistemica transitoria (TSHI) seguita da iniezione intraamniotica di lipopolisaccaride (LPS)37,38,39,40,41,42,43,44,45. Successivamente, per perturbare la dinamica del liquido cerebrospinale e catalizzare lo sviluppo dell'idrocefalo nei cuccioli nati vivi, l'IVH viene indotta il giorno postnatale 1. Ciò si ottiene con l'iniezione intracerebroventricolare bilaterale (ICV) di globuli rossi lisati (RBC) nei ventricoli laterali 19,37,44. I cuccioli vengono quindi studiati durante lo sviluppo dell'idrocefalo e per tutta la loro vita.
L'Animal Care and Use Committee (ACUC) della Johns Hopkins University ha approvato tutte le procedure sperimentali qui descritte. Questo protocollo utilizza madri di ratti Sprague-Dawley gravide e cuccioli di entrambi i sessi.
1. Induzione della corioamnionite su E18
NOTA: La parte relativa all'insulto in utero di questo protocollo è stata precedentemente pubblicata in dettaglio, è riassunta sopra ed è oggetto di un protocollo JOVE separato e di un video 19,37,38,39,40,41,42,43,44,46. In breve, le femmine di ratto Sprague-Dawley gravide vengono sottoposte a laparotomia addominale al giorno embrionale 18 (E18) per indurre la corioamnionite, che include la somministrazione di TSHI e LPS intraamniotico.
2. Preparazione dei globuli rossi lisati su P1
3. Iniezioni intracerebroventricolari di globuli rossi lisati su P1
4. Conferma del successo dell'emorragia intraventricolare bilaterale su P2
5. Conferma dell'esito positivo dell'idrocefalo postemorragico
Utilizzando questo modello, l'idrocefalo si sviluppa nei giorni e nelle settimane successive all'iniezione di globuli rossi lisati. Una rappresentazione di un tipico disegno sperimentale e della progressione dell'idrocefalo è fornita nella Figura 1. Sono stati valutati 5-6 animali fittizi e 6-8 animali PHHP per gruppo. Da giovani, i ratti con PHHP mostravano macrocefalia (Figura 2), pressione intracranica elevata (
Questo protocollo per l'induzione della PHHP consente misure di esito rigorose, quantificabili e clinicamente traducibili della struttura e della funzione cerebrale in concomitanza con i segni fenotipici dell'idrocefalo, tra cui l'aumento cronico di ICP, ventricolomegalia e macrocefalia, dalla nascita all'età adulta4. I saggi biochimici, istologici e funzionali possono essere utilizzati per valutare la salute del plesso coroideo, dell'ependima e del sistema glinf...
Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.
Gli autori sono grati per i finanziamenti forniti dal National Institutes of Health (R01HL139492), dal Congressionally Directed Medical Research Program (W81XWH1810166, W81XWH1810167, W81XWH2210461 e W81XWH2210462), dall'Hydrocephalus Association e dal Rudi Schulte Research Institute.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
70% ethanol | Pharmco | 111000200 | Diluted to 70% |
Betadine surgical scrub | Cardinal Health | NDC-67618-151-17 | |
Blunt Forceps | Roboz | RS-8100 | |
Bravmini Plus Cordless Rechargeable Trimmer | Wahl | 41590-0438 | |
Carbon Steel Surgical blades | Bard-Parker | 371151-11 | |
centrifuge | Eppendorf | 5424R | |
Cotton Gauze Sponge | Fisherbrand | 22-362-178 | Small, 6 inch sterile |
Cotton-tipped Applicators | Fisherbrand | 23-400-114 | 30 G 1 |
Eye Lubricant | Refresh Lacri Lube | 75929 | |
Far infrared warming pad | Kent scientific | RT-0501 | |
Incubator - Genie Temp-Shaker 100 | Scientific Industries | SI-G100 | |
Insulin Syringes | BD | 328438 | 0.3 cc 3 mm 31 G, ultrafine |
Isoflurane | Covetrus | 11695067772 | |
Ketamine hydrochloride injection | Dechra | 17033-101-10 | |
Kimwipes | Kimtech Science | BXTNI141300 | |
LPS 011B4 | Sigma | L2630 | |
microcentrifuge tubes | Thermo Fisher Scientific | 3453 | 2.0 mL |
Needle | BD | 305122 | 1 mL |
Needle | BD | 305128 | 25 G 5/8 |
Needle Holders | Kent Scientific Corp. | INS14109 | 12.5 CM STR |
OR Towels | Cardinal Health | 287000-008 | |
Paper measuring tape | Cardinal Health | SKU | |
Saline Solution, 0.9% | Sigma | S8776 | |
Scissors | Roboz | RS-6808 | |
SomnoSuite | Kent Scientific | SS6823B | |
Sterile Alcohol Prep Pads | Fisherbrand | 06-669-62 | Sterile |
Surgical gloves | Biogel | 40870 | |
Surgical Scissors | Roboz | RS-5880 | |
Surgical Scissors | EST | 14002-16 | |
Syringe | BD | 309628 | |
T/Pump (Heat Therapy Pump) | Stryker Medical | TP700 | |
Vessel Clips | Kent Scientific Corp. | INS14120 | 30 G Pressure |
Xylazine injection | vet one | NDC 13985-704-10 |
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