헤모글로빈의 뇌실내 주사를 통한 신생아 뇌실내 출혈 모델링

요약

우리는 인간에서 볼 수 있는 병리를 모방한 쥐 새끼를 사용하여 신생아 뇌실내 출혈 모델을 제시합니다.

초록

신생아 뇌실내 출혈(IVH)은 조산의 일반적인 결과이며 뇌 손상, 출혈성 뇌수종(PHH) 및 평생 신경학적 결손을 유발합니다. PHH는 임시 및 영구 뇌척수액(CSF) 전환 절차(각각 심실 저장소 및 심실 복막 션트)로 치료할 수 있지만 IVH 유발 뇌 손상 및 뇌수종을 예방하거나 치료하는 약리학적 전략은 없습니다. 동물 모델은 IVH의 병태생리학을 더 잘 이해하고 약리학적 치료를 테스트하는 데 필요합니다. 신생아 IVH의 기존 모델이 있지만, 뇌수종을 안정적으로 초래하는 모델은 종종 대량 주사의 필요성에 의해 제한되며, 이는 병리학 모델링을 복잡하게 하거나 관찰된 임상 표현형의 가변성을 도입할 수 있습니다.

최근의 임상 연구는 헤모글로빈과 페리틴이 IVH 후 심실 비대를 유발하는 것과 관련이 있습니다. 여기에서는 혈액 분해 생성물 헤모글로빈의 소량의 뇌실 내 주사를 사용하여 PHH의 임상 표현형을 모방하는 간단한 동물 모델을 개발합니다. 심실 확대 및 뇌수종을 안정적으로 유도하는 것 외에도이 모델은 뇌실 주위 및 백질 영역에서 백질 손상, 염증 및 면역 세포 침윤을 초래합니다. 이 논문은 뇌실내 주사를 사용하여 신생아 쥐에서 IVH-PHH를 모델링하는 임상적으로 관련성이 높고 간단한 방법을 설명하고 주사 후 심실 크기를 정량화하는 방법을 제시합니다.

서문

신생아 IVH는 발달중인 뇌실의 측심실에 인접한 빠른 세포 분열 부위 인 배아 기질에서 비롯됩니다. 이 고도의 혈관 구조는 조산과 관련된 혈역학 적 불안정성에 취약합니다. 혈액은 배아 기질 내의 깨지기 쉬운 혈관이 파열 될 때 배아 기질 출혈 (GMH) -IVH에서 측심실로 방출됩니다. 등급 IVH의 경우, 뇌실 주위 출혈성 경색은 또한 뇌 내 혈액 제제의 방출에 기여할 수 있습니다. ¹ GMH-IVH의 조합은 특히 고급 출혈 (등급 III 및 IV) 후에 PHH를 유발할 수 있습니다 ¹. PHH는 심실 복막 션트의 배치로 치료할 수 있지만 션트 배치는 IVH로 인해 발생할 수있는 뇌 손상을 역전시키지 않습니다. 현대의 신생아 집중 치료는 IVH^{2, 3}의 비율을 낮추었지만 IVH가 발생하면 발생하는 뇌 손상이나 뇌수종에 대한 특별한 치료법은 없습니다. IVH 유발 뇌 손상 및 PHH에 대한 예방 치료법 개발의 중요한 한계는 IVH 병태생리학에 대한 불완전한 이해입니다.

최근에, 주요 혈액 분해 생성물 헤모글로빈의 초기 CSF 수준은 고급 IVH⁴를 가진 신생아에서 PHH의 후기 발달과 관련이있는 것으로 나타났다. 또한 철 처리 경로 단백질(헤모글로빈, 페리틴 및 빌리루빈)의 CSF 수치는 신생아 IVH의 심실 크기와 관련이 있습니다. 이것은 또한 조산 PHH를 가진 영아의 다기관 코호트에서 나타 났으며, 페리틴의 더 높은 심실 CSF 수치는 더 큰 심실 크기⁵와 관련이 있습니다.

이 연구에서 우리는 뇌실에 헤모글로빈 주사를 사용하여 IVH 유발 뇌 손상 및 뇌수종의 임상 적으로 관련된 모델을 개발하여 뇌 손상 및 PHH의 정량화와 새로운 치료 전략의 테스트를 가능하게했습니다 (그림 1)^{6, 7}. 이 IVH 모델은 시술 기간 동안 전신 마취하에 놓인 신생아 쥐 새끼를 사용합니다. 두피에 정중선 절개가 이루어지고 두개골 랜드마크(브레그마 또는 람다)에서 파생된 좌표를 사용하여 주사를 위해 측심실을 표적으로 삼습니다. 주입 펌프를 사용한 느린 주입은 헤모글로빈을 심실로 전달합니다. 이 프로토콜은 사용하기 쉽고 다재다능하며 PHH를 유발하는 IVH의 다양한 구성 요소를 모델링할 수 있습니다.

프로토콜

참고 : 모든 동물 프로토콜은 기관의 동물 관리 및 사용위원회의 승인을 받았습니다. 이 프로토콜에 사용되는 모든 재료, 시약, 장비 및 소프트웨어에 대한 자세한 내용은 재료 표를 참조하십시오.

1. 헤모글로빈 및 CSF 용액의 제조

1. 1.5mL 마이크로튜브에 aCSF 용액 500μL를 첨가하여 멸균 인공 CSF(aCSF) 용액을 준비하고 얼음에 보관합니다.
2. 1.5mL 마이크로튜브의 aCSF 500μL에 헤모글로빈 75mg을 첨가하여 멸균 150mg/mL 헤모글로빈 용액을 준비하고 얼음에 보관합니다.

2. 주사용 동물의 제조

1. 가열 패드를 매체 설정으로 돌려 쥐의 체온을 유지하십시오.
2. 출생 후 4일째(P4) 랫트를 3% 이소플루란으로 채워진 유도 챔버에서 마취시킨다.
   알림: 15분마다 발가락/꼬리 핀치 반응을 사용하여 충분한 마취를 확인하십시오. 조직 색상, 체온 및 호흡수를 육안으로 관찰하여 마취를 모니터링합니다.
3. 마취 된 쥐에게 5mg / kg 피하 카프로 펜 주사로 통증 완화를 투여하십시오.
4. 마취 된 쥐를 1.5 % 이소 플루 란의 일정한 흐름으로 마취 어댑터에 위치시킨 상태에서 정위 장치에 엎드려 놓습니다.
5. 외이도의 파열되지 않는 이어바를 조여 머리를 고정합니다.
   알림: 주사 나이에 눈을 뜨고 있으면 눈을 촉촉하게 유지하기 위해 수의사 연고를 바르십시오.
6. 베타딘과 70% 에탄올에 적신 멸균 면봉 어플리케이터와 번갈아 가며 머리를 청소하십시오.
   1. 베타딘에 적신 애플리케이터를 두피 중앙에 대고 베타딘을 바깥쪽으로 움직이면서 원을 그리며 펼칩니다.
   2. 에탄올에 적신 애플리케이터로 2.6.1.1단계를 반복합니다.
   3. 2.6.1.1단계와 2.6.1.2단계 3x를 반복합니다.
7. 수술 부위를 보호하기 위해 멸균 수술 드레이프를 적용하십시오.
8. 멸균 메스를 사용하여 머리 중앙을 수직으로 0.3cm 절개하여 두개골의 브레그마를 노출시킵니다.
   알림: 람다에서 주입하는 경우 브레그마 대신 두개골의 람다를 노출시킵니다.
9. 멸균 된 면봉 어플리케이터를 사용하여 해당 부위를 건조시킵니다.

3. 정위 주입기 설정

1. 단계 1.2에서 제조된 헤모글로빈 용액을 30G 바늘로 0.3mL 멸균 주사기에 넣고 주사기를 정위 주입기 시스템에 넣습니다.
   참고: 제어 조건을 생성하는 경우 1.1단계에서 준비한 CSF 용액을 0.3mL 멸균 주사기에 넣고 프로토콜을 진행합니다.
2. 스테레오택틱 인젝터 인터페이스를 켜고 구성 버튼을 클릭하여 주입량 및 속도 설정을 입력합니다.
   1. 볼륨을 클릭하고 볼륨을 20,000nL(20μL)로 설정합니다.
   2. 주입 속도를 클릭하고 속도를 8,000nL/분(8μL/분)으로 설정합니다.
3. Pos 재설정 버튼을 클릭하여 구성을 종료합니다.
4. 바늘 끝에서 작은 헤모글로빈 용액 구슬이 나올 때까지 Infuse 버튼을 클릭하여 바늘 끝을 세척하십시오.
5. 멸균 된 면봉 애플리케이터로 바늘 끝에서 헤모글로빈 용액을 부드럽게 심지하십시오.

4. 동물 주사

1. 세척된 주사기 바늘의 끝을 낮추어 브레그마에서 두개골을 부드럽게 만지기 전에 주사기의 중간 및 전후 위치를 조정하여 정위 주사기 시스템에서 브레그마 를 0 으로 설정합니다.
   참고: 람다에서 주입하는 경우 람다를 0으로 설정합니다.
2. 선택한 좌표를 식별합니다.
   1. 브레그마로부터 주사하는 경우, 여기에 기술된 P4 랫트 에서, 브레그마로부터 1.5 mm 측면, 0.4 mm 전방 및 2.0 mm 깊이를 사용한다.
   2. 람다에서 주사하는 경우 P4 쥐에 대해 다음 좌표를 사용하십시오 : 측면 1.1mm, 전방 4.6mm 및 람다에서 깊이 3.3mm.
3. 주사기 바늘을 두개골 위로 1cm 올려 두피를 청소합니다. 주사기가 올라갈 때, 중간 및 전후 좌표를 설정하십시오.
4. 주사기 바늘을 내려 두개골을 부드럽게 만지십시오. 바늘이 두개골에 닿아 있는지 확인하십시오.
5. 30초 동안 등쪽 좌표를 설정합니다.
   알림: 배복부 좌표를 설정하는 동안 바늘이 두개골을 뚫습니다. 주사기가 두개골을 변형시키지 않고 두개골을 통과하도록주의해야합니다. 두개골 변형은 변형이 발생하면 배복부 좌표를 따라 바늘을 천천히 빼낸 다음 동일한 궤적을 따라 바늘을 다시 배치하여 피할 수 있습니다. 이렇게하면 바늘이 더 적은 힘과 변형없이 두개골의 구멍을 통과 할 수 있습니다.
6. 입체 인젝터 인터페이스에서 Run 버튼을 클릭하여 주입을 시작합니다.
7. 주입이 끝나면 용액의 역류를 최소화하기 위해 주사기 바늘을 2 분 동안 그대로 두십시오.
8. 바늘 끝이 두피 위 2cm가 될 때까지 배복부 좌표를 따라 2분 이상 천천히 주사기를 빼냅니다.
9. 정위 인젝터 암을 수술 필드에서 멀리 돌립니다.

5. 수술 후 관리

1. 6-0 모노 필라멘트 봉합사로 두피를 닫습니다. 0.3cm 절개 중앙에서 간단한 중단 봉합사를하십시오.
2. 강아지를 마취에서 꺼내 가열 패드의 안전한 곳에 놓습니다.
3. 설치류를 홈 케이지로 돌려 보내 댐의 관리하에 마취에서 회복하십시오.
   참고: 적시에 댐 관리로 복귀하면 수술 후 조기 사망률이 감소합니다.
4. 수술 후 매시간 3 시간 동안 오른쪽 반사의 손실에 의해 마취를 위해 동물을 모니터링합니다.
5. 정상적인 활동, 음식 섭취 및 체중 증가를 위해 7 일 동안 매일 동물을 모니터링하십시오. 수술 부위에서 상처 치유, 봉합 및 모피의 재발에 대해 절개 부위를 모니터링합니다.
   참고: 드물게 모니터링 중에 발작, 중추 우울증 또는 식욕 감소와 같은 신경학적 변화가 관찰되는 경우 마취 하에 혈관 내 관류 또는 경추 탈구를 사용하여 동물을 안락사시킵니다.
6. 봉합사가 닫히고 상처가 치유되면 감염을 예방하려면 절개 부위에 국소 삼중 항생제를 바르십시오.

6. MRI 획득 및 정량화

1. 4.7T 또는 9.4T 소형 동물 스캐너에서 MRI를 수행합니다.
2. 가열 패드를 매체 설정으로 돌려 쥐의 체온을 유지하십시오.
3. 3% 이소플루란을 사용하여 챔버에서 마취를 유도한다.
   알림: 15분마다 발가락/꼬리 핀치 반응을 사용하여 충분한 마취를 확인하십시오. 조직 색상, 체온 및 호흡수를 육안으로 관찰하여 마취를 모니터링합니다.
4. MRI에 엎드린 마취된 쥐를 1.5% 이소플루란의 일정한 흐름으로 마취 어댑터에 코를 위치시킵니다.
5. T2 가중 고속 스핀 에코 시퀀스를 선택하여 T2 가중 이미징을 수행합니다.
   1. 4.7T MRI 스캐너를 사용하는 경우 MRI 소프트웨어에 반복 시간 = 3,000ms, 에코 시간 = 27.50ms, 평균 수 = 3, 시야 = 18.0mm x 18.0mm, 매트릭스 = 128 x 128, 축 슬라이스 수 = 24, 두께 = 0.50mm.
   2. 9.4T MRI 스캐너를 사용하는 경우 MRI 소프트웨어에 반복 시간 = 5,000ms, 에코 시간 = 66.00ms, 에코 간격 = 16.50ms, 평균 수 = 2, 반복 = 1, 희귀 계수 = 8, 시야 = 16.0mm x 16.0mm, 매트릭스 = 256 x 256, 축 슬라이스 수 = 32, 두께 = 0.50mm.
6. 계속 버튼을 클릭하여 시퀀스를 시작합니다.

7. 이미지 처리 및 분석

1. 네이티브 T2 가중 데이터를 사용하여 뇌 부피를 분석합니다. 분할 소프트웨어를 사용하여 측면 심실⁶을 수동으로 묘사합니다. 페인트 브러시 모드를 클릭하고 사각형 브러시 스타일을 선택하십시오. 브러시 크기를 1로 조정합니다. 레이아웃 속성을 클릭하고 축 뷰를 선택합니다. 확대/축소를 클릭하여 맞춥니다. 이미지 위에 커서를 놓습니다. 측면 심실 공간을 추적하고 채 웁니다.
2. 도구 모음에서 세분화 를 클릭합니다 | 볼륨 및 통계 를 클릭하여 분할된 볼륨을 봅니다.

결과

주사의 성공은 방사선 학적 및 면역 조직 화학적 수단에 의해 확인되었다. 헤모글로빈 주사를받은 동물은 MRI (그림 2A)를 통해 평가했을 때 중등도의 급성 심실 비대가 발생했으며, CSF 주사 동물에 비해 헤모글로빈 주사 후 24 시간 및 72 시간에 측심실이 훨씬 더 컸습니다 (그림 2B, C). 헤모글로빈 주입 동물과 뇌척수액 주입 후 38일 사이에 측...

토론

헤모글로빈 주사를 활용하는이 IVH 모델은 헤모글로빈에 의해 특이 적으로 매개되는 IVH의 병리학 연구를 가능하게합니다. 보완 연구의 경우, 헤모글로빈은 시험관 내에서도 쉽게 전달 될 수 있으며 전혈에 존재하는 미세 아교 세포 / 대 식세포에 의해 생성 된 단백질에 대한 생화학 적 분석을 방해하지 않습니다.

IVH-PHH의 주요 이론에는 CSF 순환의 기계적 방해, 상반신 벽...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.3 mL insulin syringe	BD Microfine + Insulin Syringe	230-4533	0.3-0.5 mL synringes will work
1.5 mL microtube	USA Scientific	1615-5500	Lot No. K194642H -3 511
4.7T MRI	Agilent/Varian	4.7T/33 cm	Agilent/Varian DirectDrive 4.7-T (200-MHz) MRI system
6-0 monofilament suture	ETHICON	667G
9.4T MRI	Bruker	BioSpec 94/20	Used in this protocol without the cryoprobe
Analytical balance	CCURIS Instruments	W3200-320
Artificial CSF (aCSF)	Tocris Bioscience	3525	Batch No: 72A
Betadine	Purdue Products L.P.	301005-00	NDC 67618-150-09
Carprofen (injectable)	Zoetis Inc.	PI 4019448	Rimadyl
Ethanol	Decon Laboratories	2701
Heating pad	Sunbeam	E12107-819	UL 612A, Z-1228-001
Hemoglobin	MP Biomedicals	100714	LOT NO. SR02321
Isoflurane	Piramal Critical Care	NDC 66794-017-25
Isoflurane vaporizer	VETEQUIP	911103
Light for stereotactic insturment	Dolan-Jenner industries	Fiber-Lite MI-150
Microinjection syringe pump	World Precision Instruments	MICRO21	Serial 184034 T08K
MRI software	Bruker BioSpin	Paravision 360 3.2
Oxygen	Airgas Healthcare	UN1072	LOT NUMBER S1432080XA02
Sprague Dawley rats	Charles River Laboratories	Strain code: 001
Stereotactic instrument	KOPF Instuments	Model 900LS Lazy Susan
Sterile cotton tipped applicator	Fischerbrand	23-400-118
Surgical blade	covetrus	#10
Topical triple antibiotic	Triple Antibiotic Ointment	NDC 51672-2120-1
Ventricle volume quantification software	ITK-SNAP	ITK-SNAP 4.0.0 beta