Ферре модель воспаления-сенсибилизированных поздней преждевременных гипоксико-ишемической травмы головного мозга

Резюме

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.

Аннотация

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.

Введение

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 сепсиса^2. 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 незрелая^3, а проапоптотические факторы естественным образом регулируются^4. 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 детей^5,6,7.

Из-за физического и развития сходства, что хорек мозга разделяет с человеческим мозгом, хорек является привлекательным видом, в котором моделировать черепно-мозговую травму^8,9,10,11,12. 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.

протокол

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.

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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

1. Во время процедуры постоянно следите за температурой, частотой дыхания и частотой сердечных приступов животного.
2. 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

1. 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).
2. 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.
3. 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

1. 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.
2. 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.
3. Повторите вскрытие на правой стороне. Реверсивно ligate правой сонной артерии с одной стерильной 1/8 дюймовый пупочный галстук. Закройте рану хирургическими зажимами для кожи.
4. 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

1. 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).
2. 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.
3. 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.
4. 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

1. 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.
2. Используя изогнутые щипцвые пущи, выявлять и развязывать пупочные ленты из правой сонной артерии. Закройте рану хирургическими зажимами для кожи.

7. Восстановление и управление температурой

1. 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.
2. Удалить хирургические клипы 10-14 дней после операции (P27-P31).

8. Рефлекторное тестирование

1. 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.
2. Отрицательный геотаксис (25 ")
   1. 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.
   2. 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.
   3. 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.
3. Отрицательный геотаксис (45 ")
   1. Выполните 3 испытания ранее описанного отрицательного теста геотаксиса снова, на этот раз с доской, установленной под углом 45 градусов.
4. Отвращение к скалам
   1. Поместите мягкую платформу около 1 фута ниже уступа, чтобы свести к минимуму травмы комплектов, если они падают.
   2. 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.
   3. 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).
   4. Выполните 3 испытания отвращения скалы за комплект, прежде чем перейти к следующему тесту.
5. Правильный рефлекс
   1. 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).
   2. Выполните 5 испытаний исправного рефлекторного теста на одно животное.
   3. После того, как каждый комплект завершил 5 исправимых рефлекторных испытаний, верните помет Джилл.

9. Тестирование подиума

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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)

1. 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.
2. 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.
3. Open Arena Настройки и захватить фоновое изображение от камеры ввода, убедившись, что вершины стены арены видны. Калибровать размеры арены с помощью инструмента масштабирования.
4. 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.
5. 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

1. 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.
2. 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.
3. 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

1. Удалите мозг из формалина (шаг 11.3) и поместите на бумажное полотенце, чтобы поглотить лишнюю жидкость.
2. 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.
3. 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.
4. 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

1. 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.
2. 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.
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.
   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.
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

1. 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.
2. Отрегулируйте данные подиума, который включает размер лапы давления по весу животного.
3. Анализ данных с использованием непараметрических статистических методов, описывающих данные с использованием медианного и межквартильного диапазона (ИКР).

Результаты

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 пострад...

Обсуждение

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 мен?...

Материалы

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