Name: brain death induction in mice using intra-arterial blood pressure monitoring and ventilation via tracheostomy
Uploaded: 2020-04-17T14:00:00
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Tierversuche wurden in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Labortierpflege durchgeführt, die von der National Society for Medical Research und dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren von der National Academy of Science erstellt und von den National Institutes of Health veröffentlicht wurden (NIH-Publikation Nr. 86-23, überarbeitet 1985). Alle Experimente wurden vom österreichischen Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur genehmigt (BMWF-66.011/0071-II/3b/2012).
<p class="jove_ti...

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	<li>Hart, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OPTN/SRTR+2017+Annual+Data+Report:+Kidney.">OPTN/SRTR 2017 Annual Data Report: Kidney.</a> American Journal of Transplantation. 19 (Suppl 2), 19 (2019).</li><li>The Quality Standards Subcommittee of the American Academy of Neurology. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Practice+parameters+for+determining+brain+death+in+adults+(summary+statement).">Practice parameters for determining brain death in adults (summary statement).</a> Neurology. 45 (5), 1012-1014 (1995).</li><li>Terasaki, P. I., Cecka, J. M., Gjertson, D. W., Takemoto, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+survival+rates+of+kidney+transplants+from+spousal+and+living+unrelated+donors.">High survival rates of kidney transplants from spousal and living unrelated donors.</a> New England Journal Medicine. 333 (6), 333-336 (1995).</li><li>Pratschke, J., Neuhaus, P., Tullius, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+can+be+learned+from+brain-death+models?.">What can be learned from brain-death models?.</a> Transplant International. 18 (1), 15-21 (2005).</li><li>Wilhelm, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+the+heart+by+donor+brain+death+accelerates+acute+rejection+after+transplantation.">Activation of the heart by donor brain death accelerates acute rejection after transplantation.</a> Circulation. 102 (19), 2426-2433 (2000).</li><li>Pomper, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Introducing+a+mouse+model+of+brain+death.">Introducing a mouse model of brain death.</a> Journal of Neuroscience Methods. 192 (1), 70-74 (2010).</li><li>Ritschl, P. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Donor+brain+death+leads+to+differential+immune+activation+in+solid+organs+but+does+not+accelerate+ischaemia-reperfusion+injury.">Donor brain death leads to differential immune activation in solid organs but does not accelerate ischaemia-reperfusion injury.</a> Journal of Pathology. 239 (1), 84-96 (2016).</li><li>Atkinson, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Donor+brain+death+exacerbates+complement-dependent+ischemia/reperfusion+injury+in+transplanted+hearts.">Donor brain death exacerbates complement-dependent ischemia/reperfusion injury in transplanted hearts.</a> Circulation. 127 (12), 1290-1299 (2013).</li><li>Oberhuber, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Treatment+with+tetrahydrobiopterin+overcomes+brain+death-associated+injury+in+a+murine+model+of+pancreas+transplantation.">Treatment with tetrahydrobiopterin overcomes brain death-associated injury in a murine model of pancreas transplantation.</a> American Journal of Transplantation. 15 (11), 2865-2876 (2015).</li><li>Floerchinger, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inflammatory+immune+responses+in+a+reproducible+mouse+brain+death+model.">Inflammatory immune responses in a reproducible mouse brain death model.</a> Transplant Immunology. 27 (1), 25-29 (2012).</li><li>Steen, P. A., Milde, J. H., Michenfelder, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=No+barbiturate+protection+in+a+dog+model+of+complete+cerebral+ischemia.">No barbiturate protection in a dog model of complete cerebral ischemia.</a> Annals of Neurology. 5 (4), 343-349 (1979).</li><li>Cooper, D. K., Novitzky, D., Wicomb, W. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+pathophysiological+effects+of+brain+death+on+potential+donor+organs,+with+particular+reference+to+the+heart.">The pathophysiological effects of brain death on potential donor organs, with particular reference to the heart.</a> Annals of the Royal College of Surgeons of England. 71 (4), 261-266 (1989).</li><li>Herijgers, P., Leunens, V., Tjandra-Maga, T. B., Mubagwa, K., Flameng, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+organ+perfusion+after+brain+death+in+the+rat+and+its+relation+to+circulating+catecholamines.">Changes in organ perfusion after brain death in the rat and its relation to circulating catecholamines.</a> Transplantation. 62 (3), 330-335 (1996).</li></ol>

BD, ein Risikofaktor für Allograft-Qualität bei Multiorganspendern, bringt eine Fülle pathophysiologischer Veränderungen mit sich, die nur mit In-vivo-Modellen ausreichend bewertet werden können. Hämodynamische Veränderungen, Zytokinsturm, hormonelle Veränderungen und ihre letztendliche Auswirkung auf die Qualität und das Überleben von Organtransplantaten können nicht in vitro analysiert werden4. Der Großteil der Basistransplantationen sowie der immunologischen Forschung ist von ausgek...

Die Transplantation ist derzeit die einzige heilende Behandlung für Organversagen im Endstadium. Bisher waren Patienten mit Hirntod (BD) die Hauptquelle für Organspenden, obwohl lebende Spende und Spende nach Kreislauftod wertvolle Alternativen sind1. BD wird durch ein irreversibles Koma (mit einer bekannten Ursache), das Fehlen von Hirnstammreflexen und Apnoe2definiert. Leider zeigen BD-Organe minderwertige Ergebnisse im langfristigen Transplantatüberleben unabhängig von humanem Leukozyten-Antigen (HLA)-Missverhältnis und kalter ischämischer Zeit3. In der Zwischenzeit wurde intensive Forschung an diesem antigenunabhängigen Risikofaktor durchgeführt, was zu drei Hauptaspekten pathophysiologischer Veränderungen führte, die als Folge von BD vermittelt wurden: hämodynamisch, hormonell und entzündlich4.
Bis heute wurden experimentelle BD-Modelle bei Nagetieren hauptsächlich mit Ratten durchgeführt. Um einen besseren Einblick in die immunologischen Folgen fester Organe nach BD zu gewinnen, wollten wir ein murines BD-Modell etablieren, da derzeit nur Mausmodelle umfassende Untersuchungen genetischer oder immunologischer Faktoren ermöglichen. In diesem Zusammenhang bietet das Maussystem eine größere Auswahl an Analysewerkzeugen.
Das hier beschriebene Prinzip der BD-Induktion basiert auf einer Erhöhung des intrakraniellen Drucks, der durch die Inflation eines ballonkatheter unter dem Schädel eingesetzten Ballonkatheters induziert wird. Erhöhter intrakranieller Druck imitiert den physiologischen Mechanismus von BD, indem er die Perfusion des Großhirns, Kleinhirns und des Hirnstamms5,6blockiert. Um eine ausreichende Durchblutung der peripheren Organe zu gewährleisten, ist die Blutdruckmessung während des Eingriffs obligatorisch. Der zu diesem Zweck verwendete Katheter dient gleichzeitig der Kochlinie, um den Blutdruck durch Flüssigkeitssubstitution zu stabilisieren. Da BD mit der Einstellung der spontanen Atmung einhergeht, muss eine ausreichende Beatmung gewährleistet sein. Eine elektrische Decke hält die physiologische Körperkörpertemperatur aufrecht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses Modell eingehende Studien über den Einfluss von BD-induzierten Verletzungen, auf Leukozytenmigration7, Komplimentaktivierung8, ischämische Reperfusionsverletzung9und andere Faktoren ermöglichen wird.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>Arterial catheter (BD Neoflon 26G)</td>
			<td>BD</td>
			<td>391349</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blood Pressure Transducers (APT300)</td>
			<td>Harvard Apparatus Inc.</td>
			<td>73-3862</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fogarty Arterial Embolectomy Catheter N&#176; 3</td>
			<td>Edwards Lifesciences Corporation</td>
			<td>120403F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps</td>
			<td>FST</td>
			<td>11271-30</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Homeothermic Blanket Systems with Flexible Probe</td>
			<td>Harvard Apparatus Inc.</td>
			<td>55-7020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketansol</td>
			<td>Graeub</td>
			<td>6680110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro scissor</td>
			<td>FST</td>
			<td>15018-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needle holder</td>
			<td>FST</td>
			<td>12060-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prolene 5-0</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>8698H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump 11 Elite Infusion Only Single</td>
			<td>Harvard Apparatus Inc.</td>
			<td>70-4500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissor</td>
			<td>FST</td>
			<td>14075-11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotactic microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>SZX7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transpore Tape</td>
			<td>3M</td>
			<td>1527-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Underpads</td>
			<td>Molinea.A</td>
			<td>274301</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ventilator for mice (MiniVent Model 845)</td>
			<td>Harvard Apparatus Inc.</td>
			<td>73-0043</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylasol</td>
			<td>Graeub</td>
			<td>7630109</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

brain death induction in mice using intra-arterial blood pressure monitoring and ventilation via tracheostomy

Während sowohl die lebende Spende als auch die Spende nach dem Kreislauftod alternative Möglichkeiten für eine Organtransplantation bieten, stellt die Spende nach dem Hirntod (BD) nach wie vor die Hauptquelle für feste Transplantationen dar. Leider ist der irreversible Verlust der Gehirnfunktion bekannt, mehrere pathophysiologische Veränderungen zu induzieren, einschließlich hämodynamischer sowie hormoneller Veränderungen, die schließlich zu einer systemischen Entzündungsreaktion führen. Modelle, die eine systematische Untersuchung dieser Effekte in vivo ermöglichen, sind rar. Wir präsentieren ein murines Modell der BD-Induktion, das Untersuchungen über die verheerenden Auswirkungen von BD auf die Allograft-Qualität unterstützen könnte. Nach der Durchführung der intraarteriellen Blutdruckmessung über die gemeinsame Karotisarterie und der zuverlässigen Beatmung über eine Tracheostomie wird BD durch stetig steigenden intrakraniellen Druck mit einem Ballonkatheter induziert. Vier Stunden nach der BD-Induktion können Organe zur Analyse oder für weitere Transplantationsverfahren geerntet werden. Unsere Strategie ermöglicht die umfassende Analyse von Spender-BD in einem murinen Modell, wodurch ein vertieftes Verständnis der BD-bezogenen Effekte bei der Festorgantransplantation ermöglicht und potenziell der Weg zu einer optimierten Organvorkonditionierung geebnet wird.

Das murine BD-Modell wurde mehr als 100 Mal mit einer Erfolgsrate von über 90% erfolgreich durchgeführt. Zusätzlich wurde eine postinterventionelle Organtransplantation von Herz und Niere sicher durchgeführt7.
BD induziert eine Vielzahl pathophysiologischer Veränderungen, die mit diesem Modell weiter untersucht werden können. Wie in Abbildung 1dargestellt, zeigt der Blu...

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Brain Death Induction in Mice Using Intra-Arterial Blood Pressure Monitoring and Ventilation via Tracheostomy

Wir präsentieren ein murines Modell der Hirntodinduktion, um den Einfluss seiner pathophysiologischen Wirkungen auf Organe sowie auf konsekutive Transplantate im Kontext einer soliden Organtransplantation zu bewerten.

Hirntodinduktion bei Mäusen mit intraarterieller Blutdrucküberwachung und -beatmung mittels Tracheostomie

While both living donation and donation after circulatory death provide alternative opportunities for organ transplantation, donation after donor brain ...

Obwohl die Spende nach dem Tod des Spenders die Hauptquelle für eine Festorgantransplantation ist, führt der irreversible Verlust der Gehirnfunktion zu pathophysiologischen Veränderungen, die zu einer systemischen Entzündungsreaktion führen. Dieses murine Modell der Hirntod-Induktion ermöglicht die Verwendung einer Vielzahl von Analysewerkzeugen und Knockout-Modellen, um die Wege der Hirn-Tod-Regulierung zu untersuchen. Zur arteriellen Katheterisierung nach Bestätigung einer mangelnden Reaktion auf Pedalreflex und Entfernung der oberen Bauchhaare, desinfizieren Sie die exponierte Haut mit 70% Ethanol und verwenden Sie eine Sezierendereine, um einen Mittellinienschnitt in der Haut zu machen.Mit Zangen, stumpf sezieren die submandibulären Drüsen und Hals Muskelgewebe und trennen Sie das Gewebe, um die gemeinsame Halsschlagader zu belichten. Platz drei 8-0 Seidenligaturen unter der rechten gemeinsamen Halsschlagader und legen Sie eine Klemme auf die proximale Ligatur. Bringen Sie Spannung in die Arterie, so dass der Fluss ausgesetzt wird und schließen Sie die distale Ligatur.Legen Sie einen 26-Spur-Arterienkatheter durch ein kleines vorgeformtes Hautloch auf dem Schädelaspekt des Schnitts ein. Drücken Sie den Katheter mit der Zange, wenn das Lumen zu groß ist, um den Rückfluss zu reduzieren und den Katheter mit allen drei Nähten zu sichern, und verwenden Sie dann ein einzelnes 5-0 Monofilament, das nicht resorbierbar ist, um den Katheter in der Nähe des vorgeformten Hautlochs an der Haut zu befestigen. Um eine Tracheostomie durchzuführen, verwenden Sie Zangen, um die prätracheale Muskulatur stumpf zu sezieren und zwei 8-0 Seidenligaturen unter der Luftröhre.Legen Sie das Lüftungsrohr zwischen zwei Trachealknorpeln ein, um eine einseitige Belüftung zu vermeiden, und sichern Sie das Rohr mit beiden vorbereiteten Ligaturen, schließen Sie dann die Haut mit einer 6-0 Monofilament-nicht-resorbierbaren Laufnaht und belüften Sie die Maus mit einer Frequenz von 150 pro Minute und einem Gezeitenvolumen von 200 Mikrolitern. Um den Hirntod im Versuchstier zu induzieren, ordnen Sie die Maus in die anfällige Position und verwenden Sie die Chirurgische Schere, um die Haut aus dem Schädel zu entfernen. Bohren Sie eine Ein-Millimeter-Sättelbohrung perimedial über dem linken parietalen Kortex und verwenden Sie stumpfe Zangen, um die letzte Gewebebrücke des Schädels zu durchdringen.Nach dem Entfernen von scharfen Kanten, legen Sie einen Ballonkatheter mit Saline vorgefüllt mit der gesamten Luft evakuiert. Wenn sich der Katheter vollständig innerhalb der Schädelhöhle befindet, verwenden Sie eine Spritzenpumpe, um den Katheter über einen Zeitraum von 10 bis 15 Minuten mit dem Aufblasen des Katheters mit etwa 0,1 Millimetern pro Minute zu beginnen. Wenn der Hirntod eintritt, stoppen Sie die Inflation des Ballonkatheters und legen Sie eine Heizdecke über die Maus, um Unterkühlung zu vermeiden.Nach der Bestätigung des Hirntodes, überwachen und dokumentieren Sie den Blutdruck regelmäßig, indem Sie alle 30 Minuten 100 Mikroliter Kochchen Kochchen einstecken, um den Blutdruck des Tieres zu stabilisieren. Schließen Sie nach vier Stunden Hirntod alle Tiere aus, ohne Herzen zu schlagen, und ernten Sie die Mausorgane und Gewebe von Interesse nach Standardprotokollen. Nach der Hirntod-Induktion weist der Blutdruck einen anfänglichen hypertensiven Höhepunkt auf, gefolgt von einer längeren blutdrucksenkenden Phase.Eine weitere etablierte Beobachtung ist, dass die Induktion des Gehirns zur Aktivierung des Immunsystems führt. Tatsächlich wird nach vier Stunden Hirntod in diesem Modell eine organspezifische Upregulation von Immunmarkern auf mRNA-Ebene beobachtet. Nach einer vordefinierten Zeit des Hirntods können die Organe für ihre direkte Analyse oder für die anschließende Organtransplantation geerntet werden.Dieses Modell wird eingehende Studien über den Einfluss von Hirntod-induzierten Verletzungen ermöglichen und hat bereits neue Erkenntnisse zur Komplementaktivierung und Leukozytenmigration ergeben.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Monitoring Changes in the Intracellular Calcium Concentration and Synaptic Efficacy in the Mollusc Aplysia

Monitoring Changes in the Intracellular Calcium Concentration and Synaptic Efficacy in the Mollusc Aplysia

Überwachen von Änderungen in der intrazellulären Calcium-Konzentration und Synaptic Wirksamkeit in der Muschel<em&gt; Aplysia</em

It has been suggested that changes in intracellular calcium mediate the induction of a number of important forms of synaptic plasticity (e.g., ...

Forschung

Neurowissenschaften

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

Funktionelle Bildgebung mit Ultraschall-Blut-Hirnschranke Störung und Mangan-MRT

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

Modeling Neuronal Death and Degeneration in Mouse Primary Cerebellar Granule Neurons

Modellierung von neuronalen Tod und Degeneration in Maus primären zerebelläre Granulat Neuronen

Cerebellar granule neurons (CGNs) are a commonly used neuronal model, forming an abundant homogeneous population in the cerebellum. In light of their ...

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

Neuronalen Aktivität im primären somatosensorischen Cortex mit Thy1Imaging-GCaMP6s transgene Mäuse

The mammalian brain exhibits marked symmetry across the sagittal plane. However, detailed description of neural dynamics in symmetric brain regions in ...

An In Vivo Blood-brain Barrier Permeability Assay in Mice Using Fluorescently Labeled Tracers

An In Vivo Blood-brain Barrier Permeability Assay in Mice Using Fluorescently Labeled Tracers

Eine In Vivo Blut - Hirn-Schranke Permeabilität Assay bei Mäusen mit Gewebekulturen beschriftet Tracer

Blood-brain barrier (BBB) is a specialized barrier that protects the brain microenvironment from toxins and pathogens in the circulation and maintains ...

Monitoring Neuronal Survival via Longitudinal Fluorescence Microscopy

Überwachung der neuronalen Überleben über längs-Fluoreszenz-Mikroskopie

Standard cytotoxicity assays, which require the collection of lysates or fixed cells at multiple time points, have limited sensitivity and capacity to ...

Assessment of Long-term Depression Induction in Adult Cerebellar Slices

Bewertung der Langzeit-Depressionsinduktion bei erwachsenen Cerebellarscheiben

Synaptic plasticity provides a mechanism for learning and memory. For cerebellar motor learning, long-term depression (LTD) of synaptic transmissions from ...

Induction of Leptomeningeal Cells Modification Via Intracisternal Injection

Induktion von Leptomeningealzellen Modifikation über intrazisternale Injektion

The protocol outlined here describes how to safely and manually inject solutions through the cisterna magna while eliminating the risk of damage to the ...

Intra-Arterial Delivery of Neural Stem Cells to the Rat and Mouse Brain: Application to Cerebral Ischemia

Intra-arterielle Lieferung von neuronalen Stammzellen an das Ratten- und Maushirn: Anwendung auf zerebrale Ischämie

Neural stem cell (NSC) therapy is an emerging innovative treatment for stroke, traumatic brain injury and neurodegenerative disorders. As compared to ...

Induction of Complete Transection-Type Spinal Cord Injury in Mice

Induktion von vollständiger Transektion-Typ Rückenmarksverletzung bei Mäusen

Spinal cord injury (SCI) largely leads to irreversible and permanent loss of function, most commonly as a result of trauma. Several treatment options, ...