İntraventriküler Hemoglobin Enjeksiyonu ile Yenidoğan İntraventriküler Kanamasının Modellenmesi
Summary
Bu yazıda, insanlarda görülen patolojiyi taklit eden sıçan yavrularının kullanıldığı bir yenidoğan intraventriküler kanama modeli sunulmuştur.
Abstract
Yenidoğan intraventriküler kanaması (IVH) erken doğumun yaygın bir sonucudur ve beyin hasarına, posthemorajik hidrosefaliye (PHH) ve yaşam boyu nörolojik defisitlere yol açar. PHH geçici ve kalıcı beyin omurilik sıvısı (BOS) saptırma prosedürleri (sırasıyla ventriküler rezervuar ve ventriküloperitoneal şant) ile tedavi edilebilirken, IVH kaynaklı beyin hasarı ve hidrosefaliyi önlemek veya tedavi etmek için farmakolojik stratejiler yoktur. IVH’nin patofizyolojisini daha iyi anlamak ve farmakolojik tedavileri test etmek için hayvan modellerine ihtiyaç vardır. Mevcut yenidoğan IVH modelleri olsa da, güvenilir bir şekilde hidrosefali ile sonuçlananlar genellikle patolojinin modellenmesini zorlaştırabilecek veya gözlemlenen klinik fenotipte değişkenlik yaratabilecek büyük hacimli enjeksiyonların gerekliliği ile sınırlıdır.
Son klinik çalışmalar, hemoglobin ve ferritinin IVH sonrası ventrikül genişlemesine neden olduğunu göstermiştir. Burada, kan parçalanma ürünü hemoglobinin küçük hacimli intraventriküler enjeksiyonlarını kullanarak PHH’nin klinik fenotipini taklit eden basit bir hayvan modeli geliştiriyoruz. Ventriküler genişleme ve hidrosefaliyi güvenilir bir şekilde indüklemenin yanı sıra, bu model periventriküler ve beyaz cevher bölgelerinde beyaz cevher hasarı, inflamasyon ve immün hücre infiltrasyonu ile sonuçlanır. Bu yazıda, intraventriküler enjeksiyon kullanılarak yenidoğan sıçanlarda IVH-PHH modellemesi için klinik olarak alakalı, basit bir yöntem açıklanmakta ve enjeksiyon sonrası ventrikül boyutunun ölçülmesi için yöntemler sunulmaktadır.
Introduction
Yenidoğan IVH, gelişmekte olan beynin lateral ventriküllerine bitişik olan hızlı hücre bölünmesi bölgesi olan germinal matriksten kaynaklanır. Bu yüksek vasküler yapı, erken doğuma bağlı hemodinamik instabiliteye karşı savunmasızdır. Germinal matriks kanamasında (GMH)-IVH’de germinal matriks rüptürü içindeki kırılgan kan damarları olduğunda lateral ventriküllere kan salınır. Derece IV IVH durumunda, periventriküler hemorajik enfarktüs de beyindeki kan ürünlerinin salınımına katkıda bulunabilir. 1 GMH-IVH kombinasyonu, özellikle yüksek dereceli kanamadan sonra (derece III ve IV) PHH’ye neden olabilir1. PHH, ventriküloperitoneal şantın yerleştirilmesiyle tedavi edilebilir, ancak şant yerleşimi IVH’den kaynaklanabilecek beyin hasarını tersine çevirmez. Modern yenidoğan yoğun bakımı IVH2, 3 oranlarını düşürmüş olsa da, IVH’nin neden olduğu beyin hasarı veya hidrosefali için spesifik bir tedavi yoktur. IVH kaynaklı beyin hasarı ve PHH için önleyici tedavilerin geliştirilmesinde önemli bir sınırlama, IVH patofizyolojisinin tam olarak anlaşılamamasıdır.
Son zamanlarda, anahtar kan parçalanma ürünü hemoglobinin erken BOS seviyelerinin, yüksek dereceli IVH4’lü yenidoğanlarda daha sonra PHH gelişimi ile ilişkili olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, demir işleme yolu proteinlerinin BOS seviyeleri – hemoglobin, ferritin ve bilirubin – yenidoğan IVH’de ventrikül boyutu ile ilişkilidir. Bu aynı zamanda, daha yüksek ventriküler BOS ferritin düzeylerinin daha büyük ventrikül boyutu5 ile ilişkili olduğu preterm PHH’li bebeklerin çok merkezli bir kohortunda da gösterilmiştir.
Bu çalışmada, beyin hasarı ve PHH’nin nicelleştirilmesine ve yeni terapötik stratejilerin test edilmesine olanak tanıyan beyin ventriküllerine hemoglobin enjeksiyonunu kullanarak IVH kaynaklı beyin hasarı ve hidrosefalinin klinik olarak ilgili bir modelini geliştirdik (Şekil 1) 6, 7. Bu IVH modeli, prosedür süresince genel anestezi altına alınan yenidoğan sıçan yavrularını kullanır. Kafa derisinde bir orta hat insizyonu yapılır ve kafatası işaretlerinden (bregma veya lambda) türetilen koordinatlar, enjeksiyon için lateral ventrikülleri hedeflemek için kullanılır. Bir infüzyon pompası kullanılarak yapılan yavaş enjeksiyon, hemoglobini ventriküle iletir. Bu protokolün kullanımı kolaydır, çok yönlüdür ve IVH’nin PHH ile sonuçlanan farklı bileşenlerini modelleyebilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hemoglobin enjeksiyonunu kullanan bu IVH modeli, özellikle hemoglobinin aracılık ettiği IVH patolojisinin incelenmesine izin verir. Tamamlayıcı çalışmalar için, hemoglobin in vitro olarak da kolayca verilebilir ve tam kanda bulunan mikroglia / makrofajlar tarafından yapılan proteinler için biyokimyasal tahlilleri karıştırmaz.
IVH-PHH’nin önde gelen teorileri arasında BOS dolaşımının mekanik olarak tıkanması, ependimal duvarları kaplayan kirpiklerin bozulması,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
JMS, NIH / NINDS R01 NS110793 ve K12’den (Beyin Cerrahı Araştırma Kariyer Geliştirme Programı) finansman aldı. BAM, NIH / NINDS K08 NS112580-01A1, Kentucky Üniversitesi Sinirbilim Araştırma Öncelikli Alan Ödülü ve bir Hidrosefali Derneği Yenilikçi Ödülü’nden fon aldı.
Materials
| 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 |
References
- Robinson, S. Neonatal posthemorrhagic hydrocephalus from prematurity: Pathophysiology and current treatment concepts: A review. Journal of Neurosurgery: Pediatrics. 9 (3), (2012).
- Hasselager, A. B., Børch, K., Pryds, O. A. Improvement in perinatal care for extremely premature infants in Denmark from. Danish Medical Journal. 63 (1), (1994).
- Johnston, P. G., Gillam-Krakauer, M., Fuller, M. P., Reese, J. Evidence-Based Use of Indomethacin and Ibuprofen in the Neonatal Intensive Care Unit. Clinics in Perinatology. 39 (1), (2012).
- Mahaney, K. B., Buddhala, C., Paturu, M., Morales, D., Limbrick, D. D., Strahle, J. M. Intraventricular Hemorrhage Clearance in Human Neonatal Cerebrospinal Fluid: Associations with Hydrocephalus. Stroke. , (2020).
- Strahle, J. M., et al. Longitudinal CSF Iron Pathway Proteins in Posthemorrhagic Hydrocephalus: Associations with Ventricle Size and Neurodevelopmental Outcomes. Annals of Neurology. 90 (2), (2021).
- Strahle, J. M., et al. Role of Hemoglobin and Iron in hydrocephalus after neonatal intraventricular hemorrhage. Neurosurgery. 75 (6), (2014).
- Garton, T. P., He, Y., Garton, H. J. L., Keep, R. F., Xi, G., Strahle, J. M. Hemoglobin-induced neuronal degeneration in the hippocampus after neonatal intraventricular hemorrhage. Brain Research. 1635, (2016).
- Goulding, D. S., Caleb Vogel, ., Gensel, R., Morganti, J. C., Stromberg, J. M., Miller, A. J., A, B. Acute brain inflammation, white matter oxidative stress, and myelin deficiency in a model of neonatal intraventricular hemorrhage. Journal of Neurosurgery: Pediatrics. 26 (6), (2020).
- Strahle, J., Garton, H. J. L., Maher, C. O., Muraszko, K. M., Keep, R. F., Xi, G. Mechanisms of Hydrocephalus After Neonatal and Adult Intraventricular Hemorrhage. Translational Stroke Research. 3, (2012).
- Jinnai, M., et al. A Model of Germinal Matrix Hemorrhage in Preterm Rat Pups. Frontiers in Cellular Neuroscience. 14, (2020).
- Georgiadis, P., et al. Characterization of acute brain injuries and neurobehavioral profiles in a rabbit model of germinal matrix hemorrhage. Stroke. 39 (12), (2008).
- Cherian, S. S., Love, S., Silver, I. A., Porter, H. J., Whitelaw, A. G. L., Thoresen, M. Posthemorrhagic ventricular dilation in the neonate: Development and characterization of a rat model. Journal of Neuropathology and Experimental Neurology. 62 (3), (2003).
- Balasubramaniam, J., Xue, M., Buist, R. J., Ivanco, T. L., Natuik, S., del Bigio, ., R, M. Persistent motor deficit following infusion of autologous blood into the periventricular region of neonatal rats. Experimental Neurology. (1), (2006).
- Volpe, J. J. Brain injury in premature infants: a complex amalgam of destructive and developmental disturbances. The Lancet Neurology. 8 (1), (2009).
- Dobbing, J., Sands, J. Comparative aspects of the brain growth spurt. Early Human Development. 3 (1), (1979).
- Craig, A., et al. Quantitative analysis of perinatal rodent oligodendrocyte lineage progression and its correlation with human. Experimental Neurology. 181 (2), (2003).
- Lodygensky, G. A., Vasung, L., Sv Sizonenko, ., Hüppi, P. S. Neuroimaging of cortical development and brain connectivity in human newborns and animal models. Journal of Anatomy. 217 (4), (2010).
- Dean, J. M., et al. Strain-specific differences in perinatal rodent oligodendrocyte lineage progression and its correlation with human. Developmental Neuroscience. 33 (34), (2011).
- Engelhardt, B. Development of the blood-brain barrier. Cell and Tissue Research. 314 (1), (2003).
- Daneman, R., Zhou, L., Kebede, A. A., Barres, B. A. Pericytes are required for bloodĝ€"brain barrier integrity during embryogenesis. Nature. 468 (7323), (2010).
- Alles, Y. C. J., Greggio, S., Alles, R. M., Azevedo, P. N., Xavier, L. L., DaCosta, J. C. A novel preclinical rodent model of collagenase-induced germinal matrix/intraventricular hemorrhage. Brain Research. 1356, (2010).
- Christian, E. A., et al. Trends in hospitalization of preterm infants with intraventricular hemorrhage and hydrocephalus in the United States. Journal of Neurosurgery: Pediatrics. 17 (3), 2000-2010 (2016).
