نمذجة النزف داخل البطيني الوليدي من خلال الحقن داخل البطيني للهيموغلوبين
Summary
نقدم نموذجا للنزيف داخل البطيني الوليدي باستخدام جراء الفئران التي تحاكي علم الأمراض الذي يظهر في البشر.
Abstract
النزف داخل البطيني الوليدي (IVH) هو نتيجة شائعة للولادة المبكرة ويؤدي إلى إصابة الدماغ واستسقاء الرأس الوضعي (PHH) والعجز العصبي مدى الحياة. بينما يمكن علاج PHH عن طريق إجراءات تحويل السائل النخاعي المؤقتة والدائمة (CSF) (الخزان البطيني والتحويلة البطينية الصفاقية ، على التوالي) ، لا توجد استراتيجيات دوائية لمنع أو علاج إصابة الدماغ التي يسببها IVH واستسقاء الرأس. هناك حاجة إلى نماذج حيوانية لفهم الفيزيولوجيا المرضية ل IVH بشكل أفضل واختبار العلاجات الدوائية. في حين أن هناك نماذج موجودة من IVH الوليدي ، فإن تلك التي تؤدي بشكل موثوق إلى استسقاء الرأس غالبا ما تكون محدودة بسبب ضرورة الحقن ذات الحجم الكبير ، مما قد يعقد نمذجة علم الأمراض أو إدخال تباين في النمط الظاهري السريري الذي لوحظ.
وقد ورطت الدراسات السريرية الحديثة الهيموغلوبين والفيريتين في التسبب في تضخم البطين بعد IVH. هنا ، نقوم بتطوير نموذج حيواني مباشر يحاكي النمط الظاهري السريري ل PHH باستخدام الحقن داخل البطيني صغير الحجم لمنتج تكسير الدم الهيموجلوبين. بالإضافة إلى تحفيز تضخم البطين واستسقاء الرأس بشكل موثوق ، يؤدي هذا النموذج إلى إصابة المادة البيضاء والالتهاب وتسلل الخلايا المناعية في المناطق المحيطة بالبطينين والمادة البيضاء. تصف هذه الورقة هذه الطريقة البسيطة ذات الصلة سريريا لنمذجة IVH-PHH في الفئران الوليدية باستخدام الحقن داخل البطيني وتقدم طرقا لتحديد حجم البطين بعد الحقن.
Introduction
ينشأ IVH الوليدي من المصفوفة الجرثومية ، وهو موقع الانقسام الخلوي السريع المجاور للبطينين الجانبيين للدماغ النامي. هذا الهيكل الوعائي للغاية عرضة لعدم استقرار الدورة الدموية المرتبط بالولادة المبكرة. يتم إطلاق الدم في البطينين الجانبيين في نزيف المصفوفة الجرثومية (GMH) -IVH عندما تمزق الأوعية الدموية الهشة داخل المصفوفة الجرثومية. في حالة الصف الرابع IVH ، قد يساهم احتشاء النزف حول البطين أيضا في إطلاق منتجات الدم داخل الدماغ. 1 قد يسبب الجمع بين GMH-IVH PHH ، خاصة بعد النزف عالي الدرجة (الصفان الثالث والرابع)1. يمكن علاج PHH بوضع تحويلة البطين الصفاقي ، لكن وضع التحويلة لا يعكس إصابة الدماغ التي قد تحدث من IVH. على الرغم من أن العناية المركزة الحديثة لحديثي الولادة قد خفضت معدلات IVH2 ، 3 ، لا توجد علاجات محددة لإصابة الدماغ أو استسقاء الرأس الناجم عن IVH بمجرد حدوثه. أحد القيود الكبيرة في تطوير العلاجات الوقائية لإصابات الدماغ التي يسببها IVH و PHH هو الفهم غير الكامل للفيزيولوجيا المرضية IVH.
في الآونة الأخيرة ، ثبت أن مستويات السائل الدماغي الشوكي المبكرة لمنتج انهيار الدم الرئيسي للهيموجلوبين مرتبطة بالتطور اللاحق ل PHH في حديثي الولادة المصابين ب IVH4 عالي الجودة. علاوة على ذلك ، ترتبط مستويات السائل الدماغي الشوكي لبروتينات مسار مناولة الحديد – الهيموجلوبين والفيريتين والبيليروبين – بحجم البطين في IVH الوليدي. وقد ظهر هذا أيضا في مجموعة متعددة المراكز من الرضع الذين يعانون من PHH قبل الأوان ، حيث ارتبطت مستويات CSF البطينية الأعلى من الفيريتين بحجم بطين أكبر5.
في هذه الدراسة ، قمنا بتطوير نموذج ذي صلة سريريا لإصابة الدماغ التي يسببها IVH واستسقاء الرأس باستخدام حقن الهيموجلوبين في بطينات الدماغ ، مما يسمح بالقياس الكمي لإصابة الدماغ و PHH واختبار استراتيجيات علاجية جديدة (الشكل 1) 6 ، 7. يستخدم نموذج IVH هذا صغار الفئران حديثي الولادة ، والتي يتم وضعها تحت التخدير العام طوال مدة الإجراء. يتم إجراء شق خط الوسط على فروة الرأس ، وتستخدم الإحداثيات المشتقة من معالم الجمجمة – bregma أو lambda – لاستهداف البطينين الجانبيين للحقن. الحقن البطيء باستخدام مضخة التسريب يسلم الهيموغلوبين إلى البطين. هذا البروتوكول سهل الاستخدام ومتعدد الاستخدامات ويمكنه نمذجة مكونات مختلفة من IVH التي تؤدي إلى PHH.
Protocol
Representative Results
Discussion
يسمح نموذج IVH هذا باستخدام حقن الهيموغلوبين بدراسة أمراض IVH بوساطة الهيموجلوبين على وجه التحديد. بالنسبة للدراسات التكميلية ، يمكن أيضا توصيل الهيموجلوبين بسهولة في المختبر ولا يربك المقايسات الكيميائية الحيوية للبروتينات التي تصنعها الخلايا الدبقية الصغيرة / الضامة الموجودة في ال…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تلقت JMS تمويلا من NIH / NINDS R01 NS110793 و K12 (برنامج التطوير الوظيفي لأبحاث جراح الأعصاب). تلقت BAM تمويلا من NIH / NINDS K08 NS112580-01A1 ، وجائزة المنطقة ذات الأولوية لأبحاث علم الأعصاب بجامعة كنتاكي ، وجائزة مبتكر جمعية استسقاء الرأس .
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).
