Name: continuous video electroencephalogram during hypoxia-ischemia in neonatal mice
Uploaded: 2020-06-11T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 29 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Continuous Video Electroencephalogram during Hypoxia-Ischemia in Neonatal Mice at JoVE.com

Riconosciamo le seguenti fonti di finanziamento: NIH NINDS – K08NS101122 (JB), R01NS040337 (JK), R01NS044370 (JK), University of Virginia School of Medicine (JB).

Tutti gli studi sugli animali sono stati approvati dall'Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) dell'Università della Virginia.
1. Costruzione di elettrodi / costruzione di cavi
<ol><li>Utilizzare un filo di acciaio inossidabile isolato unipolare (diametro nudo di 0,005 ", 0,008") per creare un elettrodo collegato con un connettore a presa femmina (connettore presa femmina 0,079).</li>
	<li>Utilizzare uno speciale cavo su misura per collegare gli animali all'amplificatore.<ol>
<li>Collegare un connettore maschio a 4 pin (connettore maschio 0,079") all'amplificatore operazionale (op-amp) a 4 canali di unità di guadagno corrispondente all'impedenza. Collegare un resistore da 10K ai fili che si collegano alla batteria da 9 V. Un filo di terra non collegato all'amplificatore operazionale funge da punto medio della batteria.</li>
		<li>Collegare un'estremità del cavo (AWG, 0,012" OD) all'amplificatore operazionale e collegare l'altra estremità del cavo all'amplificatore.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Chirurgia di impianto di elettrodi
<ol><li>Anestetizzare il cucciolo (giorno 9 postnatale) con il 4-5% di isoflurano in una cappa a flusso verso il basso. Prima dell'inizio della procedura, iniettare i cuccioli con bupivacaina (0,02-0,05 ml, 0,25% di infiltrazione locale sottocutanea).</li>
	<li>Una volta che l'animale è immobile, trasferirlo in uno stadio stereotassico con un cono nasale. Usa il retro della barra dell'orecchio in quanto è morbido per tenere la testa ferma. A questa età, i cuccioli non hanno un orecchio completamente sviluppato per utilizzare l'estremità appuntita della barra dell'orecchio.</li>
	<li>Abbassare il flusso di isoflurano e mantenerlo al 2,5-3%. Tieni d'occhio la respirazione costante del cucciolo durante la procedura chirurgica. Pizzicare la coda per controllare la risposta al dolore e quindi procedere all'incisione.</li>
	<li>Sterilizzare l'area di incisione sul cranio con betadina e alcool (3 cicli di alternanza di iodio ed etanolo al 70%). Drappeggiare la parte del corpo circostante in modo tale che la regione dell'incisione sia visibile.</li>
	<li>Aprire il cuoio capelluto anteriormente-posteriore da leggermente sopra gli occhi e ritrarre circa 0,5 cm di pelle. Riposizionare la testa del mouse sullo stadio stereotassico in modo che la pelle tiri verso l'esterno esponendo il cranio.</li>
	<li>Applicare il perossido di idrogeno sul cranio usando un batuffolo di cotone e raschiare il cranio pulito usando una lama di bisturi. Il cranio è molto morbido; prestare attenzione durante il raschiamento.</li>
	<li>Applicare una goccia (circa 50 μL) di adesivo e stenderlo intorno all'area del cranio esposta utilizzando il suo applicatore. Esporre alla luce UV per 40 s per impostare l'adesivo.</li>
	<li>Misurate le coordinate utilizzando il bregma esposto come riferimento. Impiantare elettrodi bilateralmente nella regione CA1 dell'ippocampo [-3,5 mm Dorsale-Ventrale (DV), ±2 mm Mediale-Laterale (ML), -1,75 mm Profondità (D)] e bilateralmente nella corteccia parietale [-1,22 mm DV, ±0,5 mm ML, -1 mm D] e un elettrodo di riferimento nel cervelletto17. Utilizzare un ago da 32 G per creare un foro nella regione contrassegnata.</li>
	<li>Pulire il sangue dalla superficie del cranio. Elettrodi inferiori attaccati al connettore della presa femmina nel cervello con l'aiuto del braccio stereotassico e fissati in posizione con acrilico dentale. Impiantare l'elettrodo nel cervello. L'auricolare con connettore a presa si trova sulla parte superiore del cranio incollato insieme da acrilico dentale.</li>
	<li>Iniettare ketoprofene (5 mg/kg) per via sottocutanea nella regione interscapolare una volta fissato l'elettrodo. Rimetti i cuccioli con la madre. NOTA: introdurre metà della lettiera con l'auricolare in una sola volta alla madre piuttosto che introdurli uno alla volta. Ciò impedirà alla madre di danneggiare l'auricolare del cucciolo.</li>
</ol>3. Configurazione e registrazione EEG (baseline/pre-infortunio)
<ol><li>Dopo 24 ore di recupero dopo l'impianto dell'elettrodo, posizionare ogni animale in una camera di plexiglas riscaldata (37 °C) su misura per la registrazione EEG. Questa camera servirà anche come camera per l'ipossia.</li>
	<li>Collegare i cuccioli nella camera a un sistema di monitoraggio video-EEG tramite un cavo flessibile (cavo op-amp personalizzato). NOTA: con l'auricolare in posizione, i mouse sono liberamente mobili e non presentano differenze di comportamento. Una volta attaccati ai fili dell'elettrodo, i fili devono essere regolati all'interno del cavo della camera in modo da fornire la giusta quantità di allentamento in modo che il cucciolo possa muoversi liberamente in tutta la camera.</li>
	<li>Digitalizza i dati EEG a 1000 Hz con guadagno 1K utilizzando un amplificatore erba. Rivedere il segnale EEG (filtro passa banda tra 3-70 Hz) in un secondo momento utilizzando un software (ad esempio, LabChart Pro).</li>
	<li>Registrare un EEG al basale pre-lesione per 30 minuti prima di disconnettere gli animali per la procedura di legatura dell'arteria carotidea.</li>
</ol>4. Legatura dell'arteria carotide sinistra
<ol><li>Anestetizzare il cucciolo (giorno 10 postnatale) con il 4-5% di isoflurano in un cappuccio a flusso verso il basso e posizionarlo su una configurazione appositamente disposta su un waterbath pad. Posizionare l'animale supino e fissare gli arti anteriori con del nastro adesivo.<ol>
<li>Abbassare il flusso di isoflurano al 2-3%. Pizzicare la coda per la risposta al dolore e monitorare la respirazione durante la procedura.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Sterilizzare l'area di incisione (tra mandibola e clavicola) sul lato sinistro del collo con betadina e alcool (3 cicli di iodio alternato ed etanolo al 70%).</li>
	<li>Fai un'incisione lunga circa 1 cm sul lato sinistro del collo usando microscissori. Utilizzando un microscopio di dissezione, ritrarre con cura il tessuto sottocutaneo e la pelle per esporre l'arteria carotide. Fare attenzione a identificare il nervo vago (che corre lateralmente all'arteria) e separarlo delicatamente e ritrarlo dall'arteria.</li>
	<li>Infilare una sutura di seta sterile lunga 5 cm sotto l'arteria usando microforze. Legare una sutura a doppio nodo attorno all'arteria al flusso occluso.</li>
	<li>Tagliare la sutura in eccesso e chiudere l'arteria esposta tirando indietro il tessuto sottocutaneo e la pelle. Utilizzare il legame veterinario per sigillare l'incisione.</li>
	<li>Riposizionare l'animale su un monitoraggio EEG continuo in una camera a temperatura ambiente, che viene posizionata su un materasso riscaldante. Effettuare controlli della temperatura a infrarossi della temperatura interna del cucciolo per evitare di aprire la camera. Lasciare che l'animale si riprenda per 1 ora prima dell'ipossia.</li>
</ol>5. EEG e ipossia
<ol><li>Monitorare continuamente FiO2 (frazione di ossigeno inspirato) all'interno della camera tramite un monitor di ossigeno.</li>
	<li>Lavare la camera con 60 L/min di 100% N2 e 0,415 L/min per 100% O2. Una volta che la saturazione di ossigeno nella camera raggiunge il 12%, ridurre il flusso di N2 a 10 L / min mantenendo invariato il flusso di O2 . Con piccole regolazioni, mantenere il FiO2 all'8% per 45 minuti.</li>
	<li>Dopo 45 minuti di esposizione all'ipossia, riportare la FiO2 al 21%.</li>
	<li>Chiedi ai cuccioli di recuperare in camera e monitorare l'EEG per 2 ore post-ipossia.</li>
	<li>Dopo il completamento del periodo di registrazione, scollegare i topi dalla registrazione EEG e tornare alla madre.</li>
</ol>6. Analisi EEG
<ol><li>Analizza il file EEG con il video in LabChart Pro. Chiedi a un ricercatore in cieco di contrassegnare l'EEG per convulsioni e modelli di sfondo17. Le convulsioni sono definite come un evento elettrografico della durata superiore a 10 secondi con scariche d'onda acuta ritmiche ad alta frequenza (≥3x basale) con chiara evoluzione17.</li>
	<li>Chiedi a un secondo ricercatore in cieco di rivedere gli eventi contrassegnati a caso per l'accordo.</li>
	<li>Rivedere il video associato per ogni evento elettrografico marcato e analizzare in base al punteggio di crisi comportamentale del roditore neonatale16. In breve, questo punteggio varia da 0-6 (immobilità a grave comportamento tonico-clonico). Per caratterizzare ulteriormente la semiologia convulsiva, analizzare il comportamento per la lateralità (movimenti multifocali / bilaterali vs. focali / unilaterali vs. misti).</li>
	<li>Creare uno spettrogramma di potenza. Utilizzare una trasformazione di Fourier veloce con una finestra dati Coseno-Campana con una dimensione di 1024 punti dati. Crea un asse x liscio nello spettrogramma con l'aiuto di una sovrapposizione di finestre dell'87,5%. Esprimere la potenza come μV218.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Vasudevan, C., Levene, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidemiology+and+aetiology+of+neonatal+seizures.">Epidemiology and aetiology of neonatal seizures.</a> Seminars in Fetal &amp; Neonatal Medicine. , (2013).</li><li>Volpe, 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=Neonatal+Seizures.">Neonatal Seizures.</a> Volpe's Neurology of the Newborn. , 275-321 (2018).</li><li>Shankaran, S., 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=Network+EKSNNR.+Childhood+outcomes+after+hypothermia+for+neonatal+encephalopathy.">Network EKSNNR. 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Abbiamo presentato un modello per il monitoraggio video-EEG continuo nei topi neonatali durante le crisi ipossico-ischemiche. L'analisi video in combinazione con l'EEG consente la caratterizzazione della semiologia convulsiva. L'analisi dell'EEG consente l'estrazione di spettrogrammi di potenza e l'analisi dell'ampiezza di fondo.
Il posizionamento corretto e attento degli elettrodi è fondamentale in questo protocollo, poiché lesioni durante il posizionamento dell'elettrodo o un posizionamento impreciso possono influire in modo significativo sui risultati. La valutazione della normale attività EEG al basale prima della lesione è fondamentale, poiché possono verificarsi sanguinamenti o lesioni durante il posizionamento dell'elettrodo, sebbene rari. In secondo luogo, al fine di confermare il corretto posizionamento dell'elettrodo, i cervelli possono essere sezionati ed esaminati per le tracce dell'elettrodo nel posizionamento corretto. Inoltre, la mancata restituzione dei cuccioli alla madre in gruppi (individualmente) può causare danni alle cuffie degli elettrodi o l'uccisione o la negligenza dei cuccioli da parte della madre.
Una limitazione di questo metodo è il limite di localizzazione spaziale delle registrazioni degli elettrodi di profondità in un piccolo cervello neonatale. Ciò limita la capacità di localizzare specifici focolai di convulsioni sulle registrazioni EEG. Un'altra limitazione in questo modello di ischemia da ipossia è la variabilità del carico convulsivo. La variabilità delle dimensioni della lesione e i deficit comportamentali in questo modello di ischemia da ipossia da roditore sono stati ben descritti in precedenza7,8,19. Non sorprende che questa variabilità esista nel carico convulsivo (sia la durata degli eventi convulsivi che il numero di eventi convulsivi). Tuttavia, in modo coerente, il 100% dei cuccioli in questo modello presenta convulsioni durante l'ipossia. Infine, la quantità di tempo in cui i cuccioli possono essere monitorati EEG (lontano dalla madre) è limitata. Pertanto, non siamo in grado di caratterizzare le convulsioni in corso con EEG continuo in momenti successivi rispetto alla lesione.
Sebbene in questo manoscritto abbiamo utilizzato un modello di crisi ipossia-ischemia, questo metodo per il monitoraggio video-EEG continuo nei cuccioli di topo neonatale potrebbe essere facilmente applicato ad altri modelli di malattia / convulsioni. Le convulsioni nei roditori neonatali sono difficili da riconoscere in base al solo comportamento, rendendo importante il monitoraggio video-EEG. Indagini future potrebbero utilizzare queste tecniche per analizzare il carico convulsivo e la semiologia in altri modelli di convulsioni neonatali o la risposta a terapie e misure neuroprotettive.

L'encefalopatia ischemica ipossica (HIE) è una condizione che colpisce 1,5 neonati su 1000 all'anno ed è la causa più comune di convulsioni neonatali1,2. I neonati che sopravvivono sono a rischio di varie disabilità neurologiche come paralisi cerebrale, disabilità intellettiva ed epilessia3,4,5.
I modelli animali svolgono un ruolo fondamentale nella comprensione e nello studio della fisiopatologia dell'ipossia ischemia e delle convulsioni neonatali6,7. Un modello di Vannucci modificato viene utilizzato per indurre l'ischemia da ipossia (HI) al giorno 10 postnatale (p10)7,8. I cuccioli di topo di questa età si traducono neurologicamente approssimativamente nel termine completo neonato umano9.
Il monitoraggio video elettroencefalografico continuo (EEG) utilizzato in combinazione con questo modello di lesione consente un'ulteriore comprensione e caratterizzazione delle crisi ischemiche ipossiche neonatali. Studi precedenti hanno utilizzato vari metodi per analizzare le convulsioni neonatali nei roditori, tra cui registrazioni video, registrazioni EEG limitate e registrazioni EEG di telemetria10,11,12,13,14,15,16. Nel seguente manoscritto, discutiamo in profondità il processo di registrazione di video EEG continui nei cuccioli di topo durante l'ipossia-ischemia. Questa tecnica per il monitoraggio video continuo dell'EEG nei cuccioli di topo neonatale potrebbe essere applicata a una varietà di modelli di malattie e convulsioni.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;SURGERY&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ball Point Applicator</td><td>Metrex Research</td><td>8300-F</td><td>i-bond applicator</td></tr><tr><td>Cranioplast (Powder/Resin)</td><td>Coltene</td><td>H00383</td><td>Perm Reline/Power</td></tr><tr><td>I-Bond</td><td>Kulzer GmbH, Germany</td><td></td><td></td></tr><tr><td>LOOK Silk Suture</td><td>Surgical Specialities Corporation</td><td>SP115</td><td>LOOK SP115 Black Braided Silk Non absorbable surgical suture</td></tr><tr><td>RS-5168 Botvin Forceps</td><td>Roboz Surgical Instrument</td><td>RS5168</td><td>Forcep for surgery/ligation</td></tr><tr><td>RS-5138 Graefe Forceps</td><td>Roboz Surgical Instrument</td><td>RS5138</td><td>Forcep for surgery/ligation</td></tr><tr><td>UV light for I-Bond</td><td>Blast Lite By First Media</td><td>BL778</td><td>UV ligth for I-bond</td></tr><tr><td>Vannas Microdissecting Scissor</td><td>Roboz Surgical Instrument</td><td>RS5618</td><td>Scissor for ligation</td></tr><tr><td>Vet Bond</td><td>3M Vetbond</td><td>1469SB</td><td>Vet Glue</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;HYPOXIA&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hypoxidial</td><td>Starr Life Science</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Oxygen sensor</td><td>Medical Products</td><td></td><td>MiniOxI- oxygen analyzer/sensor for hypoxia rig</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;EEG RECORDING&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Female receptacle connector 0.079&quot;</td><td>Mill-Max Manufacturing Corp</td><td>832-10-024-10-001000</td><td>Ordered from Digikey</td></tr><tr><td>Grass Amplifier</td><td>Natus Neurology Incorporated</td><td></td><td>Grass Product</td></tr><tr><td>LabChart Pro</td><td>ADI Instruments</td><td></td><td>Software to run the system</td></tr><tr><td>Male Socket Connector 0.079&quot;</td><td>Mill-Max Manufacturing Corp</td><td>833-43-024-20-001000</td><td>Ordered from Digikey</td></tr><tr><td>Operational Amplifier</td><td>Texas Instruments, Dallas, TX, USA</td><td>TLC2274CD</td><td>TLC2274 Quad Low-Noise Rail-to Rail Operational Amplifier</td></tr><tr><td>Operational Amplifier</td><td>Texas Instruments, Dallas, TX, USA</td><td>TLC2272ACDR</td><td>TLC2274 Quad Low-Noise Rail-to Rail Operational Amplifier</td></tr><tr><td>Stainless Steel wire</td><td>A-M Systems</td><td>791400</td><td>0.005&quot; Bare/0.008&quot; Coated 100 ft</td></tr><tr><td>Ultra-Flexible Wire</td><td>McMaster-Carr</td><td>9564T1</td><td>36 Gauze wire of various color</td></tr></tbody></table>

continuous video electroencephalogram during hypoxia-ischemia in neonatal mice

L'ischemia da ipossia è la causa più comune di convulsioni neonatali. I modelli animali sono cruciali per comprendere i meccanismi e la fisiologia alla base delle convulsioni neonatali e dell'ischemia da ipossia. Questo manoscritto descrive un metodo per il monitoraggio continuo dell'elettroencefalogramma video (EEG) nei topi neonatali per rilevare le convulsioni e analizzare lo sfondo EEG durante l'ischemia da ipossia. L'uso di video ed EEG in combinazione consente la descrizione della semiologia delle convulsioni e la conferma delle convulsioni. Questo metodo consente anche l'analisi degli spettrogrammi di potenza e delle tendenze del modello di sfondo EEG nel periodo di tempo sperimentale. In questo modello di ischemia ipossia, il metodo consente la registrazione EEG prima della lesione per ottenere una linea di base normativa e durante la lesione e il recupero. Il tempo totale di monitoraggio è limitato dall'incapacità di separare i cuccioli dalla madre per più di quattro ore. Sebbene in questo manoscritto abbiamo utilizzato un modello di convulsioni ipossico-ischemiche, questo metodo per il monitoraggio EEG video neonatale potrebbe essere applicato a diversi modelli di malattie e convulsioni nei roditori.

Semiologia convulsiva
L'esposizione neonatale all'ipossia-ischemia provoca convulsioni sia generalizzate che focali nei topi (Figura 1A-C). Le registrazioni video EEG consentono di correlare i risultati elettrografici al comportamento sul video. Questi comportamenti sono stati valutati utilizzando un punteggio comportamentale per roditori neonatali (BSS) precedentemente pubblicato. Oltre alla BSS, abbiamo classificato gli eventi in base al fatto che il comportamento fosse focale/unilaterale, bilaterale o misto (Figura 1B).
In questo modello, i topi hanno generalmente mostrato 3 modelli di semiologia convulsiva: 1) volteggio ripetitivo sul lato della legatura con estensione delle estremità controlaterali, 2) perdita di postura con flessione del corpo e coda arricciata sul lato della legatura, o 3) perdita di postura con pagaiata unilaterale o bilaterale delle estremità (diversa gravità e lunghezza). La maggior parte degli eventi osservati riguardava comportamenti focali/unilaterali o misti (Figura 1B). Inoltre, durante il periodo ipossico, un sottogruppo di topi ha mostrato attività convulsiva convulsiva, in cui il cucciolo era immobile con attività convulsiva sostenuta su EEG (Figura 1C).
Registrazioni elettrografiche
La registrazione EEG è stata avviata 30 minuti prima della legatura carotidea al fine di ottenere una linea di base pre-infortunio. L'attività basale (Figura 1A e Figura 2A) era simile allo sfondo precedentemente descritto nei cuccioli di topo p1017. Dopo la legatura, i cuccioli sono stati immediatamente rimessi in video EEG. Durante il periodo tra la legatura e l'inizio dell'ipossia, un sottogruppo di topi presenta convulsioni convulsive (Figura 1A-C).
A seguito dell'induzione dell'ipossia, l'ampiezza di fondo sull'EEG si è ridotta (Figura 3B) e ha mostrato in modo intermittente raffiche di scariche di onde spike, seguite da soppressione (Figura 2A). I topi mostrano convulsioni elettrografiche, che emergono da uno sfondo soppresso come scariche ritmiche di onde spike e progrediscono per diventare più complesse e frequenti, con onde polispike (Figura 2B). Durante l'ipossia, l'analisi dello spettrogramma di potenza è stata notevole per le asimmetrie tra l'emisfero ischemico e controlaterale (Figura 3A, B). L'emisfero ischemico ha mostrato un modello di soppressione dello scoppio e l'emisfero controlaterale ha mostrato uno sfondo soppresso (Figura 1A e Figura 3A, B). In media le convulsioni iniziano 5,5±8,1 minuti dopo l'induzione dell'ipossia, con ogni evento della durata di 56±57 secondi. C'è stato un tasso di mortalità del 13% durante l'ipossia (n = 4/30), con tutti i decessi a seguito di un attacco convulsivo (BSS = 5-6).
Durante la riossigenazione e il recupero, un sottogruppo di topi continua ad avere convulsioni per il resto del periodo di registrazione (2 ore post-ipossia). Lo sfondo EEG è stato soppresso rispetto al basale dopo ipossia (Figura 1A e Figura 3), con recupero graduale durante il periodo di registrazione post-ipossia. Durante l'intero periodo di registrazione, i topi hanno mostrato in media 9±5 eventi convulsivi, ciascuno durato 54±57,7 s.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61346/61346fig1v2.jpg"> Figura 1: Caratteristiche convulsive nei topi p10 esposti a ipossia-ischemia neonatale. (A) Spettrogramma di potenza rappresentativo dall'elettrodo della corteccia parietale ischemica attraverso la linea temporale sperimentale. (Scala della mappa di calore a colori di ampiezza x10-6). Le frecce indicano il tempo rappresentato dai tracciati dell'elettroencefalogramma grezzo al di sotto dello spettrogramma. (B) Comportamenti convulsivi per l'intero esperimento, postischemia/preipossia, durante l'ipossia e postiposia. (C) Punteggio di crisi comportamentale (BSS) e tempistica per tutti gli eventi convulsivi (n = 30 topi, ogni topo ha un simbolo unico, ogni punto è un evento convulsivo discreto). Il 100% dei topi sequestrati durante l'ipossia (scatola blu; il tempo = -60 minuti è il completamento della legatura carotidea, il tempo = 0 è l'inizio dell'ipossia). Il tredici per cento è morto durante l'ipossia a seguito di un attacco convulsivo (grado 5-6). Questa cifra è stata modificata da Burnsed et al13. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/61346/61346fig1v2large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61346/61346fig2v2.jpg"> Figura 2: Modelli caratteristici di elettroencefalografia (EEG) durante l'ischemia da ipossia. (A) Sfondo EEG da sinistra a destra: linea di base pre-infortunio, soppressione burst durante l'ipossia, soppressione postipoxia. Registrazione da elettrodo di profondità della corteccia parietale ipsilaterale. (B) Evoluzione di un attacco durante l'ipossia. Registrazione da elettrodo di profondità ippocampale ipsilaterale. Le caselle ombreggiate (I-V) corrispondevano agli estratti EEG espansi a destra di (B). Questa cifra è stata modificata da Burnsed et al13. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/61346/61346fig2v2large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="bigfig" src="/files/ftp_upload/61346/61346fig03.jpg"> Figura 3: Asimmetrie sullo sfondo EEG tra emisferi ischemico e controlaterale. (A) Spettrogramma di potenza asimmetrica nei topi HI durante l'ipossia (periodo di 45 minuti) nella corteccia ischemica (sinistra) e nella corteccia controlaterale (destra; scala di ampiezza x10-6). Modello di soppressione burst e convulsioni nell'emisfero ischemico, soppressione nell'emisfero CL. (B) Soppressione dello sfondo durante l'ipossia e la riossigenazione negli emisferi IL e CL. Tutte le misurazioni della tensione media prese da estratti casuali di 10 secondi dell'encefalogramma nel periodo di tempo sperimentale (basale, 30 minuti dopo la postligazione, durante l'ipossia - 15 minuti e 30 minuti dopo l'inizio, dopo la riossigenazione - 15 minuti e 60 minuti dopo l'inizio) sono state confrontate con il basale. La linea di base di ogni animale fungeva da controllo a sé stante e i dati sono riportati come percentuale del basale (n = 5 topi). Le misurazioni sono state prese da elettrodi corticali. Questa cifra è stata modificata da Burnsed et al13. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/61346/61346fig03large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

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Continuous Video Electroencephalogram during Hypoxia-Ischemia in Neonatal Mice

Questo manoscritto descrive un metodo per registrazioni EEG video continue utilizzando elettrodi di profondità multipli in topi neonatali sottoposti a ipossia-ischemia.

Elettroencefalogramma video continuo durante l'ipossia-ischemia nei topi neonatali

Hypoxia ischemia is the most common cause of neonatal seizures. Animal models are crucial for understanding the mechanisms and physiology underlying ...

continuous-video-electroencephalogram-during-hypoxia-ischemia

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Neuroscience

3.3K Views.  University of Virginia. Questo manoscritto descrive un metodo per registrazioni EEG video continue utilizzando elettrodi di profondità multipli in topi neonatali sottoposti a ipossia-ischemia.

Video: Continuous Video Electroencephalogram during Hypoxia-Ischemia in Neonatal Mice

Delivery of In Vivo Acute Intermittent Hypoxia in Neonatal Rodents to Prime Subventricular Zone-derived Neural Progenitor Cell Cultures

Extended culture of neural stem/progenitor cells facilitates in vitro analyses to understand their biology while enabling expansion of cell populations to adequate numbers prior to transplantation. Identifying approaches to refine this process, to augment the production of all CNS cell types (i.e., neurons), and to possibly contribute to therapeutic cell therapy protocols is a high research priority. This report describes an easily applied in vivo &#8220;pre-conditioning&#8221; stimulus which can be delivered to awake, non-anesthetized animals. Thus, it is a non-invasive and non-stressful procedure. Specifically described are the procedures for exposing mouse or rat pups (aged postnatal day 1-8) to a brief (40-80 min) period of intermittent hypoxia (AIH). The procedures included in this video protocol include calibration of the whole-body plethysmography chamber in which pups are placed during AIH and the technical details of AIH exposure. The efficacy of this approach to elicit tissue-level changes in the awake animal is demonstrated through the enhancement of subsequent in vitro expansion and neuronal differentiation in cells harvested from the subventricular zone (SVZ). These results support the notion that tissue level changes across multiple systems could be observed following AIH, and support the continued optimization and establishment of AIH as a priming or conditioning modality for therapeutic cell populations.

Delivery of In Vivo Acute Intermittent Hypoxia in Neonatal Rodents to Prime Subventricular Zone-derived Neural Progenitor Cell Cultures

This article describes the methodology for administering short periods of intermittent hypoxia to postnatal day 1-8 mouse or rat pups. This approach effectively elicits a robust tissue level &#8220;priming effect&#8221; on cultured neural progenitor cells that are harvested within 30 min of hypoxia exposure.

Consegna di<em&gt; In Vivo</em&gt; Acuta intermittente ipossia in Neonatale Roditore al Primo subventricolare Zone-derivati ​​colture cellulari progenitrici neurali

Extended culture of neural stem/progenitor cells facilitates in vitro analyses to understand their biology while enabling expansion of cell populations to ...

Ricerca

Biologia dello sviluppo

A Swine Model of Neonatal Asphyxia

Annually more than 1 million neonates die worldwide as related to asphyxia. Asphyxiated neonates commonly have multi-organ failure including hypotension, perfusion deficit, hypoxic-ischemic encephalopathy, pulmonary hypertension, vasculopathic enterocolitis, renal failure and thrombo-embolic complications. Animal models are developed to help us understand the patho-physiology and pharmacology of neonatal asphyxia. In comparison to rodents and newborn lambs, the newborn piglet has been proven to be a valuable model. The newborn piglet has several advantages including similar development as that of 36-38 weeks human fetus with comparable body systems, large body size (&tilde;1.5-2 kg at birth) that allows the instrumentation and monitoring of the animal and controls the confounding variables of hypoxia and hemodynamic derangements.
We here describe an experimental protocol to simulate neonatal asphyxia and allow us to examine the systemic and regional hemodynamic changes during the asphyxiating and reoxygenation process as well as the respective effects of interventions. Further, the model has the advantage of studying multi-organ failure or dysfunction simultaneously and the interaction with various body systems. The experimental model is a non-survival procedure that involves the surgical instrumentation of newborn piglets (1-3 day-old and 1.5-2.5 kg weight, mixed breed) to allow the establishment of mechanical ventilation, vascular (arterial and central venous) access and the placement of catheters and flow probes (Transonic Inc.) for the continuously monitoring of intra-vascular pressure and blood flow across different arteries including main pulmonary, common carotid, superior mesenteric and left renal arteries. Using these surgically instrumented piglets, after stabilization for 30-60 minutes as defined by Z&lt;10% variation in hemodynamic parameters and normal blood gases, we commence an experimental protocol of severe hypoxemia which is induced via normocapnic alveolar hypoxia. The piglet is ventilated with 10-15% oxygen by increasing the inhaled concentration of nitrogen gas for 2h, aiming for arterial oxygen saturations of 30-40%. This degree of hypoxemia will produce clinical asphyxia with severe metabolic acidosis, systemic hypotension and cardiogenic shock with hypoperfusion to vital organs. The hypoxia is followed by reoxygenation with 100% oxygen for 0.5h and then 21% oxygen for 3.5h. Pharmacologic interventions can be introduced in due course and their effects investigated in a blinded, block-randomized fashion.

Large animal models have good translational values in the examination of physiology and pharmacology of neonatal asphyxia. Using newborn piglets, we develop an experimental protocol to simulate neonatal asphyxia which has advantages of studying the systemic and regional hemodynamics, oxygen transport with biochemical and pathologic pathways and correlations.

Un modello di asfissia neonatale suina

Annually more than 1 million neonates die worldwide as related to asphyxia. Asphyxiated neonates commonly have multi-organ failure including hypotension, ...

Medicina

Simultaneous Video-EEG-ECG Monitoring to Identify Neurocardiac Dysfunction in Mouse Models of Epilepsy

In epilepsy, seizures can evoke cardiac rhythm disturbances such as heart rate changes, conduction blocks, asystoles, and arrhythmias, which can potentially increase risk of sudden unexpected death in epilepsy (SUDEP). Electroencephalography (EEG) and electrocardiography (ECG) are widely used clinical diagnostic tools to monitor for abnormal brain and cardiac rhythms in patients. Here, a technique to simultaneously record video, EEG, and ECG in mice to measure behavior, brain, and cardiac activities, respectively, is described. The technique described herein utilizes a tethered (i.e., wired) recording configuration in which the implanted electrode on the head of the mouse is hard-wired to the recording equipment. Compared to wireless telemetry recording systems, the tethered arrangement possesses several technical advantages such as a greater possible number of channels for recording EEG or other biopotentials; lower electrode costs; and greater frequency bandwidth (i.e., sampling rate) of recordings. The basics of this technique can also be easily modified to accommodate recording other biosignals, such as electromyography (EMG) or plethysmography for assessment of muscle and respiratory activity, respectively. In addition to describing how to perform the EEG-ECG recordings, we also detail methods to quantify the resulting data for seizures, EEG spectral power, cardiac function, and heart rate variability, which we demonstrate in an example experiment using a mouse with epilepsy due to Kcna1 gene deletion. Video-EEG-ECG monitoring in mouse models of epilepsy or other neurological disease provides a powerful tool to identify dysfunction at the level of the brain, heart, or brain-heart interactions.

Here, we present a protocol to record brain and heart bio signals in mice using simultaneous video, electroencephalography (EEG), and electrocardiography (ECG). We also describe methods to analyze the resulting EEG-ECG recordings for seizures, EEG spectral power, cardiac function, and heart rate variability.

Video-EEG-ECG simultaneo monitoraggio per identificare la disfunzione Neurocardiac in modelli murini di epilessia

In epilepsy, seizures can evoke cardiac rhythm disturbances such as heart rate changes, conduction blocks, asystoles, and arrhythmias, which can ...

Genetica

The Hypoxic Ischemic Encephalopathy Model of Perinatal Ischemia

Hypoxic-Ischemic Encephalopathy (HIE) is the consequence of systemic asphyxia occurring at birth. Twenty five percent of neonates with HIE develop severe and permanent neuropsychological sequelae, including mental retardation, cerebral palsy, and epilepsy. The outcomes of HIE are devastating and permanent, making it critical to identify and develop therapeutic strategies to reduce brain injury in newborns with HIE. To that end, the neonatal rat model for hypoxic-ischemic brain injury has been developed to model this human condition. The HIE model was first validated by Vannucci et al 1 and has since been extensively used to identify mechanisms of brain injury resulting from perinatal hypoxia-ischemia 2 and to test potential therapeutic interventions 3,4. The HIE model is a two step process and involves the ligation of the left common carotid artery followed by exposure to a hypoxic environment. Cerebral blood flow (CBF) in the hemisphere ipsilateral to the ligated carotid artery does not decrease because of the collateral blood flow via the circle of Willis; however with lower oxygen tension, the CBF in the ipsilateral hemisphere decreases significantly and results in unilateral ischemic injury. The use of 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) to stain and identify ischemic brain tissue was originally developed for adult models of rodent cerebral ischemia 5, and is used to evaluate the extent of cerebral infarctin at early time points up to 72 hours after the ischemic event 6. In this video, we demonstrate the hypoxic-ischemic injury model in postnatal rat brain and the evaluation of the infarct size using TTC staining.

The postnatal rat model for hypoxic-ischemic brain injury is a well-established model of human neonatal hypoxic ischemic encephalopathy (HIE). In this article, we describe the model of HIE in post-natal rat pups.

Il modello di encefalopatia ipossico ischemica di ischemia perinatale

Hypoxic-Ischemic Encephalopathy (HIE) is the consequence of systemic asphyxia occurring at birth. Twenty five percent of neonates with HIE develop severe ...

Biologia

A Piglet Model of Neonatal Hypoxic-Ischemic Encephalopathy

Birth asphyxia, which causes hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE), accounts for 0.66 million deaths worldwide each year, about a quarter of the world&#8217;s 2.9 million neonatal deaths. Animal models of HIE have contributed to the understanding of the pathophysiology in HIE, and have highlighted the dynamic process that occur in brain injury due to perinatal asphyxia. Thus, animal studies have suggested a time-window for post-insult treatment strategies. Hypothermia has been tested as a treatment for HIE in pdiglet models and subsequently proven effective in clinical trials. Variations of the model have been applied in the study of adjunctive neuroprotective methods and piglet studies of xenon and melatonin have led to clinical phase I and II trials1,2. The piglet HIE model is further used for neonatal resuscitation- and hemodynamic studies as well as in investigations of cerebral hypoxia on a cellular level. However, it is a technically challenging model and variations in the protocol may result in either too mild or too severe brain injury. In this article, we demonstrate the technical procedures necessary for establishing a stable piglet model of neonatal HIE. First, the newborn piglet (&#60; 24 hr old, median weight 1500 g) is anesthetized, intubated, and monitored in a setup comparable to that found in a neonatal intensive care unit. Global hypoxia-ischemia is induced by lowering the inspiratory oxygen fraction to achieve global hypoxia, ischemia through hypotension and a flat trace amplitude integrated EEG (aEEG) indicative of cerebral hypoxia. Survival is promoted by adjusting oxygenation according to the aEEG response and blood pressure. Brain injury is quantified by histopathology and magnetic resonance imaging after 72 hr.

Hypoxic-ischemic encephalopathy following perinatal asphyxia can be studied using animal models. We demonstrate the procedures necessary for establishing a piglet model of neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy.

Un modello di Piglet neonatale Hypoxic-ischemica Encefalopatia

Birth asphyxia, which causes hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE), accounts for 0.66 million deaths worldwide each year, about a quarter of the ...

Neurobehavioral Assessments in a Mouse Model of Neonatal Hypoxic-ischemic Brain Injury

We performed unilateral carotid artery occlusion on CD-1 mice to create a neonatal hypoxic-ischemic (HI) model and investigated the effects of neonatal HI brain injury by studying neurobehavioral functions in these mice compared to non-operated (i.e., normal) mice. During the study, Rice-Vannucci&#39;s method was used to induce neonatal HI brain damage in postnatal day 7-10 (P7-10) mice. The HI operation was performed on the pups by unilateral carotid artery ligation and exposure to hypoxia (8% O2 and 92% N2 for 90 min). One week after the operation, the damaged brains were evaluated with the naked eye through the semi-transparent skull and were categorized into subgroups based on the absence (&#34;no cortical injury&#34; group) or presence (&#34;cortical injury&#34; group) of cortical injury, such as a lesion in the right hemisphere. On week 6, the following neurobehavioral tests were performed to evaluate the cognitive and motor functions: passive avoidance task (PAT), ladder walking test, and grip strength test. These behavioral tests are helpful in determining the effects of neonatal HI brain injury and are used in other mouse models of neurodegenerative diseases. In this study, neonatal HI brain injury mice showed motor deficits that corresponded to right hemisphere damage. The behavioral test results are relevant to the deficits observed in human neonatal HI patients, such as cerebral palsy or neonatal stroke patients. In this study, a mouse model of neonatal HI brain injury was established and showed different degrees of motor deficits and cognitive impairment compared to non-operated mice. This work provides basic information on the HI mouse model. MRI images demonstrate the different phenotypes, separated according to the severity of brain damage by motor and cognitive tests.

We performed unilateral carotid artery occlusion on postnatal day 7-10 CD-1 mouse pups to create a neonatal hypoxic-ischemic (HI) model and investigated the effects of HI brain injury. We studied neurobehavioral functions in these mice compared to non-operated normal mice.

Valutazioni di neurobehavioral in un modello murino di ferita di cervello Hypoxic-ischemica neonatale

We performed unilateral carotid artery occlusion on CD-1 mice to create a neonatal hypoxic-ischemic (HI) model and investigated the effects of neonatal HI ...

Neuroscienze

Noninvasive Electrocardiography in the Perinatal Mouse

Electrocardiography (ECG) has long been relied upon as an effective and reliable method of assessing cardiovascular (and cardiopulmonary) function in both human and animal models of disease. Individual heart rate, rhythm, and regularity, combined with quantitative parameters collected from ECG, serve to assess the integrity of the cardiac conduction system as well as the integrated physiology of the cardiac cycle. This article provides a comprehensive description of the methods and techniques used to perform a noninvasive ECG on perinatal and neonatal mouse pups as early as the first postnatal day, without requiring the use of anesthetics. This protocol was designed to directly address a need for a standardized and repeatable method for obtaining ECG in newborn mice. From a translational perspective, this protocol proves to be entirely effective for characterization of congenital cardiopulmonary defects generated using transgenic mouse lines, and particularly for analysis of defects causing lethality at or during the first postnatal days. This protocol also aims to directly address a gap in the scientific literature to characterize and provide normative data associated with maturation of the early postnatal cardiac conduction system. This method is not limited to a specific postnatal timepoint, but rather allows for ECG data collection in neonatal mouse pups from birth to postnatal day 10 (P10), a window that is of critical importance for modeling human diseases in vivo, with particular emphasis on congenital heart disease (CHD).

Here, we present a noninvasive electrocardiography (ECG) protocol, optimized for early postnatal mice, that does not require the use of anesthetics.

Elettrocardiografia non invasiva nel topo perinatale

Electrocardiography (ECG) has long been relied upon as an effective and reliable method of assessing cardiovascular (and cardiopulmonary) function in both ...

Echocardiographic Characterization of Left Ventricular Structure, Function, and Coronary Flow in Neonate Mice

Echocardiography is a non-invasive procedure that enables the evaluation of structural and functional parameters in animal models of cardiovascular disease and is used to assess the impact of potential treatments in preclinical studies. Echocardiographic studies are usually conducted in young adult mice (i.e., 4-6 weeks of age). The evaluation of early neonatal cardiovascular function is not usually performed because of the small size of the mouse pups and the associated technical difficulties. One of the most important challenges is that the short length of the pups&#39; limbs prevents them from reaching the electrodes in the echocardiography platform. Body temperature is the other challenge, as pups are very susceptible to changes in temperature. Therefore, it is important to establish a practical guide for performing echocardiographic studies in small mouse pups to help researchers detect early pathological changes and study the progression of cardiovascular disease over time. The current work describes a protocol for performing echocardiography in mouse pups at the early age of 7 days old. The echocardiographic characterization of cardiac morphology, function, and coronary flow in neonatal mice is also described.

The present protocol describes the echocardiographic assessment of left ventricular morphology, function, and coronary blood flow in 7-day old neonate mice.

Caratterizzazione ecocardiografica della struttura, della funzione e del flusso coronarico del ventricolo sinistro in topi neonati

Echocardiography is a non-invasive procedure that enables the evaluation of structural and functional parameters in animal models of cardiovascular ...

Early Pathological and Magnetic Resonance Detection of Cerebral Injury Using a Rat Model of Neonatal Hypoxic Ischemic Encephalopathy

Perinatal hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE) is an acute disease that may afflict newborns, resulting in variable long- and short-term neurodevelopmental outcomes. Early diagnosis is critical to identifying infants who may benefit from intervention; however, early diagnosis relies heavily on clinical criteria. No molecular or radiological tests have shown promise in detecting early cerebral injury. Studies have shown that magnetic resonance imaging (MRI) can show changes in both blood flow/ischemia and metabolic disruption. However, they have all been used to evaluate the secondary phase of the disease (&gt;12 h) after the onset of the injury. Early diagnosis is critical to rapidly starting therapeutic hypothermia in eligible infants, which is currently recommended to be initiated within 6 h of birth. The rat model of hypoxic-ischemic injury was developed in 1981 and has been validated and used extensively to study changes in brain perfusion, cerebral injury markers, and morphology. However, it has primarily been used as a "late model", evaluating injury several days after the initial ischemic insult. The model has been known to have poor sensitivity in evaluating reliable and reproducible early cerebral changes. The objective of this study was to develop a reliable model to study early gross morphological and radiological markers of HIE using pathological staining and cerebral magnetic resonance imaging/magnetic resonance spectroscopy.

The present protocol describes a rodent model of newborn hypoxic-ischemic injury for identifying early changes in cerebral tissue by gross morphology and magnetic resonance imaging. This has benefits over existing models, which can be used to study late injury but do not allow the evaluation of reproducible early changes.

Perinatal hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE) is an acute disease that may afflict newborns, resulting in variable long- and short-term ...

Establishing a Mouse Model of Neonatal Hypoxic-Ischemic Brain Injury

Source: Kim, M., et al. <a href="https://app-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/v/55838">Neurobehavioral Assessments in a Mouse Model of Neonatal Hypoxic-ischemic Brain Injury.</a> J. Vis. Exp. (2017).
The video demonstrates the procedure for creating a mouse model to study neonatal hypoxic-ischemic brain injury. It outlines the steps for surgically inducing ischemia and subjecting the animal to hypoxia to exacerbate brain damage. Finally, it shows how to assess the resulting brain lesions, ensuring the mouse model is prepared for further scientific investigation.

Elettroencefalogramma video continuo durante l'ipossia-ischemia nei topi neonatali

Riepilogo

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