Hjärnprotektion för nyfödda utopi eller klinisk verklighet

Transkript

1 Hjärnprotektion för nyfödda utopi eller klinisk verklighet Henrik Hagberg Perinatalmedicinskt Centrum, Sahlgrenska Akademin, Göteborg SFOG veckan, Skövde, Augusti, 2008

2 Fall Väntar sitt första barn, graviditet okomplicerad. Inkommer i värkarbete i Livmoderhalsen öppen 7 cm, CTG normalt, 2h senare 9 cm öppningsgrad därefter ingen progress. Värkstimulering med oxytocin men rel snabbt försämras CTG och man får en bradykardi, urakut sectio, ablatio 4490 g; Apgar 1,2,2 ph 6.71; BE: -21 i navelsträngen återupplivning, ingen spontanandning vid 30 min, intubation,, ph 6.59 buffras, 12 h ökad irritabilitet, ökad muskel tonus, EEG: epileptisk aktivitet, multi-organ påverkan, HIE II. MRI (5 dgr ålder) : Skada i basala ganglierna /thalamus med avsaknad av signal i PLIC (korta pilen) Kramper fortfarande efter 8 månader. Sondmatas efter 1.5 åå, utveckling av tetraplegisk Cerebral Pares

3 Kan man göra någonting för att skydda hjärnan efter asfyxi?

4 Ablatio > moderkakan lossnar > upphävt/minskat gasutbyte, hypoxi, hypercapni, metabolisk acidos = ASFYXI Hypoxi -> hjärtat sviktar -> minskad perfusion av hjärnan -> HYPOXI ISCHEMI -> högenergifosfater (ATP) sjunker Återupplivning -> gasutbytet återställs -> organperfusionen återställs

5 Sekundär hjärnskada efter asfyxi Högenergifosfater i hjärnan Penrice et al. Pediatr Res 41: 795,1997 Azzopardi et al. Pediatr Res 25: 445,1989 Gilland et al. J Cereb Blood Flow Metab 18:222, h 24 h

6 PET-kamera ( 18F-FDG positron emission tomography) visar att hypermetabolism i hjärnan föregår hjärnskadeutveckling efter asfyxi hyperexcitation? Blennow et al. Acta Paediatr (11):

7 Excitotoxicitet glutamat NMDA-receptor Kalcium Calcium NO + Fria ee radikaler radicals proteaser proteases (calpain) (calpains) lipaser lipases mitokondriell mitochondrial dysfunktion dysfunction celldöd

8 Frisättning av excitatoriska aminosyror i hjärnan efter asfyxi på fårfoster e.c. amino acids during asphyxia in fetal sheep SEP cortex striatum * * * CBF ml/(minxg) Glutamate Aspartate times basal level Hagberg,Andersson, Kjellmer, Thiringer, Thordstein. Neurosci Lett 78: striatum * * control moderate severe extreme ASPHYXIA cord 10 min occlusion reflow

9 Excitatoriska aminosyror ackumuleras i cerebrospinalvätskan hos nyfödda efter svår asfyxi Hagberg et al. 1994

10 Andiné et al. Neurosci Lett (1-2): Hagberg et al. Biol Neonate 66:205-13,1994 eatment with MK-801 Efterbehandling med Glutamat receptor antagonister minskar asfyktisk hjärnskada i djurförsök Hjärnskada *** 10 *** (28) (28) (29) (25) (39) (31) (30) (32) 0 Control MK mg/kg 0.3 mg/kg Control MK mg/kg

11 NMDA recepter antagonister är teratogena. Andalaro et al. Pediatr Res 43(1)1-7,1998

12

13 Hypotermi minskar frisättningen av excitotoxiska aminosyror efter asfyxi Glutamate Hypothermia normothermia Excitotoxic index Hypothermia normothermia Thoresen et al.

14 Hypotermi under 6 timmar efter asfyxi minskade hjärnskadan 4 * * normothermia hypothermia n=16 n=16 n=31 n=30 P14 P49 Bona et al. 1998

15 % neuroprotektion med posthypoxisk hypothermia i djurexperimentella studier NS Nyfödd gris, 4 o C, 3h, Halland et al * * * * * * * Nyfödd gris, 4 o C, 12h, Thoresen et al Nyfödd råtta, 3 o C, 3h, Thoresen et al NS NS Fårfoster Nyfödd Nyfödd Nyfödd Nyfödd, gris, 12 råtta, 2 o C, råtta, 5 o C, råtta, 5 o C, tim head h, 4 o C 72h, 3h, 1 3h, 4 5 o C, Amess Sirimanne vecka, veckor, Gunn et et al. et al. Trescher Trescher al min-72h et al. 1 week et al. head:5-10 C 1997 survival survival 1997 Nyfödd råtta, 5 o C, 6h, veckor, Bona et al Modified after: Thoresen and Wyatt Acta Paediatr 86: ,1997

16 The cool-cap trial pilot säkerhetsstudie, 28 barn, Nya Zealand 25 centra, NZ, Canada, USA, UK fullgångna barn med svår asfyxi och encefalopati selektiv kylning av huvudet inom 5.5 h efter födseln under 72 h (rektalt o C vs o C) selektion av fall med hjälp av EEG (CFM) 18 månaders uppföljning utfallet: död eller grovneurologiska handikapp 234 nyfödda randomiserades (116 vs. 118)

17 Kylmössan som användes i Gluckman et al. Lancet 1995

18

19 Kylmadrass med temperaturregulator som användes i Shankaran et al. 2005

20

21

22 Sekundär hjärnskada efter hypoxi-ischemi µmol/100gx min (mean±sem) CMRglc Gilland et al. J Cereb Blood Flow Metab 18:222, h 3 h 6 h 12 h 24 h

23 Sekundära hjärnskademekanismer Oxygen fria radikaler Excitotoxicitet I N S U L T NO Mitokondriell skada NO?? Apoptotiska mekanismer Inflammation Reparativa/regenerativa processer time

24 djurmodell för hypoxi-ischemi Unilateral ligering av Carotisartären 7-dgr-gamla råttor, 9 dgr möss 1 2 tim återhämtning hypoxi (8% or 10%);36 o C Utvärdering av hjärnskada 3 dgr- 8 veckor efter insulten (morfologi, sensori-motorisk funktion) (Levine 1960; Rice et al. 1981; Andiné et al. 1990)

25 Apoptotiska mekanismer av betydelse? Ljus- och elektronmikroskopi visar celler med DNA fragmentation (Ferrer et al. 1994) och morfologiska tecken på apoptos efter hypoxi-ischemi (Mehmet et al. 1994) Men, de flesta studier visar en blandbild med ett nekrotiskt-apoptotiskt continuum efter hypoxi-ischemi i den immatura hjärnan (Portera-Cailliau et al. 1997; Martin et al. 1998; Puka- Sundvall et al. 2000; Leist and Jäättilä,2001) Nekros apoptos

26 Kroemer and Martin, Nat Med Jul;11:725-30

27 Bildning av en apoptosom efter hypoxi-ischemi Zhu et al Cyt c Ctrl 10 8 Caspase-9 activity 1 h Pmoles/min/mg protein Northington et al. et al h 0 Cont 3h 6h 24h After hypoxia-ischemia Blomgren et al. 2002

28 Hypoxi-ischemi inducerar aktivering av caspase-3 Caspas-3 aktivitet pmol AMC/min x mg protein P7 P10 P13 1h 3h 8h 24h 3d 6d * * ** ** Caspas-3 klyvning C I C I C I C I C I C I C I C I C I P7 P10 P13 1h 3h 8h 24h 3d 6d Cheng et al. J Clin Invest 101:1992-9,1998 Wang et al. Biol Neonate 79:172-9,

29 aspas-3 aktivering är tvecklingsberoende Hypoxi-ischemi vid PND 7-60 Caspas-3 aktiveras vid PND 7 och 14 men ej senare under utvecklingen Hu et al. J Cereb Blood Flow Metab20: ,2000 Zhu et al. Cell Death Diff (2005) 12:162

30 Caspas-3 klyver ICAD, PARP och fodrin efter hypoxi-ischemi ICAD PARP Fodrin C I C I ICAD - inhibitor of caspase-activated DNase PARP- polyadp-ribose polymerase C I Wang et al. Biol Neonate 79:172,2001 Blomgren et al. J Biol Chem 276: 10191, 2001

31 Caspas-3 aktivering och DNA skada Caspas-3 aktivering ICAD Inhibitor of caspase activated DNase CAD caspase activated DNAse DNA Enari et al. Nature 391:43-50,1998

32

33 Transgen XIAP överutrryckande möss Human 1.5 kb XIAP cdna subcloned into a murine Thy 1.2 construct (Trapp et al. 2003). Specifically expressed in postnatal brain neurons (Vidal et al. 1990, Caroni 1997, Saarelainen et al. 2000). C57BL/6 mice TG-XIAP Wild 60 kda 57 kda

34 Caspas aktiveringen hämmas av XIAP överuttryck! Wild-type XIAP overexpression Activity (pmol AMC/min x mg protein Activity (pmol AMC/min x mg protein C9days C9days HI3h *** HI3h ** HI24h ** HI24h Caspase-9 HI72h HI72h C13days Caspase-3 C13days

35 Protektion i TG-XIAP möss Wild-type TG-XIAP 60 Volume loss of brain tissue (mm 3 ) (n=31) *** (n=26) 0 Wild-type TG-XIAP Wang et al. Neurobiol Dis :179-89

36 Bcl-2 Bcl-XL Kroemer and Martin, Nat Med Jul;11:725-30

37 Zhu et al. J Neurochem 86: AIF translokerar till cellkärnan efter hypoxi-ischemi COX IV AIF + COX IV AIF C HI

38 AIF translokationen är utvecklingsberoende Developmental changes P5 P9 P21 P60 Mitochondrial loss of AIF after HI P5 P9 P21 P60 CL IL CL IL CL IL CL IL 57 kda 57 kda OD/µg protein x P5 P9 P21 P60 Percent of AIF release * P5 P9 P21 P60 Translocation of AIF from mitochondria to the nucleus after HI (IHC) Control HI 20µm Zhu et al. Cell Death Diff 2005 Positive cells / visual field Cortex P5 P9 P21 P60 P5 3h 8h 24h 72h P9 3h 8h 24h 72h P21 3h 8h 24h 72h P60 3h 8h 24h 72h

39 Bredspektrum caspas hämmare (Q-Vd-Oph) minskar hjärnskadan i vild-typ och AIF fattiga mice infarkt volym * Wt Vehicle Q-Vd-Oph * Hq Zhu et al. Cell Death Differ (4):775-84; Zhu et al J Exp Med 204(8):1741-8

40 Kroemer and Martin, Nat Med Jul;11: Bcl-2 Bcl-XL Caspas-2

41 Utveckling av en caspas-2 hämmare

42 TRP-601 (caspas-2 hämmare) minskar skada vid neonatal stroke, hypoxisk-ischemisk och excitotoxisk skada Chauvier et al. 2008

43 Tack! Senior: Carina Mallard, Prof Xiaoyang Wang, M.D, Ph.D Karin Sävman, M.D.,Ph.D Post docs: Catie Rousset Ph.D Justin Dean Ph.D. Doktorander: Katarina Puglisi Tina Doverhag Pernilla Svedin Rose-Marie Holst Helen Elden Ylva Karlsson Jan Söderlund Mårten Strömberg BMA: Anna-Lena Leverin Barbro Jilderos Samarbete: Changlian Zhu, M.D,Ph.D Milos Pekny, Prof, Marcela Pekna, M.D.,Ph.D Klas Blomgren ass.prof Center for Brain Repair and rehabilitation, Sahlgrenska Academy, Göteborg Michael Johnston, Prof Mary Ann Wilson ass.prof Kennedy Krieger Inst, Johns Hopkins School of Medicine, Baltimore, USA Roberto Romero, Prof Perinatology Branch, NIH, Bethesda, USA