Possibilities of an experimental approach in creating fetal growth restriction in animal models

Cover Page


Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The literature review was compiled to assess which animal models of intrauterine development disorders most adequately reflect the pathological processes in the clinic.

Intrauterine growth restriction associated with placental insufficiency is an urgent scientific and practical problem of modern obstetrics and perinatology. According to World Health Organization, this complication occurs in 10% of pregnant women. The etiology and mechanisms of this pathology have been the focus of research for more than decades. Nevertheless, the methods of predicting and preventing this pathology are not very effective, as consensus in diagnostic approaches is only being formed, and there are practically no methods of correction. The results of experimental studies have made a significant contribution to the understanding of the pathophysiological foundations of the placental insufficiency and intrauterine growth restriction development. For this purpose, various laboratory animals are used, most often rats (Rattus norvegicus), chinchillas (Chinchilla lanigera), mice (Mus musculus), rabbits (Oryctolagus cuniculus), and guinea pigs (Cavia porcellus). Each of the above types of experimental animals has its own advantages for studying intrauterine growth restriction. There are three main methods used to simulate intrauterine growth restriction in animals: the surgical method (ligation of blood vessels), the method of placing in a chamber with a reduced oxygen concentration, and the method of lowering the caloric content and amount of food.

Various models of intrauterine growth restriction have been proposed over a long study of the problem. However, these data differ greatly among themselves in the literature. The task of this review was to understand the most effective models and animal species to study fetal growth retardation, as well as ways to create this pregnancy complication.

About the authors

Olesya N. Bespalova

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott

Email: shiggerra@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6542-5953
SPIN-code: 4732-8089

MD, Dr. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 3 Mendeleevskaya Line, Saint Petersburg, 199034

Alexandra A. Blazhenko

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott

Author for correspondence.
Email: alexandrablazhenko@gmail.com

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 3 Mendeleevskaya Line, Saint Petersburg, 199034

Olga V. Pachuliia

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott

Email: for.olga.kosyakova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4116-0222
SPIN-code: 1204-3160

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 3 Mendeleevskaya Line, Saint Petersburg, 199034

Igor Yu. Kogan

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott

Email: ikogan@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7351-6900
SPIN-code: 6572-6450

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, 3 Mendeleevskaya Line, Saint Petersburg, 199034

References

  1. Chauhan SP, Gupta LM, Hendrix NW, et al; American College of Obstetricians and Gynecologists. Intrauterine growth restriction: comparison of American College of Obstetricians and Gynecologists practice bulletin with other national guidelines. Am J Obstet Gynecol. 2009;200(4):409.e1–409.e4096. doi: 10.1016/j.ajog.2008.11.025
  2. Mureșan D, Rotar IC, Stamatian F. The usefulness of fetal Doppler evaluation in early versus late onset intrauterine growth restriction. Review of the literature. Med Ultrason. 2016;18(1):103–109. doi: 10.11152/mu.2013.2066.181.dop
  3. Figueras F, Gratacós E. Update on the diagnosis and classification of fetal growth restriction and proposal of a stage-based management protocol. Fetal Diagn Ther. 2014;36(2):86–98. doi: 10.1159/000357592
  4. Charnock-Jones DS, Kaufmann P, Mayhew TM. Aspects of human fetoplacental vasculogenesis and angiogenesis. I. Molecular regulation. Placenta. 2004;25(2–3):103–113. doi: 10.1016/j.placenta.2003.10.004
  5. Burkhardt T, Schäffer L, Schneider C, et al. Reference values for the weight of freshly delivered term placentas and for placental weight-birth weight ratios. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 2006;128(1-2):248–252. doi: 10.1016/j.ejogrb.2005.10.032
  6. Salafia CM, Charles AK, Maas EM. Placenta and fetal growth restriction. Clin Obstet Gynecol. 2006;49(2):236–256. doi: 10.1097/00003081-200606000-00007
  7. Constância M, Angiolini E, Sandovici I, et al. Adaptation of nutrient supply to fetal demand in the mouse involves interaction between the Igf2 gene and placental transporter systems. Proc Natl Acad Sci USA. 2005;102(52):19219–19224. doi: 10.1073/pnas.0504468103
  8. Lager S, Powell TL. Regulation of nutrient transport across the placenta. J Pregnancy. 2012;2012. doi: 10.1155/2012/179827
  9. Morrison JL. Sheep models of intrauterine growth restriction: fetal adaptations and consequences. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2008;35(7):730–743. doi: 10.1111/j.1440-1681.2008.04975.x
  10. Morrison JL, Duffield JA, Muhlhausler BS, et al. Fetal growth restriction, catch-up growth and the early origins of insulin resistance and visceral obesity. Pediatr Nephrol. 2010;25(4):669–677. doi: 10.1007/s00467-009-1407-3
  11. Konstantinova NN, Pavlova NG. Development of the conception about universe hemodynamic reactions in the functional system: mother-placenta-fetus. Journal Of Obstetrics and Women’s Diseases. 2004;53(1):27–30. EDN: HUAQHJ doi: 10.17816/JOWD86972
  12. Jones HN, Powell TL, Jansson T. Regulation of placental nutrient transport – a review. Placenta. 2007;28(8-9):763–774. doi: 10.1016/j.placenta.2007.05.002
  13. Marconi AM, Paolini CL. Nutrient transport across the intrauterine growth-restricted placenta. Semin Perinatol. 2008;32(3):178–181. doi: 10.1053/j.semperi.2008.02.007
  14. Gude NM, Roberts CT, Kalionis B, et al. Growth and function of the normal human placenta. Thromb Res. 2004;114(5–6):397–407. doi: 10.1016/j.thromres.2004.06.038
  15. Signorelli P, Avagliano L, Virgili E, et al. Autophagy in term normal human placentas. Placenta. 2011;32(6):482–485. doi: 10.1016/j.placenta.2011.03.005
  16. Magnusson AL, Powell T, Wennergren M, et al. Glucose metabolism in the human preterm and term placenta of IUGR fetuses. Placenta. 2004;25(4):337–346. doi: 10.1016/j.placenta.2003.08.021
  17. Regnault TR, Friedman JE, Wilkening RB, et al. Fetoplacental transport and utilization of amino acids in IUGR – a review. Placenta. 2005;26(Suppl A):S52–S62. doi: 10.1016/j.placenta.2005.01.003
  18. Novakovic B, Gordon L, Robinson WP, et al. Glucose as a fetal nutrient: dynamic regulation of several glucose transporter genes by DNA methylation in the human placenta across gestation. J Nutr Biochem. 2013;24(1):282–288. doi: 10.1016/j.jnutbio.2012.06.006
  19. Brown K, Heller DS, Zamudio S, et al. Glucose transporter 3 (GLUT3) protein expression in human placenta across gestation. Placenta. 2011;32(12):1041–1049. doi: 10.1016/j.placenta.2011.09.014
  20. Dandrea J, Wilson V, Gopalakrishnan G, et al. Maternal nutritional manipulation of placental growth and glucose transporter 1 (GLUT-1) abundance in sheep. Reproduction. 2001;122(5):793–800.
  21. Larqué E, Ruiz-Palacios M, Koletzko B. Placental regulation of fetal nutrient supply. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2013;16(3):292–297. doi: 10.1097/MCO.0b013e32835e3674
  22. Barry JS, Anthony RV. The pregnant sheep as a model for human pregnancy. Theriogenology. 2008;69(1):55–67. doi: 10.1016/j.theriogenology.2007.09.021
  23. Fowden AL, Ward JW, Wooding FP, et al. Programming placental nutrient transport capacity. J Physiol. 2006;572(Pt 1):5–15. doi: 10.1113/jphysiol.2005.104141
  24. Jansson T. Amino acid transporters in the human placenta. Pediatr Res. 2001;49(2):141–147. doi: 10.1203/00006450-200102000-00003
  25. McMillen IC, Adams MB, Ross JT, et al. Fetal growth restriction: adaptations and consequences. Reproduction. 2001;122(2):195–204. doi: 10.1530/rep.0.1220195
  26. Garmasheva NL. Some hemodynamic processes in the functional system mother-placenta-fetus, their regulation in the interests of the fetus. Obstetrics and Gynecology. 1972;(12):33–38. (In Russ.)
  27. Mourier E, Tarrade A, Duan J, et al. Non-invasive evaluation of placental blood flow: lessons from animal models. Reproduction. 2017;153(3):R85–R96. doi: 10.1530/REP-16-0428
  28. James JL, Carter AM, Chamley LW. Human placentation from nidation to 5 weeks of gestation. Part I: what do we know about formative placental development following implantation? Placenta. 2012;33(5):327–334. doi: 10.1016/j.placenta.2012.01.020
  29. Ahmed A, Perkins J. Angiogenesis and intrauterine growth restriction. Baillieres Best Pract Res Clin Obstet Gynaecol. 2000;14(6):981–998. doi: 10.1053/beog.2000.0139
  30. Plasencia W, Akolekar R, Dagklis T, et al. Placental volume at 11–13 weeks’ gestation in the prediction of birth weight percentile. Fetal Diagn Ther. 2011;30(1):23–28. doi: 10.1159/000324318
  31. Jawerbaum A, White V. Animal models in diabetes and pregnancy. Endocr Rev. 2010;31(5):680–701. doi: 10.1210/er.2009-0038
  32. Andersen MD, Alstrup AKO, Duvald CS, et al. Animal models of fetal medicine and obstetrics. In: Bartholomew I, editor. Experimental animal models of human diseases – an effective therapeutic strategy. InTech; 2018. doi: 10.5772/intechopen.74038
  33. Grigsby PL. Animal models to study placental development and function throughout normal and dysfunctional human pregnancy. Semin Reprod Med. 2016;34(1):11–16. doi: 10.1055/s-0035-1570031
  34. Shimoyama M, Smith JR, De Pons J, et al. The Chinchilla Research Resource Database: resource for an otolaryngology disease model. Database (Oxford). 2016;2016. doi: 10.1093/database/baw073
  35. Altemus M, Redwine LS, Leong YM, et al. Responses to laboratory psychosocial stress in postpartum women. Psychosom Med. 2001;63(5):814–821. doi: 10.1097/00006842-200109000-00015
  36. Jones AK, Wang D, Goldstrohm DA, et al. Tissue-specific responses that constrain glucose oxidation and increase lactate production with the severity of hypoxemia in fetal sheep. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2022;322(2):E181–E196. doi: 10.1152/ajpendo.00382.2021
  37. Janot M, Cortes-Dubly ML, Rodriguez S, et al. Bilateral uterine vessel ligation as a model of intrauterine growth restriction in mice. Reprod Biol Endocrinol. 2014;12:62. doi: 10.1186/1477-7827-12-62
  38. Parraguez VH, Mamani S, Cofré E, et al. Disturbances in maternal steroidogenesis and appearance of intrauterine growth retardation at high-altitude environments are established from early pregnancy. effects of treatment with antioxidant vitamins. PLoS One. 2015;10(11). doi: 10.1371/journal.pone.0140902
  39. Rueda-Clausen CF, Stanley JL, Thambiraj DF, et al. Effect of prenatal hypoxia in transgenic mouse models of preeclampsia and fetal growth restriction. Reprod Sci. 2014;21(4):492–502. doi: 10.1177/1933719113503401
  40. Vuguin PM. Animal models for small for gestational age and fetal programming of adult disease. Horm Res. 2007;68(3):113–123. doi: 10.1159/000100545
  41. Herrera EA, Alegría R, Farias M, et al. Assessment of in vivo fetal growth and placental vascular function in a novel intrauterine growth restriction model of progressive uterine artery occlusion in guinea pigs. J Physiol. 2016;594(6):1553–1561. doi: 10.1113/JP271467
  42. Davis MA, Camacho LE, Pendleton AL, et al. Augmented glucose production is not contingent on high catecholamines in fetal sheep with IUGR. J Endocrinol. 2021;249(3):195–207. doi: 10.1530/JOE-21-0071
  43. Camacho LE, Davis MA, Kelly AC, et al. Prenatal oxygen and glucose therapy normalizes insulin secretion and action in growth-restricted fetal sheep. Endocrinology. 2022;163(6). doi: 10.1210/endocr/bqac053

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Gestation in model animals: a, average length (days); b, number of fetuses

Download (115KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Structure of the animal placenta

Download (430KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eсо-Vector

License URL: https://eco-vector.com/for_authors.php#07

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».