Evaluación del deterioro de la memoria espacial en un modelo de ratón de lesión cerebral traumática utilizando un laberinto radial

Resumen

Aquí presentamos un protocolo para una prueba específica de ratón de la cognición que no requiere nadar. Esta prueba puede utilizarse para distinguir con éxito los ratones de lesión cerebral traumática inducida por impacto cortical controlado de los controles simulados.

Resumen

A pesar del reciente aumento en el uso de modelos de ratón en la investigación científica, los investigadores siguen utilizando las tareas cognitivas que fueron originalmente diseñados y validados para el uso de ratas. Se ha demostrado previamente que la prueba de laberinto de la memoria espacial (diseñada específicamente para ratones y que no requiere natación) del laberinto radial de agua (RWT) ha permitido distinguir exitosamente entre ratones TBI inducidos por impacto cortical controlado y controles simulados. Aquí se presenta un protocolo detallado para esta tarea. El laberinto RWT capitaliza la tendencia natural de los ratones a evitar las áreas abiertas en favor de abrazar los lados de un aparato (thigmotaxis). Las paredes del laberinto están forradas con nueve orificios de escape colocados por encima del piso del aparato, y los ratones son entrenados para usar señales visuales para localizar el hueco de escape que sale del laberinto. El laberinto está lleno de una pulgada de agua fría, suficiente para motivar la fuga pero no lo suficientemente profunda como para requerir que el ratón nade. El período de adquisición toma sólo cuatroCon una prueba de retención de la memoria en el día cinco y una prueba de memoria a largo plazo en el día 12. Los resultados reportados aquí sugieren que el laberinto de RWT es una alternativa factible a validación de ratas, pruebas cognitivas de natación en la evaluación de espacial Déficit de memoria en los modelos de ratón de TBI.

Introducción

Los impedimentos de la memoria están entre los síntomas más comunes reportados por los pacientes después de una lesión cerebral traumática (TBI) ^{1 , 2} . La identificación precisa y la evaluación de los déficit de memoria análogos en los modelos animales de TBI, por lo tanto, son esenciales para nuestra comprensión de esta condición y su gestión. Aquí, presentamos un protocolo para probar la memoria espacial en un modelo de ratón de TBI utilizando un laberinto de rodamiento radial de agua (RWT). Este aparato se mostró previamente para evaluar los déficits cognitivos en modelos de ratón de TBI ³ inducido por impacto cortical controlado (CCI), y representa una alternativa potencial a las pruebas de cognición basadas en la natación validadas por ratas.

La creciente diversidad y disponibilidad de los modelos de ratón transgénico ha llevado a un reciente aumento en el uso de ratones sobre ratas en la investigación científica [ ^4] . A pesar de este cambio, los investigadores continúan dependiendo deY tareas cognitivas que fueron originalmente diseñadas y validadas para el uso de ratas. Las pruebas más comunes actualmente utilizadas para evaluar la cognición en ratones, el laberinto de agua Morris (MWM) y el laberinto circular de Barnes, fueron diseñados específicamente para capitalizar los comportamientos instintivos encontrados en ratas ^{5 , 6} . Teniendo en cuenta las diferencias genéticas, neuroetológicas y cognitivas que existen entre estas dos especies [ ^4] , no sorprende que los ratones consistentemente bajo rendimiento en estas tareas [ ^{7 , 8]} .

Las diferencias dependientes de la especie en la capacidad de prueba son particularmente preocupantes en las pruebas cognitivas basadas en la natación, como el MWM. Aunque tanto las ratas como los ratones son nadadores proficientes, los investigadores han identificado varias cepas de ratón que se desempeñan notablemente mal en las tareas cognitivas basadas en la natación ^{9 , 10 , 11 , 12 , 13} . Incluso en animales de tipo salvaje, las ratas generalmente superan a los ratones ^{7 , 8} . Si bien esto podría interpretarse como una especie específica de la diferencia en la memoria espacial, análogo de seguimiento de pruebas utilizando un laberinto de tierra seca no reveló ninguna especie dependiente de las diferencias en el rendimiento cognitivo [ ^8] . Una serie de factores no relacionados con la cognición podría explicar este hallazgo, incluyendo las diferencias dependientes de la especie en la capacidad de natación o estrategia de búsqueda. De hecho, el análisis de factor de mouse-específicas estrategias de búsqueda en el MWM muestran que los factores no cognitivos (en particular, thigomotaxis y pasividad [ es decir , flotante]) puede desempeñar un papel más significativo en MWM rendimiento de aprendizaje espacial [ ^14] .

Aquí, demostrar el uso de una prueba cognitiva diseñada para capitalizar en elStinctual comportamiento de los ratones, y que no requiere la natación, para medir el deterioro de la memoria espacial en un modelo de ratón de CCI inducida por TBI. Mientras que el laberinto RWT ( Figura 1 A-B ) fue concebido como un híbrido novedoso del MWM y Barnes laberinto circular, que fue diseñado específicamente para aprovechar el comportamiento tigmotactic instintivo a los ratones [ ^{15 , 16]} . El aparato consiste en una cuba de acero galvanizado de 32 pulgadas de diámetro en la cual se han agujereado nueve agujeros de salida uniformemente espaciados. Los agujeros están centrados 2-1 / 4 pulgadas por encima del piso de la bañera y están dimensionados para adaptarse a los adaptadores de trampa ABS DWV SPG x SJ de 1-1 / 2 pulgadas. Ocho de las salidas están tapadas desde el exterior y cegadas a una profundidad de 1 pulgada con tapones de goma. La novena está conectada por un codo de 90 ° de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) a una caja de plástico opaco de la que el ratón puede ser fácilmente retirado después de la prueba. En el curso de unPeríodo breve de adquisición, el ratón es entrenado para usar las señales visuales únicas que recubren el laberinto para localizar esta caja de escape. Durante las pruebas, el laberinto se llena con una pulgada de agua fría (12-14 ° C), suficientemente lo suficientemente aversiva para promover el escape, pero no lo suficientemente profundo como para que el ratón tenga que nadar.

El laberinto de RWT representa una alternativa de bajo costo y de bajo mantenimiento para el MWM, y se ha utilizado con éxito en ratones envejecidos y transgénicos ^{15 , 17 , 18 , 19} y modelos de ratón inducidos por CCI de TBI ³ . El protocolo descrito aquí representa un método simple y eficaz para medir el deterioro de la memoria espacial que no requiere entrenamiento previo a la lesión, y podría ser fácilmente modificado para adaptarse a las necesidades particulares de un laboratorio de investigación.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocolo

Todos los procedimientos y manipulación de animales se llevaron a cabo de acuerdo con las directrices de cuidado de animales emitidas por los Institutos Nacionales de Salud y por el Comité de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Washington.

1. Cirugía

1. Anestesiar el ratón con isoflurano al 5% en una caja de inducción hasta que quede inconsciente. Confirme la anestesia mediante una reducción de la frecuencia respiratoria y la ausencia de un reflejo de retirada después de la pinzamiento.
2. Mantenga la anestesia a través del cono de la nariz en el 2-2.5% durante la cirugía. Controle la frecuencia respiratoria durante la cirugía para asegurarse de que el ratón permanezca inconsciente.
3. Coloque el ratón propenso a una almohadilla de calefacción y coloque el ratón en el dispositivo estereotáctico con barras de oído, asegurando que la cabeza es segura y plana.
4. Quitar el cabello del cuero cabelludo con crema depilatoria. Enjuague el cuero cabelludo a fondo con solución salina.
5. Limpie el sitio quirúrgico con un yodo alterno y un lavado con etanol al 70%.
6. AdministradorRa inyección subcutánea de Lidocaína y Bupivacaína (1 mg / kg) en el cuero cabelludo.
7. Con tijeras quirúrgicas, realice una incisión longitudinal longitudinal y retraiga la piel para revelar el cráneo.
8. Utilizando una sierra trífida de 5 mm, se realiza una craneotomía sobre la corteza frontoparietal izquierda con el punto central a 2,5 mm detrás del bregma y 2,5 mm a la izquierda de la línea media. Retire cuidadosamente el círculo del hueso para exponer el cerebro.
9. Ajuste el dispositivo del impactador a una velocidad de 6 m / sy 200 ms de tiempo de permanencia.
10. Coloque el dispositivo de impacto hasta que la punta de impacto convexa de 3 mm toque ligeramente la superficie del cerebro a 2,5 mm detrás del bregma ya 2,55 mm a la izquierda de la línea media. Retirar la punta de impacto y bajar 1 mm (profundidad de impacto). Cuando esté listo, dispare el dispositivo, generando el impacto deseado.
11. Cubrir la craneotomía con un disco de polipropileno estéril cementado al derma con adhesivo tisular, y suturar la incisión cerrada.
12. Quitar el ratón de la anestesia, y dar IP inyección de BuprEnorfina (0,5 mg / kg).
13. Permita que el ratón se recupere en una jaula limpia, calentada por una almohadilla de calefacción. El ratón debe ser monitorizado para detectar signos de dolor o angustia durante las siguientes 24 h.
    NOTA: Los controles Sham deben recibir el mismo tratamiento que el anterior, con los pasos 1.8-1.9 omitidos.

2. Construcción radial del laberinto de la pisada del agua

1. Los orificios de salida de la perforación 9 son lo suficientemente grandes como para acomodar adaptadores de trampa ABS DWV SPG x SJ de 1-1 / 2 pulgadas, a intervalos iguales alrededor de la circunferencia de una cuba de acero galvanizado de 32 pulgadas de diámetro. Centrar estos orificios de salida aproximadamente 2-1 / 4 pulgadas por encima del piso de la bañera.
2. Coloque un adaptador de ABS DWV SPG x SJ de 1-1 / 2 pulgada en cada uno de los orificios de salida y asegúrelo con las tuercas de anillo incluidas.
3. Con tapones de goma, la tapa ocho de las nueve salidas del exterior del aparato. La salida final sin tapar servirá como vía de escape. No importa qué salida se designe como la ruta de escape.
4. Conecte un 90 ° ABSCodo hasta el extremo exterior de la salida restante. La curva de 90 ° sirve para evitar que los sujetos de prueba determinen visualmente la ruta de escape correcta desde el interior del laberinto.
5. Construir la caja de escape de cualquier caja opaca capaz de ser desinfectado y aproximadamente 30 cm x 15 cm x 15 cm de tamaño. Corte un agujero en el lado de la caja, directamente sobre el piso, lo suficientemente grande como para acomodar el codo de 90 ° ABS.
6. Coloque la caja de escape en el extremo terminal del codo de 90 ° ABS.
7. Levante ligeramente la caja de escape (menos de una pulgada) por encima de la superficie del piso. Esto permite un amplio espacio para que una almohadilla de calefacción eléctrica, u otra fuente de calor, se coloque debajo de la caja de escape.
8. Imprima y plasme al menos 5 señales visuales únicas. Utilice imágenes simples y de alto contraste que puedan distinguirse fácilmente desde el interior del aparato. Se recomiendan las formas de imágenes prediseñadas en blanco y negro (triángulo, cuadrado, círculo).
9. Usando imanes, adhiera las señales visuales a las paredes internas delaparato. Las señales deben estar aproximadamente a igual distancia entre sí, alrededor de la circunferencia del aparato.

3. Protocolo radial del laberinto del paso del agua

NOTA: La prueba de laberinto de agua debe comenzar sólo después de que el sitio quirúrgico haya cicatrizado (aproximadamente una semana después de la cirugía).

1. Preparación para las pruebas.
   1. Permitir que los ratones se aclimaten a la sala de ensayo durante al menos 30 min antes de comenzar la prueba.
   2. Desinfecte el aparato usando un aerosol de etanol al 70%.
   3. Llene el aparato con aproximadamente 1 pulgada de agua fría (12-14 ° C).
   4. Coloque una almohadilla de calefacción eléctrica, u otra fuente de calor, directamente debajo de la caja de escape. Mantenga la caja de escape oscura y caliente durante toda la duración de la prueba.
   5. Coloque una fuente de luz brillante sobre el aparato.
      NOTA: Si usa una lámpara que pueda ser visible para los animales de investigación del propio aparato, asegúrese de que la lámpara esté colocada en el mismo poCada día. La propia lámpara podría representar otra señal visual para que los ratones lo usen para localizar la caja de escape, y moverla drásticamente de un día a otro podría complicar los resultados.
2. Protocolo de prueba
   1. Retire el ratón de su jaula suavemente por la cola y colóquelo en el centro del aparato.
   2. Tan pronto como el animal está en el aparato, comience el tiempo.
   3. Una vez que el animal ha encontrado la salida correcta y ha localizado / entrado en la caja de escape, detenga la temporización y registre el número de segundos necesarios para encontrar la ruta correcta.
   4. Si el animal intenta subir a un agujero de terminación y no entra espontáneamente en el laberinto después de 10 s, guíe al animal de regreso al centro del laberinto a mano.
   5. Si el animal no encuentra el camino correcto a la caja de escape dentro de 3 min (180 s), marque el ensayo como un fracaso y registre como 180 s. Guíe cuidadosamente al animal hacia el camino correcto a mano.
   6. Permitir queRatón para permanecer en la caja de escape durante un descanso de 1 min, inter-ensayo.
   7. Una vez que haya pasado el descanso de 1 minuto, retire el animal de la caja de escape y regrese a su jaula de origen.
   8. Desinfecte completamente la caja de escape y salga con un aerosol de etanol al 70% para evitar que el ratón use señales olfativas para localizar la ruta de escape correcta. Este paso no debe tomar más de unos segundos.
   9. Devuelva el ratón al laberinto para la próxima prueba.
   10. Repita los pasos 3.2.1-3.2.9 hasta que el ratón haya completado un total de tres ensayos y se haya localizado o llevado a la caja de escape tres veces.
   11. Después del último descanso de 1 minuto, devuelva el ratón a su jaula de casa.
   12. Escurrir y reemplazar el agua en el aparato entre los animales para asegurar una temperatura uniforme durante las pruebas.
   13. Repita los pasos 3.2.1-3.2.12 para cada ratón que se va a probar.
   14. Al día siguiente, repetir los pasos de preparación 3.2.1-3.2.5. Tenga especial cuidado en asegurar que las señales visuales permanezcanEn posiciones consistentes entre los días de prueba.
   15. Pruebe los animales usando el protocolo de pruebas diarias anterior para tres ensayos al día durante cuatro días (período de entrenamiento), con una prueba final de tres ensayos para retención de memoria en el quinto día. Una sexta prueba de tres ensayos (retención de memoria a largo plazo) se puede dar el día doce.
   16. No realice ninguna prueba entre los días de prueba cinco y doce.
3. Análisis
   1. Si un ratón no logra completar el laberinto en menos de 180 s durante cualquier período de dos días ( es decir, un total de 6 ensayos consecutivos, todos puntuaron a 180 s), considere que el ratón no está suficientemente motivado por las condiciones de la prueba y retire del análisis.
   2. Calcular la latencia media para completar el laberinto de cada sujeto mediante la fecha de prueba haciendo un promedio de sus tres ensayos diarios para ese día.
   3. Obtener diferencias de grupo en la retención de memoria mediante pruebas t estándar para comparar los grupos en la prueba de quinto día y la fecha de prueba de memoria a largo plazo. Si mEn comparación con dos grupos, se debe emplear un ANOVA unidireccional seguido de un análisis post-hoc apropiado (como el test de Tukey) para hacer un seguimiento de cualquier significado obtenido.
   4. Obtener diferencias de grupo en el período de adquisición (días 1-4) a través de análisis de medida repetida de la varianza.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Resultados

El laberinto de RWT ( Figura 1 ) se utilizó para investigar los déficit de memoria espacial dependiente de lesiones en ratones asignados al azar para recibir tanto la TBI cortical controlada como la cirugía simulada. La lesión se generó mediante un impacto cortical impulsado por solenoides con una punta convexa de 3 mm y los siguientes parámetros de lesión: velocidad de huelga de 6 m / s, profundidad de penetración de 1 mm y tiempo de contacto de 200...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discusión

El protocolo del laberinto de RWT presentado aquí distingue con éxito entre los ratones TBI inducidos por CCI y los controles simulados, y representa una alternativa factible, centrada en el ratón, al laberinto circular MWM y Barnes. Mientras que los resultados presentados aquí se refieren únicamente a la utilización del laberinto RWT en un modelo de ratón TBI, este aparato ha sido utilizado con éxito en modelos de edad y transgénicas donde el estrés inducido por el incumplimiento resultante de las pruebas bas...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
35 Gal. Hot Dipped Steel Round Tub	Home Depot	Internet #206638142	Needed: 1
1-1/2 in. ABS DWV SPG x SJ Trap Adapter	Home Depot	Internet #100344703, Store SKU #188956	Needed: 9
1-3/4 in. x 1-7/16 in. Black Rubber Stopper	Home Depot	Internet #100114974 Store SKU #755844	Needed: 8
1-1/2 in. ABS DWV 90 Degree Hub x Hub Elbow	Home Depot	Internet #100346663 Store SKU #188603	Needed: 1
HDX 10 Gal. Storage Tote	Home Depot	Internet #202523587 Store SKU #258804 Store SO SKU #258804	Needed: 1
Impact One Stereotaxic Impactor for CCI	Leica Biosystems	39463920	Needed: 1
Vernier Stereotaxic w/ Manual Fine Drive Stereotaxic Instrument for Small Animals	Leica Biosystems	39463001	Needed: 1