Une nouvelle approche pour évaluer les résultats du moteur de profondes cérébrales Effets Stimulation chez le rat Hemiparkinsonian: Escalier et cylindre d'essai

Résumé

Deep brain stimulation (DBS) is an effective treatment option for Parkinson's disease. We established a study design to screen novel stimulation paradigms in rats. The protocol describes the use of the staircase test and cylinder test for motor outcome assessment in DBS treated hemiparkinsonian rats.

Résumé

La stimulation cérébrale profonde du noyau sous-thalamique est une option de traitement efficace pour la maladie de Parkinson. Dans notre laboratoire, nous avons établi un protocole pour dépister différents modèles de neurostimulation hemiparkinsonian rats (unilatérale) lésés. Elle consiste à créer la lésion de Parkinson unilatérale par injection de 6-hydroxydopamine (6-OHDA) dans le droit interne prosencéphale faisceau, l'implantation d'électrodes de stimulation chronique dans le noyau sous-thalamique et l'évaluation des résultats du moteur à la fin des 24 périodes de câble lié à la neurostimulation externe hr . La stimulation a été réalisée avec une stimulation de courant constant. L'amplitude a été fixé à 20% en dessous du seuil individuel pour les effets secondaires. L'évaluation des résultats du moteur a été réalisé par l'évaluation de l'utilisation de la patte spontanée dans le test du cylindre selon l'une Shallert et par l'évaluation de l'homme atteint dans le test de l'escalier selon l'une Montoya. Ce protocole décrit en détail la formation dans le cadre de l'escalier, le cessai ylinder, ainsi que l'utilisation des deux chez les rats hemiparkinsonian. L'utilisation des deux tests est nécessaire, parce que le test de l'escalier semble être plus sensible pour bien déficience des habiletés motrices et présente une plus grande sensibilité au changement au cours de la neurostimulation. La combinaison du modèle unilatéral Parkinson et les deux tests de comportement permet l'évaluation des différents paramètres de stimulation de manière standardisée.

Introduction

La stimulation cérébrale profonde du noyau subthalamique (STN) est une option de traitement efficace pour la maladie ¹ et d' autres mouvements des troubles de Parkinson. Les mécanismes sous - jacents sont encore mal compris et multifactorielle, mais une caractéristique clé est la modulation de l' activité du réseau neuronal par la dépolarisation répétitive des axones dans le voisinage de l'électrode de stimulation ^2-4. Haute fréquence (> 100 Hz) est nécessaire pour la stimulation d'un effet bénéfique dans la plupart des cibles cérébrales et pour la plupart des indications de DBS. Les effets secondaires de résultat profond de la stimulation cérébrale de coactivation par inadvertance d'autres fibres, qui sont couverts par le volume de stimulation et qui favoriser différentes fonctions, telles que le faisceau pyramidal. Par conséquent, il serait souhaitable de développer des paramètres de stimulation qui activent préférentiellement éléments neuronaux utiles, tout en évitant la co - activation d'éléments d'effets secondaires ^5,6. Bien que la neurophysiologie peut offrir une telle tuni amendeOptions ng de DBS, les progrès scientifiques ont été minimes au cours des deux dernières décennies, parce que les stratégies de programmation ont été principalement évalués par "essais et erreurs" dans les patients et limité par les options de programmation limitées de disponibles dans le commerce des dispositifs DBS, plutôt que d'utiliser un aperçu neurophysiologique et défini les paramètres expérimentaux pour explorer systématiquement l'espace des paramètres plein.

Pour surmonter la barrière de la traduction dans la recherche DBS nous proposons un protocole à l'écran des paramètres de stimulation alternatives dans des modèles de rongeurs de parkinsonisme avant l'exploration clinique. La maladie de Parkinson chez les rats Unilatérale est modélisée en utilisant des injections 6-hydroxydopamine dans le droit interne prosencéphale bundle ^7,8. La lésion résultante, décrite plus loin que hemiparkinsonian, est évalué dans le test de l'apomorphine par l'évaluation du score de rotation après l'injection d'apomorphine à faible dose et confirmée post-mortem par la tyrosine hydroxylase immunohistochemistry. La méthode est facile à appliquer et hautement reproductible, tout en gardant un taux de mortalité et de morbidité faible. Les déficits moteurs résultant sont très discrètes ^7,8; les animaux présentent une légère dépréciation de la patte controlatérale gauche à la fois pendant l' exploration spontanée et saisie complexe comportement ^9,10.

Pour évaluer l'efficacité des protocoles de stimulation cérébrale profonde tests sont nécessaires qui permettent la mesure d'un changement rapide et fiable des performances du moteur et peuvent être répétées au fil du temps avec des réglages différents de neurostimulation. Plusieurs groupes ont proposé des approches différentes de stimulation et différents tests pour évaluer les fonctions motrices chez les rats ¹¹ avec des résultats très variables et incohérentes ^11-14. Cela nous a obligé de choisir un ensemble de tests à forte prédire la validité et la complémentarité. En outre, pour l'évaluation des résultats du moteur dans des conditions de stimulation cérébrale profonde, des tests ont été favorisés qui pourrait être réalisée par animals relié par câble au générateur de stimulus. À ces fins, nous avons établi notre batterie de test consistant en un test pour l'utilisation de la patte asymétrie et un essai pour atteindre l'homme. La conception de l' étude est illustré sur la figure 1.

Pour une utilisation de la patte spontanée nous avons effectué le test du cylindre décrit par Shallert ^15, qui est un test largement utilisé pour l' utilisation de la patte lors de l' exploration verticale. Aucune formation de l'animal est nécessaire. Pour l'évaluation du comportement de préhension plus complexe , nous avons établi le test de l' escalier selon Montoya ^16. Notre protocole est modifié selon Kloth ^17. Les rats sont formés pendant une période de douze jours pour atteindre des pastilles dans la zone de test. Après la période de formation, le test peut être appliqué pour mesurer le comportement de préhension complexe en comptant le taux de réussite décrit comme nombre de pastilles mangées. L'article présente la formation détaillée dans la zone d'escalier, ainsi que les performances des deux behessais avioral sous naïve, hemiparkinsonian et conditions de stimulation cérébrale profonde.

Protocole

Les expérimentations animales ont été approuvées par l'Université de Wuerzburg et les autorités judiciaires de l'Etat de Basse-Franconie en conformité avec les directives de protection des animaux et des lignes directrices du Conseil Communautés européennes (numéro d'homologation: 55,2 à 2531,01 76/11). Tous les efforts ont été faits pour réduire au minimum la douleur ou de l'inconfort des animaux utilisés.

A noter: l' implantation d' électrodes a été effectuée comme décrit par ailleurs ^18.

1. Le cylindre d'essai (figure 2)

1. Préparer un cylindre de verre en plastique transparent (hauteur: 40 cm, diamètre: 19 cm) par le nettoyage du cylindre avec une solution d'acide acétique à 0,1%.
2. Préparer des cartes avec la date de l'expérience et le numéro d'identification de chaque rat.
3. Placez deux miroirs en angle de 90 ° derrière le cylindre.
4. Placer l'appareil en face du cylindre de telle sorte que la distance entre la caméra et le cylindre permet une bonne vision des pattes.
5. Placez le rat dans la boîte de transport.
   Remarque: Les animaux doivent être manipulés par l'expérimentateur avant l'essai pour éviter le stress.
6. Transporter le rat de cage au cylindre en utilisant la boîte de transport.
7. Placer le rat dans le cylindre (figure 3).
   1. Toujours effectuer tous les tests de comportement au même moment de la journée pour éviter les différences circadiens de l'activité. Si l'animal est relié au générateur de stimulation par le câble que le câble ne soit pas tordu pendant l'expérience.
8. Appuyez sur le bouton "enregistrement" à la caméra. Afficher la carte avec la date réelle de l'expérience et le numéro d'identification de rat à la caméra. Commencer l'enregistrement.
9. Après cinq minutes, retirer l'animal du cylindre et le mettre dans la cage de la maison en utilisant la boîte de transport.
10. Nettoyer le cylindre avec une solution d'acide acétique à 0,1%.
11. Évaluer l'utilisation de la patte de vidéo enregistrée en comptant les contacts gauche et droite mur de la patte (utilisation de la patte en pour cent), ainsi que rBoucles d'oreilles (debout sur les pattes de derrière, avec ou sans l'appui sur la paroi du cylindre). Le test de la bouteille peut également être évaluée automatiquement par un logiciel approprié.
    Note: Un rat sain utilise les deux pattes aussi. Le rat hemiparkinsonian utilise la patte affectée en raison de la lésion dans une moindre mesure.

2. Escalier Test (Figure 4)

1. Phase d'acquisition
   1. Un jour avant la formation familiariser les animaux avec les pastilles utilisées dans le test Escalier.
      1. Facultatif: Pour augmenter la motivation de l'animal utiliser une restriction alimentaire (10-15 g de nourriture de laboratoire standard pour maintenir le poids corporel à 90% du niveau d'alimentation libre ^16). Cependant, ce ne soit pas obligatoire pour obtenir un effet d'entraînement positif. Cette étude a été menée sans restriction alimentaire.
   2. Préparer une boîte d'escalier de verre en plastique transparent (hauteur: 34,5 cm, longueur: 35,5 cm, largeur: 12 cm et étroit compartiment 6 cm) en nettoyant la boîte avec un ac 0,1%solution d'acide étique. Remarque: La boîte d'escalier est une boîte à deux compartiments avec une plate-forme surélevée et deux escaliers dans le compartiment étroit. Les étapes à gauche sur l'escalier dans le compartiment étroit peut être atteint qu'avec la patte gauche, les bonnes étapes seulement avec la patte droite.
      Remarque: Les boîtes d'escalier standards se composent de deux compartiments avec un couvercle, si elle doit être utilisée pour des expériences avec des rats stimulés par le câble, utilisez une boîte haute sans couvercle.
   3. Retirer l'escalier et remplir les puits sur chaque étape avec huit 45 mg pastilles.
   4. Insérez l'escalier et de mettre huit pastilles supplémentaires sur la plate-forme accrue.
   5. Placez le rat dans la boîte de transport.
   6. Transporter le rat de cage à la boîte d'escalier en utilisant la boîte de transport.
   7. Placez le rat dans la zone d'escalier (Figure 5).
   8. Après cinq minutes, enlever l'animal de la boîte d'escalier et le mettre dans la cage de la maison en utilisant la boîte de transport.
   9. Notez combienpastilles ont été consommés à partir de la plate-forme et (éventuellement) par un escalier droit et gauche.
   10. Recharge l'escalier en remplissant les puits sur chaque étape avec huit 45 mg pastilles.
   11. Nettoyer la zone d'escalier avec une solution d'acide acétique à 0,1% et à placer les pastilles supplémentaires sur la plate-forme.
   12. Répétez cette procédure (phase d'acquisition) trois jours d'affilée.
       Remarque: Toutes les expériences décrites ont été réalisées sur des rats mâles Sprague Dawley. La durée des différents modules de formation peuvent différer chez les rats de souche différente, le sexe et vender.
2. Test de libre choix
   1. Nettoyer le boîtier d'escalier avec une solution d'acide acétique à 0,1%.
   2. Retirer l'escalier et remplir les puits sur chaque étape avec huit 45 mg pastilles.
   3. Placez le rat dans la boîte de transport.
   4. Transporter le rat de cage à la boîte d'escalier en utilisant la boîte de transport.
   5. Placez le rat dans la zone d'escalier.
   6. Après cinq minutes, enlever l'animal de l'escalierboîte de cas et de le mettre dans la cage de la maison en utilisant la boîte de transport.
      Notez combien granulés ont été mangée par un escalier à droite et à gauche.
   7. Remarque: Si les animaux ont encore des problèmes avec la saisie pellet, ajouter un peu plus sur la plate-forme où ils peuvent être facilement accessibles.
   8. Recharge l'escalier en remplissant les puits sur chaque étape avec huit 45 mg pastilles.
   9. Nettoyer le boîtier d'escalier avec une solution d'acide acétique à 0,1% pour l'animal suivant.
   10. Répétez cette procédure (phase de libre choix) trois jours d'affilée.
       Note: Les résultats présentés ont été obtenus par la formation menée sans période de repos entre les modules. Certains groupes préfèrent une journée de repos pour la consolidation, pour soutenir le processus de formation.
3. Choix forcé test
   1. Nettoyer le boîtier d'escalier avec une solution d'acide acétique à 0,1%.
   2. Retirer l'escalier et remplir les puits sur chaque étape sur l'escalier gauche avec huit (trois premiers jours du module) ou quatre (thr consécutivejours ee du module) 45 mg pastilles.
      1. Effectuer le test de choix forcé sur le côté, où la dépréciation surviendra.
         Note: Nous effectuons la lésion Parkinson sur l'hémisphère droit et donc former sélectivement la patte gauche.
   3. Placez le rat dans la boîte de transport.
   4. Transporter le rat de cage à la boîte d'escalier en utilisant la boîte de transport.
   5. Placez le rat dans la zone d'escalier.
   6. Après cinq minutes, enlever l'animal de la boîte d'escalier et le mettre dans la cage de la maison en utilisant la boîte de transport.
   7. Notez combien pastilles ont été mangée par un escalier à gauche.
   8. Recharge l'escalier en remplissant les puits sur chaque étape avec huit ou quatre 45 pastilles mg (nombre de pastilles dépend le jour de la formation).
   9. Nettoyer le boîtier d'escalier avec une solution d'acide acétique à 0,1% pour l'animal suivant.
   10. Répétez cette procédure (phase de choix forcé) six jours d'affilée.
4. L'acquisition des données
   1. Effectuer l'expérience comme décrit pour le module de choix forcé (quatre pastilles dans chaque puits sur l'escalier de gauche) sur deux jours consécutifs. Calculer le taux de réussite (nombre de granulés consommés) en tant que moyenne des deux jours.

Résultats

Tous les animaux ont subi un post-mortem vérification histologique de la lésion à la fois dopaminergique et l'emplacement de l'électrode. Seuls les animaux avec le placement correct des électrodes à l' intérieur du STN (Figure 6) et lésion dopaminergique complète (> perte de neurones dopaminergiques dans la substantia nigra 90%) ont été inclus dans la section des résultats (figure 7).

Discussion

Cet article décrit un protocole de formation détaillé pour le test du cylindre et l'escalier. Ce dernier est conçu pour évaluer le comportement de préhension complexe et le mouvement de la motricité fine en raison d'atteindre l' homme de rats ^16,17. La mesure des résultats est exprimé en nombre de pastilles mangées pendant le test, ce qui est une mesure objective. Le protocole peut être utilisé dans les modèles de rat de la maladie de Parkinson et d'autres modèles de maladie du m...

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Staircase box without lid	Glas Keil, Germany		custom made
Cylinder box	Glas Keil, Germany		custom made
Dustless precision pellets, 45 mg	Bio Serv	F0021