Paw-trascinamento: un romanzo, analisi sensibile del cilindro di prova del mouse

Riepilogo

Classica analisi forelimb asimmetria del test del cilindro viene normalmente utilizzato per valutare deficit comportamentali nei ratti seguenti lesione cerebrale o ictus; tuttavia, esso non riesce a rilevare deficit consistenti in topi. Questo studio dimostra che quantificare il comportamento zampa-trascinamento è un'analisi più sensibile di lesioni cerebrali nei topi.

Abstract

Il test del cilindro è abitualmente utilizzato per prevedere il danno ischemico focale alla corteccia motoria degli arti anteriori nei roditori. Quando è inserito nel cilindro, roditori esplorano da allevamento e toccando le pareti del cilindro con le zampe degli arti anteriori per il supporto posturale. A seguito di danno ischemico alla corteccia sensomotoria zampa anteriore, i ratti si affidano maggiormente alle loro arti anteriori zampa inalterata per il supporto posturale conseguente minor numero di tocchi con la zampa interessata che è chiamato arti anteriori asimmetria. Al contrario, danno ischemico focale nel cervello di topo non riesce a portare a deficit consistenti simili in forelimb asimmetria. Mentre i deficit forelimb asimmetria sono raramente osservati, i topi non mostrano un romanzo comportamento post ictus chiamato "zampa-trascinamento". Paw-trascinamento è la tendenza per un mouse per trascinare la zampa interessata lungo la parete del cilindro, piuttosto che spingere direttamente fuori dal muro quando smontando da un posteriore per una presa di posizione a quattro zampe. Abbiamo già dimostrato checomportamento trascinando la zampa è molto sensibile alle piccole lesioni ischemiche corticali alla corteccia motoria degli arti anteriori. Qui forniamo un protocollo dettagliato per l'analisi-zampa di trascinamento. Definiamo cosa una zampa-resistenza è e dimostrare come quantificare il comportamento-zampa di trascinamento. Il test del cilindro è un test semplice ed economico da gestire e non richiede pre-formazione o strategie privazione alimentare. Utilizzando analisi-zampa trascinando al test del cilindro, si riempie una nicchia per predire le lesioni ischemiche corticali, come photothrombosis e endotelina-1 (ET-1) ischemia indotta - due modelli che sono sempre più in popolarità e producono lesioni focali più piccoli di occlusione dell'arteria cerebrale media. Infine, misurando il comportamento-zampa trascinando nel test del cilindro permetterà studi di recupero funzionale dopo lesione corticale utilizzando una vasta coorte di ceppi di topi transgenici in cui precedente analisi forelimb asimmetria non è riuscita a rilevare i deficit consistenti.

Introduzione

L'obiettivo di strategie di risanamento neurali è quello di dimostrare sia la riparazione dei tessuti e recupero funzionale. Il recupero funzionale è in genere valutata con test comportamentali che misurano deficit funzionali, in questo caso che coinvolge le abilità motorie che sono associati con danni alle regioni specifiche del cervello. Lesione cerebrale traumatica o danno ischemico all'area forelimb sensomotoria della corteccia possono essere dimostrati da una serie di test comportamentali. Uno di questi test, il test del cilindro è ampiamente utilizzata nei ratti per valutare deficit funzionali all'attività degli arti anteriori ^1. Il test ha un basso costo di set-up che richiede solo un cilindro, fotocamera e tavolino con trasparente. E 'facile da gestire in quanto si basa sul comportamento esplorativo naturale dei roditori, quindi non sono necessari pre-allenamento e privazione di cibo o ricompense. Nonostante questi numerosi vantaggi, il test cilindro è sottoutilizzato per valutare i deficit degli arti anteriori nei topi dopo lesioni focali alla zampa anteriore sensorimotor corteccia, che si attribuisce all'analisi del comportamento topo nel test del cilindro. Asimmetria forelimb è la misura classica di analisi per il test del cilindro. Quando è inserito nel cilindro, roditori naturalmente esplorare le pareti del cilindro da allevamento sui loro arti posteriori e toccando le pareti del cilindro con le zampe degli arti anteriori per l'equilibrio posturale. Il numero di tocchi zampa muro con ogni zampa anteriore è facilmente quantificato riprese roditori durante questa esplorazione del cilindro. Asimmetria zampa anteriore si verifica quando la zampa zampa anteriore colpita rende meno tocchi con la parete che la zampa anteriore zampa inalterato ed è indicativa di un danno alla corteccia sensomotoria controlaterale. Nei ratti, le iniezioni intra-corticali dell'agente vasocostrittiva, endotelina (ET-1), nella corteccia sensomotoria forelimb provoca una lesione ischemica focale che si traduce in deficit comportamentali nella zampa anteriore controlaterale. Deficit in uso forelimb controlaterale sono facilmente rilevati come variazioni di forelimb asimmetria nel test del cilindro in ratti ^1-3. A differenza di ratti però, i cambiamenti nella zampa anteriore asimmetria sono variabili e meno consistente nei topi dopo comparabili ET-1 iniezioni ^4-6. Qui mostriamo una nuova analisi del comportamento degli arti anteriori nel test del cilindro - analisi del comportamento-zampa di trascinamento. Abbiamo precedentemente dimostrato che l'analisi zampa trascinamento è una misura più sensibile di danno al forelimb sensorimotor corteccia nei topi rispetto all'analisi forelimb asimmetria classica e quindi è applicabile ad una varietà di modelli di lesioni focali corticali.

L'esame di come i contatti delle zampe anteriori la parete del cilindro seguente danno ischemico alla corteccia sensomotoria forelimb rivelato un comportamento romanzo nei topi - zampa-trascinamento ^4. Una zampa-trascinamento si verifica quando il mouse si trova sulle zampe posteriori per esplorare la parete del cilindro poi trascina il suo affetto zampa (contra-lesionale) lungo la parete del cilindro verso la sua linea mediana o verso il basso il tempo murola sua zampa inalterato fornisce supporto posturale contro il muro. Paw-trascina raramente si verificano nei topi incolumi dunque l'aspetto di una zampa-resistenza è un indicatore positivo di lesioni alla corteccia sensomotoria forelimb ^4. Abbiamo già quantificato comportamento zampa trascinando nei topi dopo ET-1 danno ischemico al forelimb sensomotorio corteccia e abbiamo dimostrato il comportamento-zampa trascinando sostenuta nei topi fino a due settimane post-ictus ^4. Qui mostriamo che il comportamento-zampa trascinamento è sostenuta fino a quattro settimane post-ictus. Analisi del comportamento della zampa trascinando fornisce uno strumento nuovo e sensibile per la valutazione danno ischemico focale alla corteccia sensomotoria arti anteriori nei topi. Il suo basso costo di set-up, la facilità di amministrazione e segnando fanno di questo uno strumento semplice, ma utile per valutare rapidamente deficit comportamentali degli arti anteriori nei topi.

Protocollo

Dichiarazione etica: Tutti gli esperimenti sono stati approvati dal Memorial University of Animal Care Comitato Etico di Terranova secondo le linee guida del Consiglio canadese cura degli animali.

1. Mice

1. Utilizzare topi adulti. In questo studio, sono stati utilizzati topi maschi adulti FVBN (n = 10) tra 2-4 mesi. Topi di casa su un 12:12 ora inversione del ciclo luce-buio e forniscono chow roditore standard ed acqua ad libitum.

2. I materiali richiesti per il Test cilindro

1. Ottenere un tavolo con un top trasparente per filmare il test del cilindro. Le dimensioni della tabella sono irrilevanti, il superiore deve essere plexiglass o vetro, e ci deve essere abbastanza spazio per posizionare uno specchio in calce. Questo permette il mouse per essere videoregistrate dal basso. Usare uno specchio calce per riflettere l'immagine attraverso il cilindro. In alternativa, utilizzare una telecamera capovolta se disponibile. Le dimensioni del tavolo utilizzati in questo protocollo sono 54 x 56 x 66,5 centimetri (WxLxH) con un 51 x 51 centimetri superiore (axl).
2. Ottenere uno specchio. Le dimensioni dello specchio utilizzati nel presente protocollo sono 34 x 58cm (axl).
3. Ottenere un cilindro trasparente / plexiglass per il mouse per eseguire in. Le dimensioni del cilindro utilizzati in questo protocollo sono 17,5 centimetri alto, 8,8 centimetri ID, 9,5 centimetri diametro con uno spessore di 0,35 centimetri. Un cilindro più alto può essere richiesto per i ceppi più attivi del mouse.
4. Posizionare il cilindro sul tavolo e filmare il riflesso nello specchio di seguito.
5. Sono necessarie una videocamera e cavalletto. Registrare video a circa 650KB / s, che è di circa 190 MB per ogni 5 minuti di video di cilindro. Assicurarsi che la fotocamera ha una funzionalità di zoom per garantire che il cilindro abbraccia l'intero campo visivo.
   NOTA: La videocamera utilizzata in questo protocollo è una Sony DCR-SR42, zoom ottico 40x, zoom digitale 2,000x, 680kpix che utilizza la definizione standard, NTSC video interlacciato).
6. Ottenere software per l'analisi - un pl multimedialeayer con supporto video e modulazione della velocità di riproduzione. Il lettore multimediale utilizzata in questo protocollo è la v2.1.2 VLC Media Player.
7. Ottenere un computer con un sistema operativo in grado di eseguire il lettore multimediale e un monitor.
8. Per una conservazione elettronica per i video. Scaricare video da un disco rigido esterno o copiarlo su DVD per la conservazione a lungo termine.
   NOTA: A 190MB per video, 84 sessioni di stare su una scheda SD da 16 GB e 168 sessioni di stare su una scheda SD da 32 GB. A causa della relativa economicità dei media SD, e l'incertezza in quanto tempo alcuni topi richiedono di completare 20 gomme posteriori, si consiglia una scheda da 32 GB. In questo studio, i video sono stati copiati dalla fotocamera a un hard disk esterno da 2 TB e poi ricopiati su DVD come backup.

3. Setup sperimentale della prova Cilindro

1. Fissare mirror qui sotto il tavolo in un angolo di 45 gradi al piano del tavolo. Farlo utilizzando due staffe di supporto attaccati alle gambe del tavolo a support la parte superiore e inferiore dello specchio, rispettivamente. Località staffe sono noti in una vista laterale della tabella (Figura 1A) e una vista faccia sul tavolo (Figura 1B).
2. Posizionare cilindro sul centro del tavolo. Disegnare quattro linee equidistanti cui il cilindro si siede sul tavolo con un pennarello nero (Sharpie) in modo che il cilindro può essere sollevato e restituito alla stessa posizione (figura 2). Li disegno sul lato inferiore del tavolo trasparente permette il tavolo da pulire tra sperimentazione animale senza dissolvere l'inchiostro indicatore.
3. Fissare la macchina fotografica e cavalletto. Puntare la fotocamera a specchio in modo che l'immagine guarda direttamente attraverso la canna del cilindro. Assicurarsi che la parete interna del cilindro pieno è visibile e ostruita dalla base (Figura 3). Vedere una vista laterale-on della configurazione, compreso l'angolo relativo della configurazione della telecamera e specchio, dall'alto (figura 4A) e dallivello della falda, compreso un allevamento mouse (Figura 4B).
4. Preparare le carte cue per identificare ogni mouse prima delle riprese. Assicurarsi che le carte includono tipicamente un numero di identificazione per ciascun topo, il time-point della prova (ad es., 3 giorni dopo il trattamento) e la data della sessione riprese. Non includere il gruppo di trattamento sulla carta spunto per garantire lo sperimentatore è accecato.
5. Film in condizioni di illuminazione interna standard come questo livello di luce è necessaria per vedere chiaramente i movimenti del mouse intorno al cilindro.
   NOTA: Se disponibile riprese al buio con una fotocamera luce rossa può essere sufficiente, ma ci si deve prima verificare se tocchi zampa e trascina sono chiaramente visibili per la quantificazione.

4. Esecuzione

1. Iniziare le riprese. Visualizza la scheda spunto del mouse adeguato davanti all'obiettivo della fotocamera.
2. Abbassare il mouse nel cilindro dall'alto aperto subito dopo aver girato la scheda cue.
3. Iniziate le riprese del mouse. Ridurre al minimo il rumore durante questo periodo, come i topi potrebbero perdere interesse ad esplorare se spaventato.
4. Osservare la parte posteriore topi di esplorare il cilindro. Cattura il video fino a quando il mouse esegue un minimo di venti posteriori.
   NOTA: A posteriori si verifica quando entrambi zampe anteriori perdono contatto con il pavimento e il mouse si erge sulle zampe posteriori.
5. Pulire tavolo e cilindro con una soluzione di pulizia adeguato tra ogni mouse per igienizzare ed eliminare profumi del mouse.
6. Il congelamento è quando i topi smettere di esplorare e rimanere tranquillamente seduto a quattro zampe per circa 5 minuti. Se topi congelare prima che si verifichino venti retri, può essere necessario rimuoverli dal cilindro per 10-20 minuti prima di riprendere la prova. Se i topi non eseguono venti posteriori, vengono rimossi dallo studio.
   NOTA: Nella nostra esperienza, i topi hanno mai avuto bisogno di essere esclusi a causa di mancanza di esplorare il cilindro.

5. Valutazione del Test Cilindro con Paw-trascinamentoAnalisi

1. Riprodurre il video a un tasso compreso tra 0,25x e 0.67x velocità normale a seconda di quanto velocemente il mouse esplora il cilindro. Utilizzare un lettore multimediale che offre una velocità di riproduzione lenta.
2. Quantificare il numero totale di tocchi zampa. Tocchi Paw si verificano quando le ruote posteriori del mouse (Figura 5A), tocca il lato del cilindro (Figura 5B), poi smonta con entrambe le zampe contemporaneamente (Figura 5C) e terre (Figura 5D). La zampa può o non può contattare la parete del cilindro con una palma piena, ma qualche contatto con la parete del cilindro deve avvenire. Valutare tocchi zampa contando il numero di volte che il mouse entra in contatto (per quanto breve) con la parete del cilindro con una o entrambe le zampe anteriori mentre permanente sulle sue arti posteriori durante una posteriore.
   Si noti che il contatto con la parete del cilindro viene conteggiato solo come "touch paw" o "zampa trascinare" se il mouse è in posizione arretrata - piedisui suoi arti posteriori con entrambe le zampe anteriori fuori del piano del tavolo. Se il mouse rimane in una posizione di 3 punti - entrambi gli arti posteriori e una zampa sul tavolo e comincia a toccare il muro con la zampa libera - questo non viene conteggiato come un tocco zampa. I topi possono posteriore e toccare la parete del cilindro con una sola zampa anteriore e questo viene considerato come un tocco di zampa. Nota: un mouse può spostare il proprio corpo intorno al cilindro durante una posteriore, rendendo più di due contatti. Questi contatti sono conteggiati - uno per ogni tocco di zampa anteriore sinistra e uno per ogni tocco zampa anteriore destra.
3. Quantificare il numero di zampa-trascina. Comportamento trascinando Paw è distinta dalle normali tocchi zampa.
   1. Se i contatti zampa parete del cilindro con un pieno palma aperta (Figura 6B), che cadrà lentamente dalla parete, spesso con un leggero tremore. Il movimento inizia con le cifre trascinamento contro la parete del cilindro sia in direzione mediale o verso il basso, (Figura 6C) prima allontanamento completely (Figura 6D). Il mouse sarà quindi smontare con la sua zampa inalterato (Figura 6E) prima di atterrare a quattro zampe (Figura 6F). Questo è considerato una zampa-resistenza e dovrebbe essere considerata in un conteggio.
   2. Se il paw non tocchi la parete del cilindro con una palma completamente aperta, esso sfiorare la parete del cilindro con le cifre prima allontanamento dalla parete del cilindro. Allo stesso modo, un mouse può trascinare la zampa contro la parete del cilindro, ma non rilasciarlo completamente prima di scendere. Questi sono entrambi considerati zampa-trascina così come tocchi e dovrebbe essere considerato come sia in un conteggio.
   3. La zampa può anche trascinare lungo la parete del cilindro, mentre un mouse esplora il cilindro. In questo caso, la zampa seguirà la torsione del busto del mouse come esplora sinistra oa destra della sua posizione originale (Figura 7A-D) prima di smontaggio (Figura 7E). Questo non è considerato una zampa-trascinamento, in quanto dipende mouse scelta casualeuna direzione di esplorare e non dipende da quale emisfero corticale è stato danneggiato.
4. Paw-trascina sono espressi in percentuale di zampa trascina per numero totale di tocchi zampa durante una sessione. Esprimere il numero di zampa-trascina come percentuale di contatti totali zampa per ogni zampa anteriore separatamente.
5. Tocchi conseguente una zampa trascinare contano come una zampa trascinare e un tocco contemporaneamente. Così, se un mouse trascina la zampa ogni volta i contatti zampa la parete del cilindro, la percentuale paw trascinamento è espressa come 100%.

6. Ulteriori design sperimentale Suggerimenti

1. Per ridurre al minimo le variabili estranee:
   1. Testare i topi allo stesso tempo ogni giorno test. Testare i topi durante il loro ciclo di veglia. Mantenere topi su un ciclo di luce retromarcia 12 ore facilita la prestazione.
   2. I topi possono essere riluttanti a esplorare il cilindro se ha sottolineato sia da rumore o un ambiente nuovo. Test topi nella loro camera di conservazione animale o di una stanza che abbiano ieen confidenza con riduce lo stress. Ciò si può verificare se la stanza è rumorosa, se il mouse è stato spintonato prima di entrare nel cilindro o per assuefazione.
      NOTA: Il test dovrebbe essere effettuato una volta prima di manipolazione sperimentale di servire come una lettura di base. Dopo manipolazione, giorni di test sono a discrezione dello sperimentatore, se si consiglia di evitare un eccessivo numero di esposizioni al cilindro in un breve periodo di tempo.
   3. Topi può diventare riluttanti a posteriori dopo 6-7 esposizioni verso il cilindro. Per questo studio, i topi sono stati testati nel cilindro per un totale di sette volte, prima di ischemia e nei giorni 1, 3, 7, 14, 21 e 28 post-intervento chirurgico.
      NOTA: In questo studio abbiamo utilizzato il ceppo FVBN mouse. Abbiamo precedentemente testato topi C57BL / 6 nel cilindro e comportamento paw trascinando osservati dopo un ET-1 danno ischemico (dati non mostrati). C57BL / 6 topi sono stati più attivi che FVBN topi quando allevamento e spesso saltato sul bordo del cilindroprima di salire fuori. Cilindri Taller dovrebbero essere usati se i topi cercano di fuggire saltando.

7. L'endotelina-1 Chirurgia e infarto misurazioni del volume

1. Eseguire endotelina-1 chirurgia e misurazioni del volume dell'infarto secondo protocolli precedentemente pubblicati ^4. Per indirizzare anteriore corteccia motoria degli arti anteriori, ogni mouse dovrebbe ricevere tre ET-1 iniezioni alle seguenti coordinate: (i) +0,7 anteriorposterior (AP) /1.5 medio-laterale (ml) / - 1.2 dorso-ventrale (DV), ( ii) +0.4 AP / 1,25 ml / - 1.2 DV e (iii) +0,1 AP / 1,75 ml / -1.2 DV ^4.

8. Analisi statistica

1. Si raccomanda un due vie misure ripetute analisi della varianza (ANOVA) per analizzare la percentuale di zampa trascinamento per le zampe affetti e non tra i diversi punti di tempo.

Risultati

Abbiamo già dimostrato che il comportamento-zampa trascinando appare a seguito di una focale danno ischemico al forelimb sensomotorio corteccia ed è un indicatore positivo di danni ^4. Iniezioni intra-corticali di ET-1 nella corteccia forelimb sensorimotor stati usati per indurre una lesione ischemica (Figura 8A, B). Questo studio ha esaminato se il comportamento-zampa trascinando prorogato per più di 14 giorni post-infortunio per il suo uso potenziale per valutare il recupero funzionale. I...

Discussione

I punti chiave per stabilire quando quantificazione comportamento zampa trascinando nella prova del cilindro sono i seguenti: i) quantificare il numero di zampa trascina contro tocchi zampa totali per ogni zampa prima di lesioni cerebrali per stabilire una linea di base; ii) quantificare il numero di zampa-trascina contro tocchi zampa totali per ogni zampa dopo l'infortunio ischemico; e iii) di discriminare tra una zampa-resistenza e il movimento laterale della zampa lungo la parete del cilindro durante la rotazione...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Plexi-glass cylinder	N/A	N/A	17.5cm high, 9.5cm outer diameter, 8.8cm inner diameter, wall thickness 0.35cm (or 3.5 mm)
viewing table	N/A	N/A	54x56x66.5cm (width x length x height), top of table is a 51x51cm sheet of plexiglass.
mirror	N/A	N/A	34x58cm mirror
video camera	Sony	DCR-SR42	Video camera with onboard storage, SD functionality, 40x optical zoom
computer	Dell	Optiplex 760	Processor: Intel, 3.0 GHz, Memory 4.00GB (RAM)
computer monitor	Samsung	S22C350H
Excel (Microsoft Office Professional Plus)	Microsoft	v14.0.7106.5003
VLC Media Player	Video LAN	v2.1.2	Media player with playback speed modulation and video support
External Hard Drive	Western Digital	WDBAAU0020HBK-01	2 TB