Un nuovo approccio per valutare il risultato del motore di cerebrale profonda effetti di stimolazione nel ratto Hemiparkinsonian: Scala e cilindro di prova

Riepilogo

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.

Abstract

La stimolazione cerebrale profonda del nucleo subtalamico è un'opzione di trattamento efficace per la malattia di Parkinson. Nel nostro laboratorio abbiamo stabilito un protocollo per lo screening diversi modelli di neurostimolazione in hemiparkinsonian (unilaterale) lesionati ratti. Essa consiste nel creare lesione unilaterale di Parkinson iniettando 6-idrossidopamina (6-OHDA) nella giusta fascio proencefalo mediale, impiantando elettrodi di stimolazione cronica nel nucleo subtalamico e la valutazione dei risultati del motore al termine di 24 periodi hr di neurostimolazione esterno cavo-bound . La stimolazione è stata condotta con la stimolazione corrente costante. L'ampiezza è stato fissato al 20% al di sotto della soglia individuale per gli effetti collaterali. La valutazione dei risultati del motore è stato fatto dalla valutazione di utilizzo zampa spontanea nel test del cilindro secondo le Shallert e dalla valutazione di esperti raggiungendo nel test della scala in base al Montoya. Questo protocollo descrive in dettaglio la formazione nella casella di scala, la cTest ylinder, nonché l'utilizzo sia nei ratti hemiparkinsonian. L'uso di entrambi i test è necessario, perché il test della scala sembra essere più sensibile per la messa deterioramento delle capacità motorie e presenta una maggiore sensibilità ai cambiamenti durante la neurostimolazione. La combinazione del modello unilaterale Parkinson e le due test comportamentali permette di valutare diversi parametri di stimolazione in modo standardizzato.

Introduzione

La stimolazione cerebrale profonda del nucleo subtalamico (STN) è un'opzione di trattamento efficace per la malattia ¹ e altri disturbi del movimento di Parkinson. I meccanismi alla base sono ancora poco conosciuti e multifattoriale, ma una caratteristica fondamentale è la modulazione di attività di rete neuronale per la depolarizzazione ripetitivo degli assoni nelle vicinanze del stimolante elettrodi ^2-4. Ad alta frequenza (> 100 Hz) stimolazione è necessaria per un effetto benefico nella maggior parte dei target cerebrali e per la maggior parte delle indicazioni di DBS. Gli effetti collaterali di profonda stimolazione cerebrale risultato da coattivazione involontaria di altre fibre, che sono coperti dal volume stimolazione e che Subserve diverse funzioni, come ad esempio il tratto piramidale. Pertanto, sarebbe desiderabile sviluppare parametri di stimolazione, che preferenzialmente attivano elementi neurali benefici, evitando l'coattivazione di effetto elementi laterali ^5,6. Anche se neurofisiologia può offrire tale Tuni beneOpzioni ng di DBS, il progresso scientifico è stato minimo nel corso degli ultimi due decenni, perché le strategie di programmazione sono stati in primo luogo valutati da "tentativi ed errori" nei pazienti e limitato dalle opzioni di programmazione limitato di dispositivi DBS disponibili in commercio, invece di usare la comprensione neurofisiologica e definito le impostazioni sperimentali per esplorare sistematicamente l'intero spazio dei parametri.

Per superare il posto di blocco traslazionale nel campo della ricerca DBS stiamo proponendo un protocollo per lo screening parametri di stimolazione alternative a modelli di roditori di Parkinson prima esplorazione clinica. Malattia di Parkinson unilaterale nei ratti vengono modellate tramite iniezioni 6-hydroxydopamine nel diritto mediale fascio proencefalo ^7,8. La lesione risultante, ulteriormente descritto come hemiparkinsonian, viene valutata nel test apomorfina dalla valutazione del punteggio di rotazione dopo l'iniezione apomorfina basso dosaggio e confermato post mortem da tirosina idrossilasi immunohistochemistry. Il metodo è facile da applicare e altamente riproducibile, tenendo una bassa mortalità e morbilità. I deficit motori risultanti sono molto discreti ^7,8; gli animali mostrano un lieve deterioramento della zampa controlaterale sinistra sia durante l'esplorazione spontanea e di cogliere comportamento complesso ^9,10.

Per valutare l'efficacia dei protocolli di stimolazione cerebrale profonda sono necessari test che permettono di misurare un cambiamento rapido e affidabile in termini di prestazioni del motore e può essere ripetuto nel tempo con diverse impostazioni di neurostimolazione. Diversi gruppi hanno proposto diversi approcci di stimolazione e diversi test per valutare le funzioni motorie nei ratti ¹¹ con esiti altamente variabili e incoerenti ^11-14. Questo ci ha costretto a scegliere una serie di test ad elevata prevedere la validità e la complementarità. Inoltre, per la valutazione dei risultati del motore in condizioni di stimolazione cerebrale profonda, i test sono stati favoriti che potrebbe essere eseguita da aniMalles collegato via cavo al generatore stimolo. Per questi scopi abbiamo stabilito la nostra batteria di test che consiste di un test per l'uso della zampa asimmetria e un test per abili di raggiungere. Il disegno dello studio è illustrato in Figura 1.

Per uso paw spontaneo abbiamo effettuato il test del cilindro descritto da Shallert ^15, che è un test ampiamente usato per uso zampa durante l'esplorazione verticale. Non è richiesta alcuna formazione dell'animale. Per la valutazione del comportamento attaccamento più complesso abbiamo stabilito il test della scala in base al Montoya ^16. Il nostro protocollo è modificato secondo Kloth ^17. I ratti sono addestrati per un periodo di dodici giorni nel raggiungere pellet dalla casella di prova. Dopo il periodo di formazione del test può essere applicato per misurare il comportamento di presa complessa contando il tasso di successo denominato numero di pellet consumati. L'articolo presenta la formazione dettagliata nella casella di scala, così come le prestazioni di entrambi behtest avioral sotto ingenuo, hemiparkinsonian e le condizioni di stimolazione cerebrale profonda.

Protocollo

Gli esperimenti sugli animali sono stati approvati dall'Università di Würzburg e le autorità statali legali della Bassa Franconia in conformità con le linee guida sulla protezione degli animali e le linee guida Comunità europee del Consiglio (numero di riconoscimento: 55,2-2531,01 76/11). Tutti gli sforzi sono stati fatti per ridurre al minimo dolore o disagio degli animali utilizzati.

Nota: elettrodi impiantazione è stata eseguita come descritto altrove ^18.

1. Cilindro test (Figura 2)

1. Preparare una chiara cilindro di vetro di plastica (altezza: 40 cm, diametro: 19 cm) dalla pulitura del cilindro con una soluzione allo 0,1% di acido acetico.
2. Preparare le carte con la data di esperimento e il numero di identificazione di ogni ratto.
3. Inserire due specchi in angolo di 90 ° dietro il cilindro.
4. Posizionare la telecamera di fronte del cilindro tale che la distanza tra la telecamera ed il cilindro consente una buona visione delle zampe.
5. Posizionare il topo nella scatola di trasporto.
   Nota: Gli animali devono essere gestite dallo sperimentatore prima della prova per evitare lo stress.
6. Trasportare il topo da gabbia a casa al cilindro utilizzando la casella di trasporto.
7. Posizionare il topo nel cilindro (Figura 3).
   1. Eseguire sempre tutti i test comportamentali, allo stesso tempo della giornata per evitare differenze circadiani di attività. Se l'animale è collegato al generatore di impulso via cavo assicurarsi che il cavo non sia attorcigliato durante l'esperimento.
8. Premere il pulsante "record" sulla macchina fotografica. Mostra la scheda con la data effettiva di sperimentazione e il numero di identificazione del ratto alla macchina fotografica. Inizia a registrare.
9. Dopo cinque minuti, togliere l'animale dal cilindro e rimetterlo nella gabbia casa utilizzando la casella di trasporto.
10. Pulire il cilindro con una soluzione allo 0,1% di acido acetico.
11. Valutare l'uso della zampa dal video registrato contando i contatti destro e sinistro della parete zampa (uso zampa in percentuale) e Rearings (piedi sulle zampe posteriori, con o senza supporto sulla parete del cilindro). Il test cilindro può essere valutata anche automaticamente da un apposito software.
    Nota: Un ratto sano utilizza entrambe le zampe altrettanto. Il ratto hemiparkinsonian utilizza la zampa interessata a causa della lesione, in misura minore.

2. Staircase test (Figura 4)

1. acquisizione di fase
   1. Un giorno prima della formazione familiarizzare gli animali con il pellet utilizzati nel test Scala.
      1. Facoltativo: per aumentare la motivazione dell'animale utilizzare una restrizione dietetica (10-15 g di chow di laboratorio standard per mantenere il peso corporeo al 90% del livello di alimentazione free ^16). Tuttavia, questo non è obbligatorio per ottenere un effetto di formazione positivo. Questo studio è stato condotto senza restrizione alimentare.
   2. Preparare una scatola di scala in vetro trasparente di plastica (altezza: 34,5 cm, Lunghezza: 35,5 cm, Larghezza: 12 cm e stretto vano 6 cm) pulendo la scatola con un ca 0,1%soluzione di acido etico. Nota: La casella di scala è un due compartimenti-box con una piattaforma rialzata e due scale nel vano stretto. I passi a sinistra sulle scale nel vano stretto può essere raggiunto solo con la zampa sinistra, i passi giusti solo con la zampa destra.
      Nota: Le caselle scala standard, sono costituiti da due vani con un coperchio, se deve essere utilizzato per gli esperimenti con i topi stimolati via cavo, utilizzare una scatola senza coperchio alto.
   3. Rimuovere la scala e riempire i pozzi in ogni passo con otto 45 pellet mg.
   4. Inserire la scala e mettere otto pellet supplementari sulla piattaforma accresciuta.
   5. Posizionare il topo nella scatola di trasporto.
   6. Trasportare il topo da gabbia a casa alla scatola scala utilizzando la casella di trasporto.
   7. Posizionare il topo nella casella scala (Figura 5).
   8. Dopo cinque minuti, togliere l'animale dalla scatola scalinata e rimetterlo nella gabbia casa utilizzando la casella di trasporto.
   9. Nota quantipellet sono stati mangiati da piattaforma e (eventualmente) da scala a destra ea sinistra.
   10. Riempire la scala riempiendo i pozzi in ogni passo con otto 45 pellet mg.
   11. Pulire la scatola scala con una soluzione di acido acetico al 0,1% e posizionare i pellet supplementari sulla piattaforma.
   12. Ripetere questa procedura (fase di acquisizione) tre giorni di fila.
       Nota: Tutti gli esperimenti descritti sono stati eseguiti su ratti maschi Sprague Dawley. La durata dei diversi moduli di formazione possono differire nei ratti di ceppo diverso, il sesso e Vender.
2. Test di Libera Scelta
   1. Pulire la scatola scala con una soluzione allo 0,1% di acido acetico.
   2. Rimuovere la scala e riempire i pozzi in ogni passo con otto 45 pellet mg.
   3. Posizionare il topo nella scatola di trasporto.
   4. Trasportare il topo da gabbia a casa alla scatola scala utilizzando la casella di trasporto.
   5. Posizionare il topo nella casella di scala.
   6. Dopo cinque minuti, togliere l'animale dalla scalascatola caso e rimetterlo nella gabbia casa utilizzando la casella di trasporto.
      Si noti il ​​numero di pellet sono stati mangiati da scala a destra e sinistra.
   7. Nota: Se gli animali hanno ancora problemi con afferrare pellet, aggiungere un po 'di più sulla piattaforma dove possono essere facilmente raggiungibili.
   8. Riempire la scala riempiendo i pozzi in ogni passo con otto 45 pellet mg.
   9. Pulire la scatola scala con una soluzione di acido acetico al 0,1% per il prossimo animale.
   10. Ripetere questa procedura (fase di libera scelta) tre giorni di fila.
       Nota: I risultati presentati sono stati ottenuti da una formazione condotta senza un periodo di riposo tra i moduli. Alcuni gruppi preferiscono un giorno di riposo per il consolidamento, a sostegno del processo di formazione.
3. Costretto test a scelta
   1. Pulire la scatola scala con una soluzione allo 0,1% di acido acetico.
   2. Rimuovere la scala e riempire i pozzi su ogni passo sulla scala di sinistra con otto (primi tre giorni del modulo) o quattro (THR consecutivigiorni ee delle mg pellet modulo) 45.
      1. Eseguire il test scelta forzata sul lato, in cui si verifica la perdita di valore.
         Nota: Eseguiamo la lesione di Parkinson sulla emisfero destro e quindi formiamo selettivamente la zampa sinistra.
   3. Posizionare il topo nella scatola di trasporto.
   4. Trasportare il topo da gabbia a casa alla scatola scala utilizzando la casella di trasporto.
   5. Posizionare il topo nella casella di scala.
   6. Dopo cinque minuti, togliere l'animale dalla scatola scalinata e rimetterlo nella gabbia casa utilizzando la casella di trasporto.
   7. Si noti il ​​numero di pellet sono stati mangiati da scala a sinistra.
   8. Riempire la scala riempiendo i pozzi in ogni passo con otto o quattro 45 pellet mg (numero di pellet dipende giornata di formazione).
   9. Pulire la scatola scala con una soluzione di acido acetico al 0,1% per il prossimo animale.
   10. Ripetere questa procedura (fase di scelta forzata) sei giorni di fila.
4. Acquisizione dei dati
   1. Eseguire l'esperimento come descritto per il modulo scelta forzata (quattro pellets in ciascun pozzetto sulla scala sinistra) in due giorni consecutivi. Calcolare il tasso di successo (numero di pellet consumato) come media dei due giorni.

Risultati

Tutti gli animali sono stati sottoposti a post mortem verifica istologica sia lesione dopaminergico e la posizione degli elettrodi. Soltanto animali con corretto posizionamento degli elettrodi all'interno della STN (Figura 6) e lesione dopaminergica completa (> 90% di perdita di neuroni dopaminergici nella substantia nigra) sono stati inclusi nella sezione risultati (Figura 7).

Il test ...

Discussione

Questo articolo descrive un protocollo di formazione dettagliato per il test del cilindro e scala. Quest'ultimo è stato progettato per valutare il comportamento di presa complessa e il movimento motorio a causa di esperti raggiungendo nei ratti ^16,17. La misurazione esito è espresso come numero di pellet consumati durante la prova, che è una misura obiettiva. Il protocollo può essere utilizzato in modelli di ratto per il morbo di Parkinson e altri modelli di malattia motore. Il test del cilindro compo...

Materiali

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