Hemiparkinsonianラットにおける脳深部刺激効果のモーターの成果を評価するための新しいアプローチ：階段室とシリンダーテスト

要約

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.

要約

視床下核の脳深部刺激は、パーキンソン病のための有効な治療選択肢です。私たちの研究室では、hemiparkinsonian（一方的な病変）ラットで異なる神経刺激パターンをスクリーニングするためのプロトコルを確立しました。それは、右の内側前脳束に6-ヒドロキシドーパミン（6-OHDA）を注入視床下核への慢性刺激電極を移植し、ケーブルに結合した外部神経刺激の24時間の期間の終了時にモータの成果を評価することによって、一方的なパーキンソン病斑を作成で構成されてい。刺激は、定電流刺激を行いました。振幅は、副作用のために、個々の閾値を下回る20％に設定しました。モータアウトカム評価がShallertにし、モントーヤに応じて階段試験で到達業者の評価によって応じ円筒試験における自発的な足の使用の評価によって行われました。このプロトコルを詳細に階段ボックスの訓練を説明し、Cylinderテスト、ならびにhemiparkinsonianラットの両方での使用。階段テストは細かい運動技能障害のために、より敏感であるように思われると神経刺激の間に変化するより高い感度を示すため、両方のテストの使用が必要です。一方的なパーキンソンモデルと2行動試験の組み合わせは、標準化された方法で異なる刺激パラメータの評価を可能にします。

概要

視床下核（STN）の脳深部刺激はパーキンソン病¹および他の運動障害のための有効な治療選択肢です。基礎となるメカニズムはまだ十分に理解し、多因子であるが、主要な機能は、刺激電極^2-4付近の軸索の繰り返し脱分極によって神経ネットワーク活動の変調です。高周波数（> 100 Hz）で刺激が最も脳の目標及びDBSのほとんどの適応症のための有益な効果のために必要とされます。刺激量で覆われている他の繊維、の不注意による同時活性化から深部脳刺激の結果の副作用は、錐体路などのさまざまな機能を、補助します。したがって、副作用素子^5,6の同時活性化を回避しつつ、優先的に有益な神経要素を活性化する刺激パラメータを開発することが望ましいです。神経生理学は、このような微細なTUNIを提供することがありますが、DBSのオプションngを、科学の進歩は、プログラミング戦略は、主に患者の「試行錯誤」により評価し、市販のDBSデバイスの限られたプログラミングオプションによって制限されているため、過去20年の間に最小限されてではなく、神経生理学的知見を使用していますかつ体系フルパラメータ空間を探索する実験的な設定を定義しました。

DBS研究の翻訳障害を克服するために、我々は、臨床探査の前にパーキンソン症候群の齧歯類モデルにおける代替刺激パラメータをスクリーニングするためのプロトコルを提案しています。ラットにおける片側パーキンソン病は、右の内側前脳束^7,8に6-ヒドロキシドーパミン注射を使用してモデル化されます。得られた病変が、hemiparkinsonianとしてさらに説明、低用量のアポモルフィン注射後の回転スコアの評価によってアポモルフィン試験で評価し、チロシンヒドロキシラーゼimmunohistによって死後に確認されましたochemistry。低死亡率および罹患率を保有しながら、この方法は、適用が容易で再現性の高いです。結果として得られる運動障害は^、7,8非常に離散的です。動物は、自発的な探査や複雑な把握行動^9,10の両方の間に反対側の左足のわずかな障害を呈します。

脳深部刺激プロトコルテストの有効性を評価するためには、モータ性能の迅速かつ信頼性の変化を測定できるように、別の神経刺激設定で時間をかけて繰り返すことができる必要とされます。いくつかのグループが非常に変動し、一貫性のない成果^11-14ラット¹¹で運動機能を評価するために、異なる刺激のアプローチと異なるテストを提案しました。これは、妥当性と相補性を予測する高で一連のテストを選択することが私たちを余儀なくされました。さらに、深部脳刺激条件下でのモータ結果の評価のために、試験は、ANIによって行うことができた好ましMALSは、刺激発生器にケーブルを介して接続されています。これらの目的のために、我々は足の使用の非対称性のための1つの試験や熟練到達するための1つの試験からなる当社の試験電池を設置しました。研究デザインは、 図1に示されています。

自発的な足の使用のために我々は、垂直探査中の足の使用のために広く使用されている試験であるShallert ¹⁵によって記述円筒試験を行いました。動物のいかなるトレーニングは必要ありません。より複雑な把持動作の評価のために我々はモントーヤ¹⁶に従って階段テストを確立しました。私たちのプロトコルはKloth ¹⁷に応じて変更されます。ラットを試験箱からペレットに到達するには12日間の期間のために訓練されています。トレーニング期間の後に試験を食べたペレットの数として記載成功率をカウントすることにより、複雑な把持動作を測定するために適用することができます。記事では、BEH階段ボックス内の詳細なトレーニングだけでなく、両方の性能を提示しますナイーブ、hemiparkinsonianと脳深部刺激条件の下でavioralテスト。

プロトコル

（：55.2から2531.01 11分の76承認番号）の動物実験は、動物保護ガイドラインと欧州共同体理事会のガイドラインに従ってウンターフランケンのヴュルツブルク大学と法的な州当局によって承認されました。すべての努力は、使用する動物の痛みや不快感を最小限にするために行われました。

注：他の場所¹⁸に記載の電極の移植を行いました。

1.シリンダー試験（図2）

1. 0.1％酢酸溶液でシリンダーを洗浄することにより、透明なプラスチックガラスシリンダー（19センチメートル：40センチ、直径、高さ）を準備します。
2. 実験の日、各ラットの識別番号とカードを準備します。
3. シリンダーの後ろに90°の角度で二つのミラーを配置します。
4. カメラとシリンダとの間の距離は足の素晴らしい眺めを可能にするように、シリンダーの前にカメラを置きます。
5. 輸送箱にラットを置きます。
   注：動物はストレスを避けるために、試験前に実験者によって処理されるべきです。
6. 輸送ボックスを使用して、シリンダにホームケージからラットを輸送。
7. シリンダ（ 図3）にラットを置きます。
   1. 常に活動の概日違いを回避するために、1日の同じ時間にすべての行動試験を行います。動物がケーブルによって刺激発生器に接続されている場合は、ケーブルが実験中にねじれがないことを確認してください。
8. カメラの「録画」ボタンを押してください。カメラに実験およびラットの識別番号の実際の日付でカードを表示します。記録を開始します。
9. 5分後、シリンダーから動物を削除し、輸送ボックスを使用して、ホームケージに戻します。
10. 0.1％酢酸溶液でシリンダーを清掃してください。
11. 左右の足の壁に接触（パーセントで足の使用）と同様にRをカウントすることにより、記録した映像から足の使用を評価しますイヤリング（またはシリンダ壁に支持することなく、後足の上に立って）。シリンダテストは、適切なソフトウェアによって自動的に評価することができます。
    注：健康なラットは均等に両方の足を使用しています。 hemiparkinsonianラットは、より少ない程度の病変による影響を受けた足を使用しています。

2.階段テスト（図4）

1. 獲得フェーズ
   1. 前訓練への一日は、階段の試験に用いたペレットを動物に慣れます。
      1. オプション：食餌制限（自由摂食レベル¹⁶の90％で、体重を維持するための標準的な実験用飼料10〜15 g）を使用し、動物のモチベーションを高めるために。しかし、これは、正のトレーニング効果を達成するために必須ではありません。この研究は、食事制限なしで行いました。
   2. 透明なプラスチックのガラスの階段ボックスを準備し（高さ：34.5センチメートル、長さ：35.5センチメートル、幅12センチ、幅の狭い室6 cm）の0.1％の交流でボックスを清掃することによりETIC酸溶液。注：階段ボックスが狭い区画内の隆起したプラットフォームと2階段で二区画-ボックスです。狭い区画内の階段上の左のステップは、右のステップは右足で、唯一の左の足に到達することができます。
      注：標準の階段ボックスは、それがケーブルを介して刺激されたラットを用いた実験のために使用される場合には、蓋なしで高いボックスを使用し、蓋を二つの区画で構成されています。
   3. 階段を削除し、8 45 mgのペレットと各手順の井戸を埋めます。
   4. 階段を挿入し、高めのプラットフォーム上で8つの追加ペレットを置きます。
   5. 輸送箱にラットを置きます。
   6. 輸送ボックスを使用して階段ボックスにホームケージからラットを輸送。
   7. 階段ボックス（ 図5）にラットを置きます。
   8. 5分後、階段ボックスから動物を削除し、輸送ボックスを使用して、ホームケージに戻します。
   9. どのように多くの注意ペレットは、左右の階段からプラットフォームと（最終的に）から食べました。
   10. 8 45 mgのペレットと各ステップ上のウェルを充填することにより、階段を補充します。
   11. 0.1％酢酸溶液で階段ボックスをきれいにし、プラットフォーム上で追加のペレットを配置します。
   12. この手順（アクイジション・フェーズ）行の3日間を繰り返します。
       注：記載された全ての実験は、雄のSprague Dawleyラットで実施しました。異なるトレーニングモジュールの所要時間は異なる系統、性別およびベンダーのラットで異なることができます。
2. 自由選択のテスト
   1. 0.1％酢酸溶液で階段ボックスを清掃してください。
   2. 階段を削除し、8 45 mgのペレットと各手順の井戸を埋めます。
   3. 輸送箱にラットを置きます。
   4. 輸送ボックスを使用して階段ボックスにホームケージからラットを輸送。
   5. 階段ボックスにラットを置きます。
   6. 5分後、階段から動物を削除しますケースボックスと輸送ボックスを使用して、ホームケージにそれを戻します。
      左右の階段から食べたどのように多くのペレットに注意してください。
   7. 注：動物がまだペレットを把握に問題がある場合は、それらを簡単に達することができるプラットフォーム上でいくつかの詳細を追加します。
   8. 8 45 mgのペレットと各ステップ上のウェルを充填することにより、階段を補充します。
   9. 次の動物のための0.1％酢酸溶液で階段ボックスを清掃してください。
   10. この手順（自由選択相）行の3日間を繰り返します。
       注：提示された結果は、モジュール間の休止期間なく行わ訓練によって得ました。いくつかのグループは、トレーニングプロセスをサポートするため、連結のための休止日を好みます。
3. 強制選択テスト
   1. 0.1％酢酸溶液で階段ボックスを清掃してください。
   2. 階段を削除し、8（モジュールの最初の3日間）または4（連続したT​​HRと左側階段上の各手順の井戸を埋めますモジュールのEE日）45 mgのペレット。
      1. 減損が発生する側の強制選択テストを実行します。
         注：私たちは右半球にパーキンソン病変を行うため、選択的に左足を訓練します。
   3. 輸送箱にラットを置きます。
   4. 輸送ボックスを使用して階段ボックスにホームケージからラットを輸送。
   5. 階段ボックスにラットを置きます。
   6. 5分後、階段ボックスから動物を削除し、輸送ボックスを使用して、ホームケージに戻します。
   7. 左の階段から食べたどのように多くのペレットに注意してください。
   8. 8または4 45mgのペレット（ペレットの数は、トレーニング日に依存します）との各ス​​テップ上のウェルを充填することにより、階段を補充します。
   9. 次の動物のための0.1％酢酸溶液で階段ボックスを清掃してください。
   10. この手順を繰り返し（強制選択相）行の6日間。
4. データ収集
   <2日連続で強制選択モジュール（左の階段上の各ウェル中の4ペレット）について記載したように李>は、実験を実行します。 2日間の平均値として成功率（食べたペレットの数）を計算します。

結果

すべての動物は、ドーパミン作動性病変と電極の位置の両方の死後組織学的検査を受けました。 STN内部の正しい電極配置（ 図6）と完全なドーパミン作動性病変（>黒質におけるドーパミン作動性ニューロンの90％の損失）と動物のみが結果セクション（ 図7）に含まれていました。

病変条件で?...

ディスカッション

この記事では、シリンダおよび階段テストの詳細なトレーニングプロトコルについて説明します。後者が原因ラット^16,17に到達業者に複雑な把持動作と細かい運動の動きを評価するために設計されています。成果の測定は、客観的な測定であるテスト、中に食べたペレットの数として表現さ​​れます。プロトコルは、パーキンソン病および他の運動疾患モデルのラットモデルにおい...

資料

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