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Nos distúrbios da doença de Parkinson e de movimento, em geral, os ensaios comportamentais sensíveis e fiáveis são essenciais para testar novas terapêuticas potenciais. Aqui, descrevemos uma bateria gerenciável de testes sensório-motores para os ratos que são sensíveis a diferentes graus de lesão no sistema nigroestriatal e útil para estudos pré-clínicos.
Medidas dos resultados comportamentais sensíveis e fiáveis são essenciais para a avaliação de potenciais tratamentos terapêuticos em ensaios pré-clínicos para muitas doenças neurodegenerativas. Na doença de Parkinson, sensório testes sensíveis a diferentes graus de disfunção nigroestriatal são fundamentais para testar a eficácia da terapêutica potencial. Existem medidas sensório-motoras confiáveis e bastante elegante para ratos, no entanto muitos destes testes medida sensório assimetria dentro do rato e não são totalmente adequados para os modelos de mouse genética mais recentes do PD. Reunimos uma bateria de testes sensório-motoras inspiradas nos testes sensíveis em ratos e adaptado para ratos. A bateria de testes em destaque neste estudo é escolhido para: a) a sua sensibilidade de uma grande variedade de modelos do rato do DP, b) a sua facilidade de execução para um estudo, e c) o seu baixo custo. Estes testes provaram ser úteis na caracterização de novos modelos genéticos de ratinho PD, bem como no teste de panelacial terapias modificadoras da doença.
A doença de Parkinson (DP) é uma doença neurodegenerativa debilitante, principalmente caracterizada pela perda progressiva de neurónios dopaminérgicos da substância negra e no desenvolvimento de corpos de inclusão de Lewy nos sistemas periférico e central. Os pacientes sofrem de deficiências sensório, incluindo bradicinesia, tremores, rigidez e instabilidade postural que pioram com o tempo. Embora as formas familiares raras da doença descoberto durante os últimos 15 anos, levaram à identificação de novos alvos importantes para a terapêutica potencial modificadores da doença. As mutações em genes que codificam alfa-sinucleína, parkin, DJ-1, LRRK2 e ATP13A2 entre outros marcar o desenvolvimento de uma nova "geração" de modelos animais de PD, modelos genéticos de ratinho.
Existem excelentes medidas comportamentais não-induzidas por drogas para o unilateral de 6 hidroxidopamina (6-OHDA) modelo de PD rato extensivamente estudado. Estes incluem testes para uso de membros assimetria, o movimentoiniciação, negligência somatossensorial, habilidades chegando, e, mais recentemente, vocalizações ultra-sônicas 1-6. Estes testes são sensíveis a vários graus de perda de neurónios de dopamina nigrostriatal e têm sido amplamente utilizados para avaliar a eficácia de vários tipos de terapêutica potencial 7-11. No entanto, com os modelos genéticos rato não há um consenso claro sobre as melhores testes sensório-motores para usar ou quantos de usar. Isso é problemático quando caracterizar um novo modelo genético do rato, em estudos pré-clínicos, e ao tentar fazer comparações entre modelos. Ao longo da última década, temos trabalhado para montar uma bateria de testes sensório-motores para ratos semelhante ao que foi utilizado com sucesso em ratos. Os testes descritos neste artigo foram usados para ajudar a caracterizar inúmeros modelos genéticos do rato do PD e são atualmente utilizados em estudos pré-clínicos testando novela potencial terapêutica 12.
Os ensaios mais comuns usamd para avaliar a função motora em ratos são atividade no campo aberto eo teste rotarod de coordenação 13. Apesar de ambos os testes são automatizados, relativamente fácil de usar e fornecer informações sobre a função sensório-motora, que muitas vezes não têm a sensibilidade necessária para detectar alterações sutis no sistema nigroestriatal. Por exemplo, camundongos deficientes parkin com alterações sutis na função da dopamina não apresentam prejuízos na rotarod mas exibem deficiências motoras em um teste desafiador feixe 14. Além disso, os ratinhos tratados com doses moderadas de neurotoxina 1-metil-4-fenil-1 ,2,3,6-tetra-hidropiridina (MPTP) não mostram deficiências no rotarod, mas que apresentam alterações significativas na marcha e prejuízos nas invertido teste de grade 15. Portanto, estudos que utilizam apenas o rotarod para avaliação fenotípica pode perder deficiências mais sutis. Uma abordagem ideal, na nossa opinião, para a caracterização do comportamento é aquele que inclui um battery de testes que são sensíveis a diferentes aspectos da função sensorial e motora, e mudanças sutis na função dos gânglios basais 13-15. Aqui nós descrevemos como medir e analisar a função sensório-motora em ratos usando um feixe desafiador percurso de teste, um teste de atividade espontânea no cilindro, e uma resposta ao teste de estímulo sensorial.
Idealmente ratos devem ser testados durante o seu ciclo ativo (escuro). Os ratos em nosso laboratório são mantidos em um ciclo claro / escuro reverso que nos permite testar convenientemente os ratos durante o seu período ativo (e nosso). O teste não é iniciado até que pelo menos uma hora para o ciclo escuro. No entanto, nem sempre é possível por um investigador para manter uma sala separada do rato com um ciclo de luz inversa. Nesse caso, todos os três testes podem ser realizados durante o ciclo de luz, mas manter-se em mente que o tempo para percorrer na viga, o número de passos e do levantar do cilindro e, em contacto com os tempos de remoção pode ser mais longa, quando testado durante este tempo.
Todos os três ensaios descritos abaixo podem ser realizadas por um experimentador, mas para aqueles que não são tão experiente manusear e trabalhar com ratinhos ou ter pouca ou nenhuma experiência mede o comportamento em ratos em seguida um experimentador adicional pode ser necessário. Neste caso, o segundo experimentador pode auxiliaro teste de feixe desafiador, colocando ratos na trave, enquanto o outro experimentador registra o julgamento ou no teste de remoção de adesivo segundo experimentador pode executar o timer enquanto os outros lugares, a etiqueta no focinho e coloca o rato na gaiola.
1. Desafiando Boca Traversal Procedimento
2. Análise do feixe de vídeo
3. Atividade espontânea no Procedimento de Cilindro
4. Análise da atividade espontânea
5. Remoção de adesivo
O feixe de desafio, a actividade espontânea do cilindro, e os testes de remoção de adesivos, são altamente úteis de todos os ensaios da função sensório-motora em ratinhos. Foram encontradas alterações na função sensório-motora que utilizam estes testes em vários modelos de mouse genética e toxina da doença de Parkinson, incluindo parkin nocaute, Parkin Q311X, Pitx3-afacia, alfa-sinucleína overexpressing e unilaterais ratos 6-hidroxidopamina 14, 16-19. Aqui nós mostramos os dados recolhidos a partir de camundongos com superexpressão humano wildtype alfa-sinucleína sob a Thy1 promotor (Thy1-ASYN) e Pitx3-afaquia ratos 18,20. Na trave desafiador que detectar com segurança aumentaram erros por passo Thy1-ASYN em comparação com camundongos de tipo selvagem ( Figura 1). Na mesma linha de ratinhos também detectar repetidamente redução robusta dos membros posteriores em intensificação no cilindro ( Figura 2) 12, 16, 21. No teste de remoção de adesivo camundongos Pitx3-afaquia com uma profunda diminuição nos neurônios de dopamina nigroestriatal mostram um aumento significativo do tempo de contato em relação aos controles de tipo selvagem ( A Figura 3).
Figura 1. Erros no desafiadora no tipo selvagem (n = 13) e Thy1-ASYN (n = 4) com 4 meses de idade. A) Erros por passo, com média de cinco ensaios. B) Erros em cada largura de feixe médio. ** Representa p <0,01, respectivamente, em comparação com ratinhos de tipo selvagem. Do teste t de Student.
Figura 2. Membro Posterior reforço no cilindro no tipo selvagem (n = 13) e Thy1-ASYN (n = 4) ratinhos com 4 meses de idade. * Representa p <0,05 em comparação com o tipo selvagem. Do teste t de Student.
Figura 3. O tempo de contacto de tipo selvagem (n = 10) e Pitx3-afacia (n = 12) ratos com 4 semanas de idade. ** Representa p <0,01 em comparação com o tipo selvagem. Mann-Whitney U.
Test Parâmetros Opções de AnáliseDesafiando Boca | Erros | Transmitir larguras (apenas erros) Média de 5 Trials Trials individuais |
Tempo | ||
Passos | ||
Atividade espontânea | Membro anterior Passos | Média Membro Anterior / Relação dos membros posteriores |
Hindlimb Passos | ||
Rears | Média | |
Tempo Grooming | Média | |
Remoção Adhesive | Tempo de contato | Média Median Best / Worst Pontuação Remoção de tempo de contato contagem de tempo |
Tempo de Remoção |
Quadro 1. Sensorimotor função de teste da bateria: Opções de Análise.
No presente estudo, mostramos como executar e analisar três testes úteis da função sensório-motora em ratos. Estes incluem o feixe de desafio, a actividade espontânea do cilindro, e resposta a estímulos sensoriais (remoção do adesivo). Estes testes foram escolhidos para as seguintes razões: 1) nós e os outros descobriram que eles sejam muito sensíveis a diferentes graus de disfunção dopaminérgica nigroestriatal em modelos do rato genéticos 14,16-18, 2) é necessária apenas uma pequena quantidade de treinamento para o feixe e manipulação para a resposta a estímulos sensoriais e de testes, uma vez formados os ensaios podem ser realizados em uma sessão de teste, e 3) o preço do equipamento necessário para realizar os ensaios é bastante baixa em comparação com a compra de equipamento mais automatizados tais como o rotarod e aberto câmaras de campo.
O teste de feixe desafio não só é útil na detecção de desempenho motor e déficits de coordenação em modelos genéticos do rato do PD, mas também é útil in revelar deficiência em ratinhos 1-metil-4-fenil-1 ,2,3,6-tetra-hidropiridina-tratados e 6-hidroxidopamina tratada e norepinefrina ratos deficientes em 19, 23-25. Além disso, encontramos o feixe desafio a ser menos influenciado pelo peso corporal em comparação com outros testes de desempenho motor e coordenação (rotarod e teste de pólo). Isto é particularmente benéfico quando se trabalha com camundongos machos com idade que pode pesar até 50 + gramas. Semelhante ao feixe, alterações na atividade espontânea são observados de forma confiável em parkin nocaute, PQ311X, Thy1-ASYN, Pitx3-afacia e LRRK2 camundongos 14, 16-18, 26. O teste de remoção de adesivo também é sensível à manipulação genética, incluindo parkin nocaute, Parkin Q311X, Thy1-ASYN e DJ-1 mutações em camundongos knockout 14,16, 17, 22. No ratinho 6-hidroxidopamina tratada unilateral do teste de remoção de adesivo é realizada de um modo semelhante à forma como é tipicamente feito com ratos a 1,2. A etiqueta autocolante está colocado em cada pata utilizandouma pinça e um tempo para remover o rótulo é gravado. Descobrimos que os ratinhos 6-hyrdoxydopamine tratados irá remover a etiqueta da parte afectada antes da remoção do rótulo, no membro afectado 19.
Esta bateria de teste é fácil de implementar, em estudos que utilizaram tratamentos crónicos de envelhecimento, mas também é de fácil utilização em estudos farmacológicos. Uma vez que os animais são treinados e prontos para testar uma estação de teste para cada ensaio pode ser configurado. Os animais são então executados na mesma ordem em cada teste. O fármaco de interesse pode ser administrado e uma vez que o pico de concentração da droga desejada seja atingida cada rato pode ser testado com o feixe e, em seguida, transferida para o cilindro durante três minutos e, em seguida, para o ensaio de remoção de adesivo. Nós achamos que essa estratégia funcione bem quando testando diferentes agonistas da dopamina em ratos 18, 21. Tanto a viga e os testes de remoção de adesivos são passíveis de testes repetidos, no entanto a actividade espontânea do cilindro é afectada pela repetida testing resultando em atividade reduzida ao longo do tempo 16. Dependendo de como o défice é robusto no rato pode ainda ser capaz de detectar diferenças com testes repetidos no cilindro 16. Em geral, a habituação e atividade reduzida é observado assim que a segunda exposição ao cilindro no entanto, descobrimos que podemos obter níveis de atividade suficientes quando executar o teste de atividade espontânea, imediatamente após viga transversal em estudos farmacológicos 18,21. O número de sessões de teste de actividade para incluir espontâneas em estudo será dependente de estirpe de ratinho (alguns são definitivamente mais activo do que os outros), e duração do tratamento. Em nossos estudos farmacológicos em ratos em um misto C57BL / 6 X fundo DBA medimos a atividade entre 2-4 vezes e as sessões de testes foram separados por uma semana 21.
Os testes de feixe e cilindro exigem análise pós-teste de comportamentos videogravados. Para este aspecto da análise,É particularmente importante ter avaliadores que são cegas para as condições experimentais. Quando treinamos avaliadores novos no laboratório, temos o comportamento pontuação pessoa em fitas de vídeo previamente analisados por um perito avaliador do laboratório. Os critérios são explicados e mostrados para o novo avaliador e, em seguida, a pessoa começa a marcar as fitas analisadas anteriormente por conta própria. Os resultados são, então, em comparação com o perito 'classificações. A pessoa não é permitida a novos dados de taxa até que eles estão dentro de 95-98% de precisão do perito. Todos os dados são então aleatoriamente spot-validado por um perito avaliador.
A bateria de testes descritos neste estudo foi projetado para avaliar a função sensório-motora em ratos. No entanto, sempre que a caracterização de um novo modelo de rato da doença, é sempre importante para fazer um exame de base do animal bem. O peso corporal e temperatura devem ser monitorizados ao longo de ensaio e quaisquer comportamentos anormais, deve notar-se, tal como a remoção de vibrissas ou clasping dos membros posteriores, quando pegou pela cauda. Avaliações neurológicas básicas são descritas em detalhe em outro lugar 27-29.
Nós não temos conflitos de interesse.
Este trabalho é financiado pelo NIH / NINDS NS07722-01 e do Centro de família Gardner para a doença de Parkinson e Distúrbios do Movimento.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Challenging beam apparatus | Starks Plastics | Segment 1= 3.5 cm Segment 2= 2.5 cm Segment 3= 1.5 cm Segment 4= 0.5 cm | Contact information: 11276 Sebring Dr. Forest Park ,OH 45240 USA Ph +1 (513) 541-4591 Fax +1 (513) 541-6773 |
Cylinder | Starks Plastics | 15.5 cm diameter 12.7 cm height | Contact information: 11276 Sebring Dr. Forest Park ,OH 45240 USA Ph +1 (513) 541-4591 Fax +1 (513) 541-6773 |
Mesh Grid Wiring | Ace Hardware | 1 cm2 | |
Mouse Cages | Ancare | 19 x 29 x 12.7 cm | |
Glass | Ace Hardware | 19 cm2 | |
Mirror | Ace Hardware | 18 x 13 cm | |
Camcorder | Sony HDR-HC9 | ||
MiniDV Tapes | Sony DVC premium | 90 min long play | |
Labels | AveryColor Coding Labels | 6.35 mm diameter (1/4" Round) |
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