Avaliação do Desempenho Funcional no<em&gt; Mdx</em&gt; Mouse Modelo

Resumo

O desfecho primário em ensaios clínicos para doenças neuromusculares é geralmente melhora da função muscular. Portanto, avaliar o efeito de potenciais compostos terapêuticos sobre o desempenho muscular pré clinicamente em modelos do rato é de grande importância. Nós aqui descrever vários testes funcionais para resolver esta questão.

Resumo

Distrofia muscular de Duchenne (DMD) é uma muscular grave e progressiva desperdiçando doença para a qual não há cura disponível. No entanto, vários compostos farmacêuticos potenciais e abordagens de terapia genética têm progredido em ensaios clínicos. Com a melhora na função muscular de ser o ponto final mais importante nestes ensaios, muita ênfase foi colocada sobre a configuração confiável, reprodutível e fácil de realizar testes funcionais para pré clinicamente avaliar a função muscular, força, condição e coordenação no modelo de camundongo mdx para DMD. Ambos os testes invasivos e não invasivos estão disponíveis. Testes que não agravar a doença pode ser usada para determinar a história natural da doença e os efeitos de intervenções terapêuticas (teste por exemplo. Aderência membro anterior força, dois testes de suspensão diferentes, utilizando um fio ou de uma grade e rotarod execução). Alternativamente, forçado esteira rolante pode ser usado para melhorar a progressão da doença e / ou avaliarefeitos protetores de intervenções terapêuticas na patologia da doença. Nós aqui descrever como executar esses testes funcionais mais usados ​​de uma maneira confiável e reprodutível. Usando estes protocolos baseados em procedimentos operacionais padrão permite a comparação de dados entre diferentes laboratórios.

Introdução

Distrofia muscular de Duchenne (DMD) é a doença neuromuscular mais comum que afeta 1:5.000 meninos recém-nascidos. Esta doença debilitante muscular grave e progressiva, é causada por mutações no gene DMD que interrompem a estrutura de leitura aberta e impedir a síntese de proteína distrofina funcional. As fibras musculares falta de distrofina são vulneráveis ​​a exercer dano induzido. Após esgotamento da capacidade regenerativa do músculo, e devido à inflamação crônica do músculo danificado, as fibras são substituídas por tecido conjuntivo e gordura, posteriormente, levando a uma perda de função. Geralmente, os pacientes com DMD perder deambulação dos membros inferiores no início da segunda década. Mais tarde, também os músculos dos braços e cintura escapular são afetados e pacientes muitas vezes desenvolvem escoliose tóraco-lombar devido ao enfraquecimento assimétrico dos músculos que suportam a medula espinhal. Ventilação assistida é geralmente necessária no final da adolescência ou vinte anos. Doenças respiratórias e insuficiência cardíaca liderançaaté a morte na terceira ou quarta década ^1.

Embora o gene causador foi descoberto mais de 25 anos atrás, ^2, não há nenhuma cura disponível para a DMD. No entanto, a melhoria dos cuidados de saúde eo uso de corticosteróides têm aumentado a expectativa de vida no mundo ocidental ^3. Com o uso de modelos animais como o camundongo mdx, grandes avanços na descoberta de potenciais estratégias terapêuticas foram feitas. O camundongo mdx é o modelo do rato DMD mais comumente usado. Tem um ponto de mutação no exão 23 do gene de murino Dmd e consequentemente não tem distrofina ^4. Ao longo dos últimos dois anos, muitas estratégias propostas têm progredido em ensaios clínicos ^5-9. Nestes ensaios, a melhora da função muscular é o objectivo primário, subjacente a importância de testar o benefício de compostos em função muscular em ratos durante a fase pré clínica de testes.

Como DMDpacientes, também as fibras musculares distrofina negativos de camundongos mdx são vulneráveis ​​a danos induzidos e exercer a sua função muscular é prejudicada em comparação com C57BL/10ScSnJ camundongos selvagens. Esta perda pode ser avaliada com uma variedade de testes funcionais. Alguns destes testes não são invasivos e não interferem com a patologia muscular (por exemplo, a força de preensão dos membros anteriores, os testes de suspensão e rotarod execução). Assim, eles podem ser utilizados para monitorar a história natural da doença, ou determinar os efeitos dos compostos sobre a progressão da doença. Para obter uma imagem em profundidade da influência de compostos na função muscular em ratos mdx, um regime de teste funcional que não interfere com a progressão da doença que consiste de todos estes testes podem ser utilizados ^10.

Alternativamente, forçado esteira rolante pode ser usada para agravar intencionalmente a progressão da doença e testar as capacidades de proteção de compostos ^11. A esteira pode também serusado como medida de desfecho em que o tempo correr até a exaustão é medida ^12, ou como uma ferramenta de camundongos mdx fadiga para que eles executam tão bem em um teste funcional subseqüente assegurando maiores diferenças no desempenho entre os grupos de tratamento ^13. Ao escolher os testes funcionais, o seu efeito na progressão da doença deve ser mantido em mente especialmente quando o teste camundongos distróficos, como o camundongo mdx ^14.

Nós aqui descrever em detalhes como realizar os testes funcionais mais usados ​​de uma maneira confiável e reprodutível com base em procedimentos operacionais padrão disponíveis na rede TREAT-NMD. Clique aqui para visitar TREAT-NMD .

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Protocolo

As experiências descritas aqui foram aprovados pelo Comitê de Ética Animal (DEC), do Centro Médico da Universidade de Leiden (LUMC). Ratos foram criados pelo biotério do LUMC e mantidos em gaiolas ventiladas individualmente com 12 ciclos escuros luz hr. Eles tiveram acesso ad libitum à água e ração padrão.

Ao realizar qualquer um dos testes funcionais descritas a seguir, as condições experimentais devem ser rigorosamente controlada para reduzir a variação. De preferência, idade e sexo camundongos correspondência deve ser usado, como o desempenho varia entre idade e sexos. Ratos que pertencem à mesma ninhada deve ser ao acaso ao longo dos grupos experimentais. Os animais devem ser testados pelo mesmo operador, que se desconhecia os grupos experimentais. Os testes devem ser realizados na mesma hora do dia e dia da semana, o mesmo espaço para equalizar os odores, ruídos, etc ¹⁴ grande variação entre os ratos individuais e pontos de tempo pode ser observado por todastestes funcionais, portanto, 6-8 ratinhos / grupo experimental deve ser usado. Desempenho no teste funcional também podem diferir amplamente entre as diferentes estirpes do tipo selvagem puras. Portanto, os camundongos tipo selvagem experimentais e de controle deve sempre ter fundos correspondente (no caso de camundongos mdx usar o C57BL/10ScSnJ cepa selvagem). Todos os dados aqui descritos foram obtidos com o C57BL/10ScSnJ cepa selvagem, à qual nos referimos tipo selvagem daqui em diante. Os ensaios aqui descritos podem ser utilizados longitudinalmente desde, pelo menos, 1-19 meses de idade em ratinhos de tipo selvagem e mdx. Os testes não deve ser repetido mais de uma vez por semana para evitar ratos de perder o interesse e disposição para executar a tarefa.

1. Teste Membro Anterior força de preensão

Use o teste de força de preensão dos membros anteriores para medir a força dos membros anteriores. O teste baseia-se na tendência de um rato para agarrar instintivamente uma grade quando suspenso pela cauda ^15, e adapted de DMD_M2.2.001.pdf .

1. Aparelho de configurar: Coloque uma grade para um transdutor de força, que mede a força máxima aplicada pelo mouse no grid durante a atração. Verifique se a configuração está em modo de tensão de pico (T-PK) para puxar. As unidades de força pode ser ajustado tanto em gramas de força, gramas-de-força, libras-de-força, quilograma-de-força, ou Newtons.
   Nota: Nós preferimos trabalhar com gramas como unidade de valores. Vários metros estão disponíveis comercialmente, mas apenas transdutores axiais dar resultados confiáveis ​​como transdutores tipo alavanca de força são influenciados negativamente pelas leis físicas do efeito de alavanca. Uma grade não flexível ou triângulo pode ser usado com barras que são de 1-2 mm de diâmetro.
2. Antes do ensaio, avaliar o peso corporal do rato, para permitir a normalização para o peso corporal.
3. Use gramas como unidade de valores. Reiniciar o contador no início de cada recording.
4. Retire o mouse de sua gaiola, agarrando o rabo e movendo-o horizontalmente em direcção à grelha.
5. Verifique se o mouse agarra a grade firmemente com as duas patas dianteiras.
6. Puxe o mouse para fora da grade de modo que seu alcance é quebrado, a força mais elevada aplicada à rede será mostrada no visor do transdutor, que pode ser manual ou automaticamente gravado.
7. Só tome puxa em conta em que o rato mostra resistência ao experimentador. Rejeitar medidas em que apenas uma das patas dianteiras, ou os membros posteriores foram utilizados e em que o rato foi durante o puxar.
8. Deixe o rato retirar a grelha de três vezes consecutivas e depois retorná-la na gaiola durante um período de repouso de pelo menos um minuto Nota:. Entre séries de puxa um período de repouso é necessário para o ratinho se recuperar e evitar a formação do hábito.
9. Então deixe o mouse executar quatro séries de puxa, cada um seguido de um período de descanso curto. Desta forma, o compue retirou um total de 15x (3 puxa x 5 = 15 vezes puxadas).
10. Determinar a força máxima aderência e normalizar para o peso corporal, tendo a média dos três valores mais altos dos 15 valores coletados.
11. Opcional: Determinar a fadiga através do cálculo do decremento entre a média das duas primeiras e as duas últimas séries de puxa 1 2 3 = A, 4 5 6 = B, 10 11 12 = C e 13 + 14 15 = D. A fórmula: (C + D) / (A + B) dá um valor de 1 para ratinhos que não estão desgastados. Isto pode ser expresso em percentagem, de modo que um rato sem fadiga tem um valor de 0% e um rato que os membros anteriores são completamente desgastado tem um valor de 100%.

2. Pendurado testes

Com os testes de suspensão, equilíbrio, coordenação e condição muscular pode ser avaliada. Estes testes são baseados no conhecimento que os ratos estão ansiosos para ficar pendurado em um fio ou rede até a exaustão ^16. Existem dois ensaios de suspensão distintivas em que, no início do ensaio, querApenas as duas patas dianteiras ou todos os quatro membros são utilizados, o uso de um fio ou rede, respectivamente. A suspensão de teste usando o fio e a grelha são o método do tempo de suspensão mais longa adaptado de DMD_M.2.1.004.pdf e DMD_M.2.1.005.pdf respectivamente. Um limite de suspensão fixa é utilizada de 600 seg. A maioria dos camundongos tipo selvagem pode pendurar para 600 segundos, enquanto camundongos distróficos não pode. Para reduzir o tempo gasto realizando este teste, um tempo máximo de suspensão foi colocada no lugar. Ratos que caem fora do fio ou grade antes disso são dadas mais duas tentativas. Isto é feito para ressegurar que os ratos são realmente incapazes de pendurar e não cair devido à falta de jeito.

1. Pendurado teste com dois membros
   1. Aparelho criado: Fortemente garantir um 2 milímetros de espessura do metal gancho de pano para uma prateleira com fita e manter o cabide de cerca de 370; cm acima de uma camada de roupa de cama. Nota: alternativamente, a 55 cm de largura 2 milímetros de fio metálico grosso que esteja bem preso entre dois carrinhos verticais poderiam ser usados. A distância de 37 cm é suficiente para incentivar os ratos para permanecer pendurada, mas também baixa o suficiente para evitar que os ratos de lesões ao cair para baixo. O arame não deve vibrar ou deslocar durante o teste como este pode interferir com o desempenho do rato.
   2. Lidar com o mouse através da cauda e trazê-lo perto do fio.
   3. Deixe o rato agarrar o fio com as únicas duas patas dianteiras, e diminuir os membros posteriores, de tal maneira que o rato apenas reage com as duas patas dianteiras sobre o fio (Figura 2B).
   4. Iniciar diretamente o temporizador quando o mouse é liberado. Após a liberação, os ratos fortes tentar pegar o fio com todos os quatro membros e da cauda, ​​o que é permitido (Figura 2C).
   5. Quando um rato mostra comportamento impróprio (como equilibrando em ou deliberadamente pulando do fio como shpossuir nas Figuras 2D e 2E), abordar diretamente esta substituindo o mouse sobre o fio sem parar o temporizador.
   6. Quando um rato cai fora do fio, parar o cronômetro e registrar o tempo de suspensão.
   7. Quando os ratos são capazes de manter por 600 segundos, levá-los fora do fio e devolvê-los para a jaula. Ratos que caem antes que este limite é dado um máximo de mais duas tentativas.
   8. Anote o tempo máximo de suspensão (ou seja, o mais longo dos ensaios) e usar isso para uma análise mais aprofundada.
2. Pendurado teste com quatro membros
   1. Aparelho criado: Use uma mão feita quadrado ou a tampa de uma gaiola grande para um rato ou coelho para este teste. Posicione a grade de 25 cm acima da cama macia para evitar ratos de ferir a si mesma ao cair, mas também para desencorajar os ratos a saltar intencionalmente fora da grade. Firmemente fixar a grelha de modo que o experimentador não tem de segurar manualmente a grelha durante a experiência como estes movimentos interfere com o desempenho do mouse.
   2. Posicione o mouse sobre a grade para que ele agarra-a com as suas quatro patas.
   3. Inverta a grade de modo que o mouse está pendurado e iniciar diretamente o timer.
   4. A sessão de teste termina em ratos que é capaz de cair para uma duração de 600 segundos. Dê ratos que caem fora da grade mais cedo, no máximo, mais duas tentativas.
   5. Use o tempo máximo de suspensão (ie. O mais longo dos ensaios) para análise posterior.

3. Duração rotarod

Com a força muscular teste rotarod, coordenação, equilíbrio, ea condição pode ser determinada ^17.

1. Aparelho de configurar: Para este teste, os ratos tem que correr em um tubo rotativo. Assegure-se que a velocidade constante é fixado em 5 rotações por minuto (rpm), e que a velocidade aumenta 5-45 rpm no primeiro 15 seg quando começou. Após isso, tem de manter a sua velocidade.
2. Coloque a ratinhos no tubo do Rotarodquando se gira a uma velocidade lenta e constante de 5 rpm. Cinco ratinhos podem ser testados simultaneamente.
3. Comece a correr uma vez que todos os ratos estão posicionados. Dentro do primeiro 15 seg a velocidade do tubo acelera 5-45 rpm, após o que mantém essa velocidade.
4. Monitorar o prazo. O tempo de execução é continuamente registrado pelo software. Duração pára automaticamente quando um rato cai do tubo, pois isso ativa a barra de tempo posicionado abaixo do tubo. Reposicionar ratos que virar-se de frente para a direção oposta no tubo durante a execução sem parar o tubo girar.
5. Termine a sessão de testes para os ratos que são capazes de executar com a duração de 500 segundos. Dê camundongos, no máximo, mais duas tentativas, permitindo-lhes melhorar o seu tempo de execução, quando eles caem mais cedo.
6. Utilizar o tempo máximo de funcionamento (ou seja, o mais longo dos ensaios) para análise posterior.

4. Exercício em esteira

Oescada rolante pode ser utilizado em três modos como uma ferramenta na investigação clínica pré. Em primeiro lugar, forçado esteira rolante pode ser usado para exacerbar a patologia da doença, conforme descrito neste protocolo (veja também: DMD_M2.1.001.pdf ). Em segundo lugar, a capacidade de funcionamento máxima de ratos e os efeitos dos tratamentos sobre este pode ser avaliado (Ver, por o método para permitir que os ratos correr até esgotamento DMD_M.2.1.003.pdf ). Finalmente, esteira rolante pode ser usado antes de um outro teste funcional para esgotar o mouse para que ele executa bem menos no segundo teste ^13. Isto é feito através do exercício de ratinhos, duas vezes ou três vezes por semana, tal como descrito abaixo, directamente seguida por qualquer um dos ensaios funcionais descritos no protocolo de 1-3.

1. Aparelho criado: Existem várias esteiras disponíveis no mercado em que vários ratos pode run simultaneamente e para o qual a elevação, a duração e a velocidade pode ser ajustada. Algumas esteiras são equipados com uma grade para entregar choques de baixa intensidade para estimular os ratos para correr. No entanto, camundongos mdx são sensíveis ao estresse e pode facilmente ser motivados de forma amigável por um empurrãozinho com a mão na direção da corrida. Portanto, é fortemente encorajado a não usar a grade de choque. Geralmente, a estimulação com a mão só é necessária durante a primeira sessão de corrida.
2. Coloque os ratos na esteira horizontal.
3. Ligar o equipamento a uma velocidade de corrida de 12 m / min. Os débitos inferiores (8 m / min) tem que ser usado em ratos velhos (> 15 meses), em que as velocidades mais elevadas facilmente levar à exaustão.
4. Durante a primeira sessão, encoraje os ratos para correr suavemente empurrá-los quando eles estão perto do fim do cinto.
5. Quando os ratos foram executados por um período de 30 min, colocá-los de volta para sua gaiola.
6. Repita isso duas vezes por semana, durante 12 semanas por exemplo.
7. Permitir períodos de descanso quando necessário. Por exemplo, alguns camundongos mdx tem que parar de correr e devem ser autorizados a descansar por alguns minutos. Se isso acontecer, desligue o cinto largo, dar todos os ratos de um período de descanso de dois minutos, desligue o cinto de dois minutos, a 4 m / min. Após isso, aumentar a velocidade de 12 m / min, e permitir que os ratinhos para terminar o protocolo. É importante que todos os ratinhos completar todo o protocolo de funcionamento.
   
   Nota: No caso de camundongos mdx precisa períodos de repouso, considere um aquecimento antes de o protocolo de exercícios de 30 minutos. Este aquecer sessão consiste em: um período de aclimatação de 2 min a uma velocidade de 4 m / min, imediatamente seguido por um 8 min de aquecimento a 8 m / min.
   
   
   Em nossas mãos 4-16 semanas de idade camundongos mdx fêmeas são capazes de completar o protocolo de exercícios de 30 minutos sem descanso. Outros relataram que, em idade correspondida camundongos mdx macho de 45% dos ratos que necessitam períodos de descanso para terminar o exercício. O protocolo de aquecimento reduzirs a quantidade de batentes ^12.

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Resultados

A força de preensão membro anterior de tipo selvagem e camundongos mdx aumenta entre a idade de 4-12 semanas e reduz novamente em ratos mais velhos. Deficiências em vigor já pode ser observado em jovens camundongos mdx. Os dados representativos de 9 semanas de idade, os ratos fêmeas são mostrados nas Figuras 1A e 1 B. Embora a fadiga não difere entre as cepas ainda nesta idade, camundongos mdx são mais fracos do que os camundongos de tipo selvagem. Nã...

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Discussão

Os testes funcionais aqui apresentados são reprodutíveis, de fácil execução e aplicável a do tipo selvagem e camundongos distróficos, independentemente da sua idade. Os testes fornecem ferramentas úteis para pré clinicamente avaliar a função muscular, força, condição e coordenação. Ao testar os efeitos de um composto sobre a história natural da doença, os exames não invasivos descritos aqui (força de preensão dos membros anteriores, ambos os testes de suspensão e teste rotarod) pode ser bem combina...

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Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Mouse grip strength meter	Chatillon DFE (resold by Columbus Instruments)	# 80529
Hanging wire 2 limbs device	Cloth hanger or custom made device
Hanging wire 4 limbs device	Lid of rat cage or custom made device
Rotarod	Ugo Basil	# 47600
Treadmill for mice Exer 3/6	Columbus Instruments	# 1055SRM