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Method Article
Descrevemos como injetar com sucesso soluções em áreas específicas do cérebro de roedores usando uma estrutura estereotáxica. Esta cirurgia de sobrevivência é um método bem estabelecido usado para imitar vários aspectos da doença de Parkinson.
A doença de Parkinson (DP) é um distúrbio progressivo tradicionalmente definido por tremor de repouso e acinesia, principalmente devido à perda de neurônios dopaminérgicos na substância negra. As áreas cerebrais afetadas exibem inclusões fibrilares intraneuronais que consistem principalmente em proteínas alfa-sinucleína (asína). Nenhum modelo animal até agora recapitulou todas as características desta doença. Aqui, descrevemos o uso de injeção estereotáxica para fornecer produtos químicos, proteínas ou vetores virais intracranialmente, a fim de imitar vários aspectos da DP. Esses métodos estão bem estabelecidos e amplamente utilizados em todo o campo da DP. As injeções estereotáxicas são incrivelmente flexíveis; Podem ser ajustados em termos de concentração, idade do animal utilizado para injeção, área cerebral visada e em espécies animais utilizadas. As combinações de substâncias permitem variações rápidas para avaliar tratamentos ou alterar a gravidade da patologia ou déficits comportamentais. Ao injetar toxinas no cérebro, podemos imitar a inflamação e / ou uma perda severa de neurônios dopaminérgicos, resultando em fenótipos motores substanciais. Os vetores virais podem ser usados para transduzir células para imitar aspectos genéticos ou mecanicistas. As injeções fibrilares pré-formadas de asíncrono recapitulam melhor o fenótipo progressivo por um longo período de tempo. Uma vez estabelecidos esses métodos, pode ser econômico gerar um novo modelo em comparação com a criação de uma nova linhagem transgênica. No entanto, este método é trabalhoso, pois requer de 30 minutos a quatro horas por animal, dependendo do modelo utilizado. Cada animal terá um direcionamento ligeiramente diferente e, portanto, criará uma coorte diversificada que, por um lado, pode ser difícil de interpretar os resultados; por outro lado, ajudar a imitar uma diversidade mais realista encontrada nos pacientes. Animais mal direcionados podem ser identificados usando leituras comportamentais ou de imagem, ou somente após serem sacrificados, levando a um tamanho de coorte menor após a conclusão do estudo. No geral, esse método é uma maneira rudimentar, mas eficaz, de avaliar um conjunto diversificado de aspectos da DP.
A doença de Parkinson (DP) é uma doença neurodegenerativa progressiva relativamente comum que afeta até 1% das pessoas com mais de 60 anos1. A DP é heterogênea, mas clinicamente caracterizada principalmente por sintomas motores, incluindo tremor de repouso, bradicinesia, acinesia, rigidez, distúrbio da marcha e instabilidade postural. A maioria dos sintomas motores geralmente aparece quando 60-70% da dopamina estriatal (DA) é perdida como resultado de neurodegeneração progressiva e distinta na substância negra (SN) pars compacta 2,3. Os neurônios dopaminérgicos sobreviventes contêm inclusões intracelulares conhecidas como corpos de Lewy4. Esses agregados consistem principalmente em alfa-sinucleína (asína), uma proteína pequena, mas altamente expressa, nos neurônios do cérebro5.
O mecanismo subjacente da neurodegeneração na DP ainda é desconhecido. O envelhecimento ainda é o maior fator de risco para esse distúrbio6. Além disso, os humanos são a única espécie que desenvolve DP naturalmente. Portanto, a fim de investigar a patologia da DP e testar novos medicamentos para prevenir a progressão da doença, uma ampla gama de modelos animais foi desenvolvida7. Idealmente, os modelos animais de DP devem apresentar uma perda progressiva e dependente da idade de neurônios DA no SN, acompanhada por inclusões intracelulares seguidas de disfunção motora e responder às terapias de reposição de DA. Nenhum dos modelos animais atualmente disponíveis recapitula totalmente todos os sintomas clínicos e patologia da DP. Como cada modelo apresenta diferentes aspectos da doença, é importante considerar cuidadosamente o modelo apropriado a ser usado em um experimento com base nas perguntas feitas.
Historicamente, os modelos animais eram baseados em substâncias tóxicas, incluindo 6-hidroxidopamina (6-OHDA) e 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP), e pesticidas, como rotenona e paraquat8. Cada tóxico tem um mecanismo de ação diferente e varia de neurônio DA específico a geralmente prejudicial às células cerebrais. As toxinas podem ser administradas por via oral, injetadas intraperitonealmente ou diretamente no cérebro usando injeções estereotáxicas, dependendo da permeabilidade da barreira hematoencefálica. Ao contrário de outros modelos, os modelos de toxinas garantem um alto grau de perda de células dopaminérgicas nigroestriatais e fenótipos comportamentais. Alguns modelos podem até apresentar patologia sutil. Essas características tornam os modelos de toxina da DP uma ótima ferramenta para estudar terapias de reposição e os efeitos das toxinas ambientais no início da DP 9,10.
Além disso, vários modelos de camundongos transgênicos foram gerados usando uma variedade de promotores e genes relacionados à DP11. A maioria dos camundongos apresenta patologia nigroestriatal, mas sem evidências claras de neurodegeneração. Os modelos transgênicos têm a vantagem de serem consistentes entre animais e coortes e, uma vez gerados, são fáceis de manter e distribuir. Embora não resultem em neurodegeneração, são modelos úteis para investigar alterações celulares causadas por variantes genéticas e possíveis candidatos a fármacos em um sistema complexo in vivo12.
Em contraste com os modelos transgênicos, a expressão mediada por vetores virais de genes relacionados à DP oferece uma abordagem mais flexível13. As injeções estereotáxicas permitem que várias áreas cerebrais, tipos de células e níveis de expressão sejam escolhidos para uma ampla gama de espécies animais, como camundongos, ratos, porcos e primatas não humanos. Inicialmente, vetores virais recombinantes que codificam para asyn foram usados para transduzir neurônios localizados no SN de ratos. O acúmulo de proteínas e a disfunção celular precedem a perda progressiva de células dopaminérgicas, resultando em déficit comportamental. Diferenças no direcionamento podem levar a uma grande variação de perda celular entre os animais (30-80%), o que é responsável por déficits comportamentais variáveis observados em apenas aproximadamente 25% dos ratos injetados14.
Um modelo recentemente estabelecido é a injeção intracraniana de fibrilas assíncronas pré-formadas (PFFs) ou extratos agregados de tecido cerebral de camundongos ou pacientes15,16. Vários estudos indicam que a injeção de PFFs ou extratos resulta em uma patologia assínrica generalizada no cérebro animal, bem como uma perda de neurônios dopaminérgicos no SN. O acúmulo de asín aparece dentro dos neurônios que inervam a área injetada. Ao contrário dos modelos baseados em vetores virais, o modelo PFF se desenvolve lentamente ao longo de vários meses, seguido por déficits motores em 6 meses. Esse modelo tem grande potencial para estudar o mecanismo ou prevenção de uma patologia assínrica 17,18.
Todos os modelos mencionados acima foram bem estabelecidos e usados inúmeras vezes para estudar vários aspectos da doença humana. As injeções estereotáxicas de substâncias diretamente no cérebro desempenharam um papel importante no desenvolvimento desses modelos animais, não apenas no campo da DP, mas também em outros distúrbios neurológicos. Embora seja trabalhosa, a cirurgia estereotáxica tem as vantagens de ser altamente flexível na idade dos animais usados, na região do cérebro e na substância injetada, e pode ser ajustada dependendo da pergunta de pesquisa feita. Por exemplo, substâncias podem ser injetadas isoladamente ou em combinação (vetor + fibrilas ou tóxico + vetor) para recapitular mais aspectos da doença ou avaliar tratamentos19,20. Além disso, as substâncias podem ser injetadas unilateralmente, deixando o lado não injetado como um controle interno para avaliar o comportamento e a neurodegeneração. Portanto, este manuscrito descreverá etapas detalhadas para gerar modelos de DP usando injeções estereotáxicas.
Todos os experimentos neste estudo foram conduzidos em estrita conformidade com as recomendações do Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório dos Institutos Nacionais de Saúde e aprovados pelos Comitês de Cuidados e Uso de Animais do Instituto Nacional de Envelhecimento dos EUA.
Antes de começar, certifique-se de ter adquirido o treinamento apropriado e a aprovação ética de seu instituto necessários para realizar este procedimento. Além disso, os anestésicos (por exemplo, cetamina e buprenorfina, ou fentanil e medetomidina) usados devem ser adquiridos e manuseados de acordo com as regras relevantes de sua instituição.
1. Preparação (duração de 1 hora)
2. Cirurgia (duração média de 1 hora por animal)
3. Cuidados pós-operatórios (duração de 3 a 7 dias)
Para evitar erros de direcionamento, antes de cada experimento, verifique as coordenadas usando injeções de corante. Os animais foram injetados com 0,2-0,5 μL de azul de triptofano usando o mesmo protocolo, o capilar foi rapidamente retirado após a injeção e o cérebro foi rapidamente congelado para evitar a difusão. Após a secção no micrótomo, o local da injeção pode ser visto em azul (Figura 2 C,E). Para garantir um direcionam...
A injeção estereotáxica, como qualquer procedimento cirúrgico, tem como principal dificuldade garantir o bem-estar e a sobrevivência do animal. Portanto, é essencial monitorar o animal de perto durante todo o procedimento. Observar irregularidades respiratórias, perda de respiração ou recorrência de reflexos e movimentos deve ser o foco principal, especialmente para cirurgiões inexperientes. Além disso, a aplicação de analgésicos é crucial para ajudar no processo de recup...
Os autores não têm nada a divulgar.
Esta pesquisa foi apoiada em parte pelo Programa de Pesquisa Intramural do Instituto Nacional de Saúde, Instituto Nacional do Envelhecimento. A CES é apoiada pela NS099416. Os autores desejam agradecer o apoio do NIMH IRP Rodent Behavioral Core (ZIC MH002952 e MH002952 a Yogita Chudasama) e do NICHD IRP Microscopy and Imaging Core.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Allen brain atlas | Allen Institute | mouse brain - reference atlas | |
analgesic: ketoprofin OR buprenorphine | |||
anesthetic: Isoflurane OR ketamine / xylazine OR fentanyl / medetomidine | |||
blades - surgical sterile | Oasis Medical | No 10 | |
capillaries - glass | Stoelting | 50811 | |
capillary puller | Sutter Instruments | P-97 | |
cotton-tipped applicators | Stoelting | 50975 | |
drill - dental | Foredom | MH-170 | |
Ethanol 70% | |||
eye drops (Liquigel) | CVS | NDC 0023-9205-02 | Carboxymethylcellulose Sodium (1%), Boric acid; calcium chloride; magnesium chloride; potassium chloride; purified water; PURITE® (stabilized oxychloro complex); sodium borate; and sodium chloride |
forceps - full curved | Stoelting | 52102-38P | |
forceps - hemostatic delicate | Stoelting | 52110-13 | |
gauze - cotton absorbent | |||
H2O - sterile | |||
H2O2 30% | Sigma Aldrich | 216763 | |
Hamilton 5ul syringe | Hamilton Company | 7634-01 | |
Hamilton blunt metal needle | Hamilton Company | 7770-01 | |
heat pad - far infrared | Kent Scientific | 2665967 | |
Iodine solution (Dynarex) 10% | Indemedical | 102538 | |
isoflurane | Baxter | 1001936040 | |
lidocaine 0.5% | |||
lighter / matches | |||
microscope (Stemi 508 Boom stand) | Zeiss | 435064-9000-000 | |
PBS sterile | Gibco - Thermo Fischer | 10010-023 | |
pump (injector) | Stoelting | 53311 | |
scalpel handle | Stoelting | 52171P | |
shaver - electrical | andis | 64800 | |
solution to inject / material to implant | |||
stereotax - small animal digital | Kopf | Model 940 | |
sterilizer - glass bead | BT Lab Systems | BT1703 | |
tubing - heat-shrink | Nelco | NP221-3/64 | |
tweezers - dumont fine curved | Roboz | RS-5045A | |
underpad - absorbent | |||
vaporizer for isoflurane (package) | Scivena Scientific | M3000 | |
wound clips and applier / remover | Stoelting | 59040 | |
wound glue (Vetbond) | 3M corporation | 1469SB |
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