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Resumo

Modelos de roedores de discinesias induzidas por L-dopa são ferramentas inestimáveis para identificar intervenções terapêuticas para atenuar o desenvolvimento ou aliviar as manifestações que surgem devido à administração repetida de L-DOPA. Este protocolo demonstra como induzir e analisar movimentos discinéticos no modelo unilateral de ratos lesionados com 6-OHDA da doença de Parkinson.

Resumo

As discinesias induzidas por L-dopa (LIDs) referem-se a complicações motoras que surgem da administração prolongada de L-DOPA em pacientes com doença de Parkinson (DP). O padrão mais comum observado na clínica é a discinesia de dose máxima, que consiste em manifestações clínicas de movimentos coreiformes, distônicos e balísticos. O modelo de 6-hidroxidopamina (6-OHDA) de PD em ratos imita várias características dos LIDs. Após administração repetida de L-DOPA, ratos com lesão de 6-OHDA exibem movimentos discinéticos semelhantes (por exemplo, movimentos involuntários anormais, AIMs). Este protocolo demonstra como induzir e analisar AIMs em ratos com lesão de 6-OHDA com depleção dopaminérgica de 90%-95% na via nigrostriatal. A administração repetida (3 semanas) de L-DOPA (5 mg/kg, combinada com 12,5 mg/kg de benserazida) pode induzir o desenvolvimento de AIMs. A análise do curso do tempo revela um aumento significativo nos AIMs em 30-90 min (discinesia de dose máxima). Modelos de roedores de LIDs são uma importante ferramenta pré-clínica para identificar intervenções antidiscinéticas eficazes.

Introdução

O precursor da dopamina L-3,4-di-hidroxifenilalanina (L-DOPA) representa o tratamento mais eficaz para os sintomas motores da doença de Parkinson (DP)1. A terapia com L-DOPA pode melhorar os sintomas motores associados à DP, mas perde a eficácia com o tempo. Flutuações motoras como "flutuação de desgaste" ou "deterioração do fim da dose" manifestam-se clinicamente como uma duração encurtada do efeito de doses únicas de L-DOPA2. Em outros casos, as manifestações clínicas consistem em movimentos lentos de torção e posturas anormais (distonia)3 e ocorrem quando os níveis de dopamina são baixos (distonia fora do período)4. Por outro lado, as discinesias induzidas por L-DOPA (LIDs) aparecem quando os níveis de dopamina no plasma e no cérebro são altos5.

Os LIDs produzem efeitos colaterais debilitantes que incluem complicações motoras, como movimentos coriformes, distônicos e balísticos6. Uma vez estabelecidos, os LIDs ocorrem após cada administração de L-DOPA. Complicações motoras ocorrem em 40%-50% dos pacientes com DP submetidos à terapia com L-DOPA por 5 anos, e a incidência aumenta ao longo dos anos7. Embora os mecanismos fisiopatológicos envolvidos no desenvolvimento de LIDs em pacientes com DP ainda não estejam totalmente elucidados, a extensão da denervação dopaminérgica, a administração pulsátil de L-DOPA, as alterações a jusante nas proteínas e genes estriatais e as anormalidades nos sistemas transmissores não dopaminérgicos são fatores que contribuem para o desenvolvimento desses efeitos colaterais indesejados 6,8,9,10.

A neurotoxina 6-hidroxidopamina (6-OHDA) é uma ferramenta bem caracterizada para estudar a DP em roedores11,12,13,14. Uma vez que a 6-OHDA não atravessa a barreira hematoencefálica, deve ser injetada diretamente na via nigrostriatal. A depleção dopaminérgica induzida por 6-OHDA é dependente da concentração e do local15. A administração unilateral de 6-OHDA no feixe do prosencéfalo medial (MFB) pode produzir dano nigrostriatal grave (>90%) em roedores16,17,18,19. A administração crônica de L-DOPA a roedores graves lesionados unilateralmente com 6-OHDA causa o aparecimento de movimentos discinéticos denominados movimentos involuntários anormais (AIMs). Movimentos discinéticos em roedores compartilham mecanismos moleculares, funcionais e farmacológicos semelhantes relacionados aos LIDs em pacientes com DP5. Portanto, ratos lesionados com 6-OHDA20 e camundongos21 são modelos pré-clínicos valiosos para estudar LIDs. Quando tratados cronicamente (7-21 dias) com doses terapêuticas de L-DOPA (5-20 mg/kg), ratos e camundongos lesionados com 6-OHDA apresentam um desenvolvimento gradual de MIAs que acometem os músculos do membro anterior, tronco e orofacial contralaterais à lesão 17,18,19,20,22,23,24 . Esses movimentos são apresentados em um curso temporal semelhante às discinesias de dose máxima induzidas por L-dopa em pacientes com DP25 e são caracterizados por movimentos hipercinéticos e distonia5. Os MIAs geralmente são pontuados com base em sua gravidade (por exemplo, quando uma IAM específica está presente) e amplitude (por exemplo, caracterizada pela amplitude de cada movimento)5,23,25.

Os modelos de LIDs de roedores lesados por 6-OHDA apresentam validade de face (ou seja, o modelo possui diversas características que se parecem com a condição humana)5,11,26,27,28. Os MIAs de roedores, semelhantes ao que ocorre em pacientes com DP, são vistos como movimentos hipercinéticos (membros anteriores e orolinguais) e distônicos (axiais)29 e imitam discinesia de dose máxima. No nível molecular e funcional, os modelos de roedores compartilham muitas características patológicas com pacientes com DP5, como a regulação positiva de FosB/ΔFosB 19,26,30,31,32,33 e do transportador de serotonina (SERT)34,35 . Em relação à validade preditiva, os fármacos que reduzem os LIDs em pacientes com DP (por exemplo, o antagonista do receptor N-metil-D-aspartato (NMDA) amantadina) apresentam eficácia antidiscinética no modelo roedor 22,36,37,38,39.

A escala de classificação de AIMs de roedores foi criada com base em quatro subtipos de AIMs que incluem AIMs que afetam a cabeça, pescoço e tronco (AIMs axiais), movimentos hipercinéticos dos membros anteriores (AIMs de membros) e movimentos orolinguais discinéticos (AIMs orolinguais). Embora a rotação contralateral (AIM locomotores) também esteja presente em roedores lesionados unilateralmente 20,22,23,25,40, ela não foi pontuada como um movimento discinético, uma vez que pode não representar uma medida específica dos LIDs 22,37,41.

Aqui, descreveremos como induzir e analisar movimentos discinéticos (AIMs axial, de membros e orolinguais) no modelo de DP de ratos com lesão unilateral de 6-OHDA grave (>90%). Organizamos nosso protocolo com base na literatura anterior e em nossa expertise laboratorial.

Protocolo

Todos os experimentos foram realizados de acordo com o Comitê de Ética da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (CEUA/FFCLRP 18.5.35.59.5).

1. Lesão de 6-OHDA

  1. Use ratos machos Sprague-Dawley pesando 200-250 g no início dos experimentos (6 semanas). Abrigar os animais (2-3 por gaiola) em condições normais de laboratório (ciclo claro/escuro das 12:12 h, luzes acesas às 06:00 h, instalações com temperatura controlada (22-24 °C), com comida e água disponíveis ad libitum.
    NOTA: Uma descrição completa de como gerar ratos graves com lesão de 6-OHDA é descrita em outro lugar42.
  2. Aclimatar adequadamente os animais antes do início de qualquer procedimento experimental.
  3. Administrar (intraperitonealmente, i.p.) o inibidor do transportador de noradrenalina imipramina (20 mg/kg, dissolvido em solução salina a 0,9%) 30 min antes da cirurgia.
    NOTA: A administração de imipramina aumentará a seletividade da 6-OHDA para neurônios dopaminérgicos.
  4. Administrar cetamina/xilazina (70/10 mg/kg) por via intraperitoneal.
  5. Certifique-se de que o animal esteja profundamente anestesiado pela falta de resposta à beliscação do dedo do pé e posicionado em posição prona no aparelho estereotáxico no topo de uma almofada de aquecimento.
  6. Remova o pelo na cabeça e desinfete a área cirúrgica 3 vezes, alternando entre um esfoliante à base de iodo e álcool.
  7. Use um bisturi para fazer uma incisão (aproximadamente 1 cm) na região onde a microinjeção ocorrerá.
  8. Limpe a região do crânio com cotonetes e certifique-se de que o Bregma e o Lambda estejam expostos.
  9. Certifique-se de que as coordenadas estereotáxicas da MFB sejam retiradas do bregma43,44,45: -4,3 mm anterior, 1,6 mm lateral (lado direito) e 8,3 mm ventral (da dura-máter).
  10. Administrar a 6-OHDA a uma taxa de 0,4 μL/min (10 μg em 4 μL de solução salina contendo ácido ascórbico a 0,1%) unilateralmente no feixe do prosencéfalo medial direito (MFB) usando uma seringa de vidro Hamilton de 50 μL.
  11. Ao final da cirurgia, suture a incisão do couro cabeludo e reidrate o animal com solução salina a 0,9% estéril, quente (~37 °C) (~10 mL/kg, s.c.).
  12. Remova o animal da estrutura estereotáxica e coloque-o em uma gaiola de recuperação aquecida. Monitore até que a consciência seja recuperada.
  13. Avaliar a efetividade da lesão dopaminérgica 4 semanas após a lesão por meio de um teste de stepping46,47.
    NOTA: Neste teste, a acinesia do membro anterior contralateral à lesão é avaliada através do número de passos de ajuste com a pata anterior contralateral à lesão. Ratos que apresentam três ou menos passos de ajuste com o membro anterior contralateral são incluídos no estudo como supostos ratos gravemente lesionados com 6-OHDA48.

2. Tratamento crônico com L-DOPA

  1. Inicie o tratamento crônico na segunda-feira, 4 semanas após a lesão da 6-OHDA.
    NOTA: Como os AIMs serão filmados por 3 dias consecutivos por semana (quarta, quinta e sexta-feira) durante 3 semanas, recomenda-se iniciar o tratamento na segunda-feira.
  2. Trate os ratos com L-DOPA recém-preparada (via subcutânea (s.c.), 1 mL/kg) associada a cloridrato de benserazida (5 mg/kg e 12,5 mg/kg, respectivamente) por 3 semanas, uma vez ao dia, de segunda a sexta-feira45.
    NOTA: Uma vez estabelecidos, os AIMs se manifestarão com cada administração de L-DOPA. Portanto, a administração de L-DOPA 2-4 vezes por semana após o período de indução de 3 semanas é suficiente para manter uma expressão estável de AIMs48.

3. Registo e pontuação dos AIMs

  1. Realizar experimentos entre 09:00 h e 17:00 h. Certifique-se de que o investigador desconhece totalmente a identidade e o tratamento farmacológico dos ratos.
  2. Coloque cuidadosamente o rato dentro de um cilindro transparente (20 cm de diâmetro x 40 cm de altura) e deixe-o se aclimatar por pelo menos 15 min. Certifique-se de que o chão esteja coberto com o material de cama. Os espelhos devem ser posicionados atrás do cilindro para que o experimentador possa observar o animal de todos os ângulos possíveis.
    NOTA: Se houver mais de um rato por experimento, use um cilindro para cada rato. A manipulação dos animais entre as sessões pode interferir na análise comportamental.
  3. Posicione uma câmera de vídeo de alta resolução de uma forma que favoreça a visualização de AIM axiais, membros e orolinguais. Como o comportamento rotacional está presente nessas condições experimentais, os espelhos atrás do cilindro permitirão rastrear os AIMs em um ângulo de 360°. Use um tripé ou fixe a câmera diretamente no banco.
    NOTA: Os MIAs orolinguais podem ser difíceis de pontuar, especialmente se houver uma alta incidência de comportamento rotacional. Capturar vídeos com a câmera posicionada ligeiramente abaixo do plano onde os animais estão em um ângulo de 15° ajudará a observar esse subtipo de movimento.
  4. Retirar suavemente o animal da garrafa e administrar L-DOPA (5 mg/kg combinados com 12,5 mg/kg de benserazida, s.c.).
  5. Coloque o animal de volta no cilindro e inicie um temporizador para rastrear os AIMs após a injeção de L-DOPA. Use uma câmera de vídeo para gravar AIMs por 180 minutos após a injeção de L-DOPA. Embora a análise possa ser realizada por observação direta do animal, a pontuação off-line é preferida.
    NOTA: Certifique-se de que o temporizador também seja filmado para que os AIMs possam ser pontuados em momentos precisos após a administração de L-DOPA.
  6. Pontuação AIMs em intervalos de 30 minutos até 180 min pós-injeção de L-DOPA (ver Tabela 1 para definições), conforme descrito inicialmente20,23. Os escores devem ser dados ao longo de 1-2 min e classificados em axial, membro ou orolingual (Figura 1).
  7. Observe cuidadosamente cada AIM e atribua escores de gravidade e amplitude. Use a Tabela 1 para obter instruções. Não inclua comportamentos normais, como criar, cheirar, cuidar e roer na classificação. Haverá um total de seis períodos de observação (30, 60, 90, 120, 150 e 180 min).
SUBTIPOS
Axial: torção da cabeça, pescoço e tronco
Membro: movimentos involuntários do membro anterior distal e proximal
Orolingual: movimentos involuntários da musculatura orofacial
SEVERIDADE
0: Ausente
1: Ocasional (com interrupções, presente em menos da metade do tempo de observação)
2: Frequente (com interrupções, mas presente em mais da metade do tempo de observação)
3: Contínuo, mas interrompido por estímulos sensoriais externos
4: Contínuo e não interrompido por estímulos sensoriais externos
AMPLITUDE
Axial
1: Torção da cabeça e pescoço em ângulo de aproximadamente 30°
2: Torção da cabeça e pescoço em aproximadamente 30° < ângulo ≤ 60°
3: Torção da cabeça, pescoço e tronco superior a aproximadamente 60° < ângulo ≤ 90°
4: Torção da cabeça, pescoço e tronco em > ângulo de 90°, muitas vezes fazendo com que o rato perca o equilíbrio
Membro
1: Pequenos movimentos involuntários do membro anterior distal
2: Movimentos de baixa amplitude causando translocação do membro anterior distal e proximal
3: Movimentos involuntários de todo o membro, incluindo os músculos do ombro
4: Movimentos fortes dos membros e ombros, muitas vezes semelhantes ao balismo
Orolingual
1: Pequenos movimentos involuntários dos músculos orofaciais
2: Movimentos orofaciais de alta amplitude com protrusão da língua

Quadro 1: Definição e critérios de classificação do AIMS.

figure-protocol-8861
Figura 1: Sequência de fotos mostrando cada subtipo AIM. (A a A'") AIM axial mostrando movimentos distônicos em diferentes ângulos (A: ângulo de 30°, A': ângulo de 30° < ≤ 60°, A": ângulo de 60° < ≤ 90° e A'": ângulo de > de 90°). (B a B") Objetivo do membro (setas pretas) mostrando movimentos involuntários do distal (B e B') e de todo o membro anterior (incluindo ombro, B"). (C) IAM-do-orolingual (seta vermelha) de alta amplitude com protrusão da língua. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

4. Análise dos dados

  1. Calcule os subtipos de AIMs axiais, de membros ou orolinguais multiplicando os escores de gravidade e amplitude para cada período de observação após a administração de L-DOPA (ou seja, seis períodos de observação), conforme descrito anteriormente20. A pontuação máxima teórica que um animal poderia acumular em uma sessão de teste é de 240 (a pontuação máxima por período de observação é 40, consulte a Tabela 1 para detalhes).
  2. Plote os escores dos AIMs para todos os seis períodos de observação registrados na quarta, quinta-feira e sexta-feira durante as 3 semanas de administração crônica de L-DOPA (Figura 2). Os MIAs podem ser somados para indicar a pontuação máxima de cada animal em cada dia de pontuação (Figura 3) ou a cada semana (Figura 4) durante as 3 semanas de administração crônica de L-DOPA.
  3. Verifique se os dados têm uma distribuição próxima do normal antes de selecionar a abordagem de análise estatística.
    NOTA: As escalas de classificação dos AIMs consistem em dados ordinais e podem ser analisadas com estatísticas não paramétricas. Os testes paramétricos são amplamente utilizados quando se comparam os escores dos AIMs entre grupos experimentais após repetidas sessões de teste40.

Resultados

Embora os padrões de MIAs observados em ratos sejam mais simples e limitados em comparação com os observados em humanos e primatas não humanos, este modelo reproduz movimentos hipercinéticos e distônicos induzidos pela administração crônica de L-DOPA. Aqui apresentamos dados coletados de um grupo (n = 10) de ratos lesionados unilateralmente com 6-OHDA tratados cronicamente com L-DOPA (5 mg/kg combinados com 12,5 mg/kg de benserazida) por 3 semanas (segunda a sexta-feira). Observe que os dados apresentados na Fig...

Discussão

Este protocolo demonstra como induzir e analisar AIMs no modelo de DP induzida por microinjeção unilateral de 6-OHDA na MFB. A administração diária crônica de baixas doses de L-DOPA (5 mg/kg, combinada com 12,5 mg/kg de benserazida) produziu o desenvolvimento de MIAs ao longo das 3 semanas de tratamento. A análise temporal revelou um aumento significativo dos AIMs, e a discinesia de dose máxima é observada entre 30 e 90 minutos após a administração de L-DOPA. Os MIAs são movimentos repetitivos e sem propósi...

Divulgações

Os autores não têm conflitos de interesse.

Agradecimentos

Este trabalho contou com o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP, bolsa 2017/00003-0). Agradecemos a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). Agradecemos ao Dr. Anthony R. West, ao Dr. Heinz Steiner e ao Dr. Kuei Y. Tseng pelo apoio e orientação.

Materiais

NameCompanyCatalog NumberComments
6-hydroxydopamine hydrobromideSigma-Aldrich, USAH6507Neurotoxin that produces degeneration of catecholaminergic terminals
Benzerazide hydrochlorideSigmaB7283Peripheral dopa-decarboxylase inhibitor
Camera Bullet IR Turbo HD (HD-TVI)  2.8mm BHIKVISIONDS-2CE16C0T-IRPCamera used to record all behavior
Imipramine hidrochlorideAlfa AesarJ63723Norepinephrine transporter inhibitor (NET) used to protect noradrenergic neurons from 6-OHDA
Ketamine hydrochlorideCeva Animal HealthAnesthesia for surgical intervention
L-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA) methyl ester (hydrochloride)Cayman Chemical Company16149Dopamine precursor
MirrorsUsed to observe the behavior of animals during experiments in all directions
Needles 0.30 x 13 mmPrecisionGlideNeedles used to inject drugs
Sodium chloride (NaCl)SamtecSalt
Syringes 1 ml SterileBD PlastipakSyringes used to inject drugs
Transparent cylindersUsed to record animal behavior during experiments
Xylazine hydrochlorideCeva Animal HealthSedative, analgesic and muscle relaxant for surgical intervention

Referências

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