Новый подход для оценки двигателя Об итогах Глубокая стимуляция мозга эффекты в Hemiparkinsonian Рац: Лестница и цилиндр Test

Резюме

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.

Аннотация

Глубокая стимуляция мозга субталамического ядра является эффективным вариантом для лечения болезни Паркинсона. В нашей лаборатории мы установили протокол на экран различных моделей Нейростимуляция у hemiparkinsonian (одностороннее) крыс повреждениями. Он заключается в создании поражения одностороннего Паркинсона путем введения 6-гидроксидопамин (6-OHDA) в правый медиального переднего мозга пучка, имплантацию хронических электродов стимуляции в субталамического ядра и оценки результатов двигательных в конце 24 ч периодов кабельной переплете внешней нейростимуляцию , Стимуляция проводилась с постоянным током возбуждения. Амплитуда была установлена ​​на 20% ниже индивидуального порога побочных эффектов. Оценка результатов двигателя было сделано путем оценки спонтанного использования лапой в тесте цилиндра согласно Shallert и оценкой опытного достижения в тесте лестницы согласно Монтойя. Этот протокол подробно описывает подготовку в поле лестница, сylinder тест, а также использование как в hemiparkinsonian крыс. Использование обоих тестов является необходимым, так как тест лестница кажется более чувствительным для тонкой ухудшения двигательных навыков и проявляет большую чувствительность к изменению во время нейростимуляции. Сочетание односторонней модели паркинсонизма и двух поведенческих тестов позволяет оценить различные параметры стимуляции в стандартизированной форме.

Введение

Глубокая стимуляция мозга субталамического ядра (STN) является эффективным вариантом лечения для болезни ¹ и других двигательных расстройств Паркинсона. Основные механизмы все еще ​​мало изучены и многофакторной, но ключевой особенностью является модуляция нейрональной активности сети повторяющимися деполяризации аксонов в непосредственной близости от раздражающего электрода ^2-4. Высокочастотный (> 100 Гц) стимуляция необходима для положительного эффекта в большинстве мишеней головного мозга, а также для большинства признаков DBS. Побочные эффекты глубокого результата стимуляции мозга от непреднамеренного coactivation других волокон, которые покрыты по объему стимуляции и которые различные функции содействовать, например, пирамидного тракта. Следовательно, было бы желательно разработать параметры стимуляции, которая активирует предпочтительно полезные нервные элементы, избегая при этом coactivation побочных эффектов , даваемых элементов ^5,6. Хотя нейрофизиология может предложить такую ​​тонкую Tuniнг варианты DBS, научный прогресс был минимальным за последние два десятилетия, поскольку программные стратегии были в первую очередь были оценены "проб и ошибок" у больных и ограничивается ограниченные возможности программирования коммерчески доступных устройств DBS, а не с помощью нейрофизиологическую понимание и определены экспериментальные установки для систематического изучения всего пространства параметров.

Для преодоления трансляционной контрольно-пропускной пункт в исследовании DBS мы предлагаем протокол на экран альтернативные параметры стимуляции в моделях грызунов паркинсонизма до клинического исследования. Болезнь Паркинсона Односторонние у крыс моделируется с помощью 6-гидроксидопамин инъекции в правую медиального пучка переднего мозга ^7,8. Полученный в результате поражения, описанные далее как hemiparkinsonian, оценивается в тесте апоморфина путем оценки баллов вращения после инъекции апоморфина низкой дозы и подтвердили Вскрытие по Тирозингидроксилаза immunohistochemistry. Метод прост в применении и легко воспроизводимым, принимая при низкой смертности и заболеваемости. В результате дефицит двигателя очень дискретно ^7,8; животные демонстрируют незначительное ухудшение контралатеральной левой лапы во время как спонтанных разведки и сложными схватив поведения ^9,10.

Для оценки эффективности глубоких протоколов стимуляции мозга требуются тесты, которые позволяют измерить быстрое и надежное изменение рабочих характеристик двигателя и может повторяться в течение долгого времени с различными настройками нейростимуляции. Несколько групп предложили различные подходы стимуляции и различные тесты для оценки двигательных функций у крыс ¹¹ с сильно изменяющимися и противоречивыми результатами ^11-14. Это заставило нас выбрать набор тестов с высокой предсказать действия и взаимодополняемости. Кроме того, для оценки результата двигателя при глубоких условиях стимуляции мозга, тесты были одобрены, которые могут быть выполнены аниMals подключен через кабель к генератору стимула. Для этих целей мы создали нашу тестовую батарею, состоящую из одного теста для использования лапа асимметрии и одно испытание для квалифицированных идущими. Дизайн исследования показана на рисунке 1.

Для спонтанного использования лапу мы провели тест цилиндр , описанный Shallert ^15, который является широко используемым тестом для использования лапу во время вертикального разведки. Ни одна тренировка животного не требуется. Для оценки более сложного поведения схватив мы установили испытание лестницы согласно Montoya ^16. Наш протокол изменяется в соответствии с Kloth ^17. Крыс обучают в течение двенадцати дней в достижении гранул из коробки испытания. После периода обучения тест может быть применен для измерения сложное поведение рукоятки, путем подсчета вероятность успеха, описанный как количество гранул съедена. В статье дается подробное обучение в окне лестничной клетки, а также производительность обоих Бехavioral испытания под наивным, hemiparkinsonian и глубоких условиях стимуляции мозга.

протокол

Эксперименты на животных были одобрены Университета Вюрцбурга и правовых органов государственной власти Нижней Франконии в соответствии с руководящими указаниями по защите животных и рекомендациями Европейского Совета Сообщества (номер официального утверждения: 55.2-2531.01 76/11). Все усилия были сделаны, чтобы свести к минимуму боль или дискомфорт животных, используемых.

Примечание: Электрод имплантации проводили , как описано в другом месте ^18.

1. Тест цилиндр (рисунок 2)

1. Подготовьте прозрачный пластиковый стеклянный цилиндр (высота: 40 см, диаметр: 19 см) путем очистки цилиндра с 0,1% -ным раствором уксусной кислоты.
2. Подготовьте карточки с датой эксперимента и идентификационный номер каждой крысы.
3. Поместите два зеркала в 90 ° угол позади цилиндра.
4. Поместите камеру в передней части цилиндра таким образом, чтобы расстояние между камерой и цилиндром позволяет хороший вид на лапах.
5. Поместите крысу в ящике для транспортировки.
   Примечание: животные должны быть обработаны экспериментатором до начала испытания, чтобы избежать стресса.
6. Транспорт крысы из домашней клетки в цилиндр, используя транспортную коробку.
7. Поместите крысу в цилиндре (рисунок 3).
   1. Всегда выполнять все поведенческие тесты, в то же время суток, чтобы избежать циркадные различий в активности. Если животное соединен с генератором стимула по кабелю убедитесь, что кабель не перекручен во время эксперимента.
8. Нажмите кнопку "запись" на камеру. Показать карту с фактической даты эксперимента и идентификационного номера крысы к камере. Начать запись.
9. Через пять минут, удалить животное из цилиндра и положить его обратно в дом клетке, используя транспортную коробку.
10. Очистите цилиндр с 0,1% -ным раствором уксусной кислоты.
11. Оценка использования лапу из записанного видео путем подсчета левую и правую лапу настенные контакты (используйте лапой в процентах), а также гсерьги (стоя на задних лапах с или без поддержки на стенке цилиндра). Испытательный цилиндр может быть также оценена автоматически с помощью соответствующего программного обеспечения.
    Примечание: Здоровая крыса использует обе лапы одинаково. Hemiparkinsonian крыса использует лапу пострадавших из-за поражения в меньшей степени.

2. Тест Лестница (Рисунок 4)

1. Приобретение Phase
   1. За один день до тренинга ознакомление животных с гранул, используемых в тесте лестничной клетки.
      1. Необязательно: Для повышения мотивации животного использовать диетические ограничения (10-15 г стандартного лабораторного корму для поддержания массы тела на 90% от уровня свободного кормления ^16). Тем не менее, это не является обязательным для достижения положительного тренировочного эффекта. Данное исследование было проведено без ограничения пищи.
   2. Приготовьте лестница окно прозрачный пластик стекло (высота: 34,5 см, длина: 35,5 см, ширина: 12 см и узкий отсек 6 см), очистив коробку с 0,1% в переменном токеРаствор этический кислоты. Примечание: Коробка лестница представляет собой двухкамерный ящик с поднятой платформой и двух лестниц в узком отсеке. Левые шаги по лестнице в узком отсеке может быть достигнуто только с левой лапой, правильные шаги, только с правой лапе.
      Примечание: Стандартные лестничные коробки состоят из двух отсеков с крышкой, если она будет использоваться для экспериментов с крысами, стимулированных с помощью кабеля, использовать высокую коробку без крышки.
   3. Удалите лестницу и заполнить лунки на каждом шаге с восемью 45 мг гранул.
   4. Вставьте лестницу и поставить восемь дополнительных гранул на повышенной платформе.
   5. Поместите крысу в ящике для транспортировки.
   6. Транспорт крысы из домашней клетки к коробке лестницы, используя транспортную коробку.
   7. Поместите крысу в коробку лестницы (рисунок 5).
   8. Через пять минут, удалить животное из окна лестничной клетки и поместить его обратно в дом клетке, используя транспортную коробку.
   9. Обратите внимание, сколькоГранулы были съедены с платформы и (в конечном счете) с правой и левой лестнице.
   10. Заправьте по лестнице, заполняя лунки на каждом шаге с восемью 45 мг гранул.
   11. Очистите коробку лестница с 0,1% -ным раствором уксусной кислоты и поместить дополнительные гранулы на платформе.
   12. Повторите эту процедуру (фаза приобретения) три дня подряд.
       Примечание: Все эксперименты, описанные проводились на крысах-самцах крыс Sprague Dawley. Продолжительность различных учебных модулей могут отличаться у крыс разного штамма, пола и торгового автомата.
2. Бесплатный тестовый выбор
   1. Очистите коробку лестница с 0,1% -ным раствором уксусной кислоты.
   2. Удалите лестницу и заполнить лунки на каждом шаге с восемью 45 мг гранул.
   3. Поместите крысу в ящике для транспортировки.
   4. Транспорт крысы из домашней клетки к коробке лестницы, используя транспортную коробку.
   5. Поместите крысу в поле лестничной клетки.
   6. Через пять минут, удалите животное с лестницыкейс коробка и положить его обратно в дом клетке, используя транспортную коробку.
      Обратите внимание, сколько гранулы съедено из правой и левой лестнице.
   7. Примечание: Если животные все еще есть проблемы с захватывая осадок, добавьте еще немного на платформе, где они могут быть легко добраться.
   8. Заправьте по лестнице, заполняя лунки на каждом шаге с восемью 45 мг гранул.
   9. Очистите сальниковую лестница с 0,1% -ным раствором уксусной кислоты в течение следующего животного.
   10. Повторите эту процедуру (свободный выбор фазы) три дня подряд.
       Примечание: Представленные результаты были получены путем обучения проводилось без перерывах между модулями. Некоторые группы предпочитают отдыхать день для консолидации, для поддержки процесса обучения.
3. Принудительный испытания Выбор
   1. Очистите коробку лестница с 0,1% -ным раствором уксусной кислоты.
   2. Удалите лестницу и заполнить лунки на каждом шаге по левой лестнице с восемью (первые три дня модуля) или четыре (подряд ThrЕ.Е. дней в мг гранул модуля) 45.
      1. Проведите тест вынужденный выбор на стороне, где будет происходить ухудшение.
         Примечание: Мы выполняем поражение Паркинсон на правое полушарие, и поэтому поезд избирательно левую лапу.
   3. Поместите крысу в ящике для транспортировки.
   4. Транспорт крысы из домашней клетки к коробке лестницы, используя транспортную коробку.
   5. Поместите крысу в поле лестничной клетки.
   6. Через пять минут, удалить животное из окна лестничной клетки и поместить его обратно в дом клетке, используя транспортную коробку.
   7. Обратите внимание, сколько гранулы были съедены с левой лестницы.
   8. Заправьте по лестнице, заполняя лунки на каждом шаге с восемью или четырьмя 45 мг гранул (количество гранул зависит от учебного дня).
   9. Очистите сальниковую лестница с 0,1% -ным раствором уксусной кислоты в течение следующего животного.
   10. Повторите эту процедуру (принудительный выбор фазы) шесть дней подряд.
4. Получение данных
   1. Выполните эксперимент, как описано для принудительного модуля выбора (четыре гранул в каждую лунку по левой лестнице) в течение двух дней подряд. Рассчитать вероятность успеха (количество гранул съеденных) в среднем два дня.

Результаты

Все животные подвергались патоморфологическому гистологическую верификацию как дофаминергической поражения и расположения электродов. Только животные с правильного размещения электрода внутри STN (рисунок 6) и полного дофаминергической поражения (> 90% пот...

Обсуждение

В данной статье описывается подробный протокол подготовки для испытания цилиндра и лестницы. Последний предназначен для оценки сложного поведения захватывания и прекрасное движение двигателя из - за Специалисту достижения у крыс ^16,17. Измерения результат выражается в виде числа...

Материалы

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