Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Мы описываем, как успешно вводить растворы в определенные области мозга грызунов с помощью стереотаксической рамки. Эта операция по выживанию является хорошо зарекомендовавшим себя методом, используемым для имитации различных аспектов болезни Паркинсона.
Болезнь Паркинсона (БП) — это прогрессирующее заболевание, традиционно характеризующееся тремором покоя и акинезией, в первую очередь из-за потери дофаминергических нейронов в черной субстанции. Пораженные участки мозга демонстрируют внутринейрональные фибриллярные включения, состоящие в основном из белков альфа-синуклеина (асин). Ни одна животная модель до сих пор не повторила все характеристики этого заболевания. В этой статье мы описываем использование стереотаксической инъекции для доставки химических веществ, белков или вирусных векторов внутричерепно, чтобы имитировать различные аспекты БП. Эти методы хорошо зарекомендовали себя и широко используются в области ПД. Стереотаксические инъекции невероятно гибкие; Они могут быть отрегулированы по концентрации, возрасту животного, используемого для инъекции, целевой области мозга и виду используемых животных. Комбинации веществ позволяют быстро варьировать методы лечения или изменять тяжесть патологии или поведенческие нарушения. Вводя токсины в мозг, мы можем имитировать воспаление и/или серьезную потерю дофаминергических нейронов, что приводит к значительным моторным фенотипам. Вирусные векторы могут быть использованы для трансдукции клеток с целью имитации генетических или механистических аспектов. Предварительно сформированные фибриллярные инъекции азина лучше всего повторяют прогрессирующий фенотип в течение длительного периода времени. Как только эти методы будут разработаны, создание новой модели может быть экономически выгодным по сравнению с созданием новой трансгенной линии. Тем не менее, этот метод является трудоемким, так как требует от 30 минут до четырех часов на животное в зависимости от используемой модели. Каждое животное будет иметь немного разное нацеливание и, следовательно, создаст разнообразную когорту, результаты которой, с одной стороны, может быть сложно интерпретировать; С другой стороны, они помогают имитировать более реалистичное разнообразие, обнаруженное у пациентов. Неправильно нацеленные животные могут быть идентифицированы с помощью поведенческих или визуализирующих показаний или только после того, как они были принесены в жертву, что приводит к уменьшению размера когорты после того, как исследование уже было завершено. В целом, этот метод является рудиментарным, но эффективным способом оценки разнообразного набора аспектов БП.
Болезнь Паркинсона (БП) является относительно распространенным прогрессирующим нейродегенеративным заболеванием, поражающим до 1 % людей в возрасте старше 60лет. БП является гетерогенным, но клинически характеризуется в основном двигательными симптомами, включая тремор в покое, брадикинезию, акинезию, ригидность, нарушение походки и постуральную нестабильность. Большинство моторных симптомов обычно появляются, когда 60-70% дофамина полосатого тела (DA) теряется в результате прогрессирующей и отчетливой нейродегенерации в черной субстанции (SN) pars compacta 2,3. Выжившие дофаминергические нейроны содержат внутриклеточные включения, известные как тельца Леви4. Эти агрегаты в основном состоят из альфа-синуклеина (асина), небольшого, но высоко экспрессирующегося белка в нейронах мозга5.
Основной механизм нейродегенерации при БП до сих пор неизвестен. Старение по-прежнему является самым большим фактором риска развития этого расстройства6. Кроме того, люди являются единственным видом, у которого болезнь Паркинсона развивается естественным образом. Таким образом, для исследования патологии болезни Паркинсона и тестирования новых лекарств для предотвращения прогрессирования заболеваниябыл разработан широкий спектр животных моделей. В идеале животные модели БП должны демонстрировать возрастную прогрессирующую потерю нейронов DA в SN, сопровождающуюся внутриклеточными включениями с последующей двигательной дисфункцией, и быть чувствительными к заместительной терапии DA. Ни одна из имеющихся в настоящее время животных моделей не воспроизводит полностью все клинические симптомы и патологию БП. Поскольку каждая модель представляет различные аспекты заболевания, важно тщательно обдумать подходящую модель для использования в эксперименте на основе заданных вопросов.
Исторически сложилось так, что животные модели основывались на токсикантах, включая 6-гидроксидофамин (6-OHDA) и 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин (MPTP), а также пестицидах, таких как ротенон и паракват8. Каждый токсикант имеет свой механизм действия и варьируется от специфических для нейронов DA до в целом вредных для клеток мозга. Токсины могут вводиться перорально, внутрибрюшинно или непосредственно в мозг с помощью стереотаксических инъекций в зависимости от проницаемости гематоэнцефалического барьера. В отличие от других моделей, токсинные модели гарантируют высокую степень нигростриарной потери дофаминергических клеток и поведенческие фенотипы. У некоторых моделей может даже проявляться малозаметная патология. Эти особенности делают модели токсинов PD отличным инструментом для изучения заместительной терапии и влияния токсинов окружающей среды на возникновение PD 9,10.
Кроме того, были созданы многочисленные трансгенные модели мышей с использованием различных промоторов и генов, связанных с болезнью Паркинсона11. У большинства мышей наблюдается нигростриарная патология, но нет явных признаков нейродегенерации. Преимущество трансгенных моделей заключается в том, что они согласованы между животными и когортами, а после создания их легко поддерживать и распространять. Несмотря на то, что они не приводят к нейродегенерации, они, тем не менее, являются полезными моделями для исследования клеточных изменений, вызванных генетическими вариантами и возможными кандидатами в лекарства в комплексной системе in vivo12.
В отличие от трансгенных моделей, опосредованная вирусным вектором экспрессия генов, связанных с болезнью Паркинсона, предлагает болеегибкий подход. Стереотаксические инъекции позволяют выбирать различные области мозга, типы клеток и уровни экспрессии для широкого спектра видов животных, таких как мыши, крысы, свиньи и приматы. Первоначально для трансдукции нейронов, расположенных в SN крысы, использовались рекомбинантные вирусные векторы, кодирующие asyn. Накопление белка и клеточная дисфункция предшествуют прогрессирующей дофаминергической потере клеток, что приводит к поведенческому дефициту. Различия в нацеливании могут привести к большой вариабельности потери клеток у разных животных (30-80%), что ответственно за вариабельный поведенческий дефицит, наблюдаемый только у примерно 25% инъекционных крыс14.
Недавно созданной моделью является внутричерепное введение предварительно сформированных азиновых фибрилл (PFF) или агрегатных экстрактов из тканей мозга мыши или пациента15,16. Многочисленные исследования показывают, что инъекции PFF или экстрактов приводят к широко распространенной asyn-патологии в мозге животных, а также к потере дофаминергических нейронов в SN. Накопление азина появляется в нейронах, иннервирующих область введения. В отличие от моделей, основанных на вирусных векторах, модель PFF развивается медленно в течение нескольких месяцев с последующим моторным дефицитом через 6 месяцев. Данная модель имеет большой потенциал для изучения механизма или профилактики asyn-патологии17,18.
Все упомянутые выше модели хорошо зарекомендовали себя и многократно использовались для изучения различных аспектов человеческого расстройства. Стереотаксические инъекции веществ непосредственно в мозг сыграли большую роль в развитии этих животных моделей не только в области БП, но и других неврологических расстройств. Несмотря на трудоемкость, стереотаксическая хирургия имеет преимущества в том, что она очень гибкая в зависимости от возраста используемых животных, целевой области мозга и вводимого вещества, а также может быть скорректирована в зависимости от заданного исследовательского вопроса. Например, вещества могут вводиться по отдельности или в комбинации (вектор + фибриллы или токсикант + вектор) для повторения большего количества аспектов заболевания или оценки методов лечения19,20. Кроме того, вещества могут вводиться в одностороннем порядке, оставляя неинъекционную сторону в качестве внутреннего контроля для оценки поведения, а также нейродегенерации. Поэтому в данной рукописи будут подробно описаны шаги по созданию моделей ПД с использованием стереотаксических инжекций.
Все эксперименты в этом исследовании проводились в строгом соответствии с рекомендациями в Руководстве по уходу и использованию лабораторных животных Национальных институтов здравоохранения и одобрены комитетами по уходу за животными и их использованию Национального института старения США.
Прежде чем начать, убедитесь, что вы прошли соответствующее обучение и получили этическое одобрение от вашего института, необходимое для выполнения этой процедуры. Кроме того, используемые анестетики (например, кетамин и бупренорфин или фентанил и медетомидин) должны быть приобретены и обработаны в соответствии с соответствующими правилами вашего учреждения.
1. Подготовка (продолжительность 1 час)
2. Хирургическое вмешательство (продолжительность в среднем 1 час на животное)
3. Послеоперационный уход (продолжительность 3-7 дней)
Чтобы избежать неправильного нацеливания, перед каждым экспериментом проверяйте координаты с помощью инъекций красителя. Животным вводили 0,2-0,5 мкл триптофана синего по тому же протоколу, капилляры быстро удалялись после инъекции, а мозг быстро замораживался, чтобы ?...
Стереотаксическая инъекция, как и любая хирургическая процедура, имеет основную сложность – гарантировать благополучие и выживание животного. Поэтому очень важно внимательно следить за животным на протяжении всей процедуры. Основное внимание должно уделяться нере...
Авторам нечего раскрывать.
Это исследование было частично поддержано Программой внутренних исследований Национального института здравоохранения, Национальным институтом по проблемам старения. CES поддерживается компанией NS099416. Авторы выражают признательность за поддержку со стороны NIMH IRP Rodent Behavioral Core (ZIC MH002952 и MH002952 Yogita Chudasama) и 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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены