Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Настоящий протокол описывает интрацеребровентрикулярную (ICV) инъекцию взрослым рыбкам данио нейротоксического 6-гидроксидофамина (6-OHDA) в вентральный диэнцефалон (Dn) и оценку нарушения и последующее восстановление плавательного поведения после этого с использованием теста в открытом резервуаре, который сопровождается анализом с использованием программного обеспечения для отслеживания видео.
Ограничения современных методов лечения в задержке дофаминергической потери нейронов при болезни Паркинсона (БП) повышают потребность в альтернативных методах лечения, которые могут восстановить эти нейроны. В настоящее время много усилий направлено на лучшее понимание нейрорегенерации с использованием доклинических моделей in vivo . Однако эта регенеративная способность к самовосстановлению неэффективна у млекопитающих. Таким образом, животные, не являющиеся млекопитающими, такие как рыбки данио, стали отличной нейрорегенеративной моделью из-за ее способности постоянно самообновляться и иметь близкую гомологию мозга к людям. В рамках усилий по выяснению клеточных событий, участвующих в нейрорегенерации in vivo, мы создали модель БП взрослых рыбок данио, индуцированную 6-гидроксидотамином (6-OHDA). Это было достигнуто за счет оптимизированной интрацеребровентрикулярной (ICV) микроинъекции 99,96 мМ 6-OHDA для специфического абляции дофаминергических нейронов (DpN) в вентральном диэнцефалоне (Dn) мозга рыбок данио. Иммунофлуоресценция показала более 85% абляции DpN на третий день после поражения и полное восстановление DpN на участке поражения через 30 дней после поражения. Настоящее исследование определило ухудшение и последующее восстановление плавательного поведения рыбок данио после поражения с помощью теста в открытом поле, с помощью которого были количественно определены два параметра, пройденное расстояние (см) и средняя скорость (см/с). Локомоцию оценивали путем анализа записей отдельных рыб каждой группы (n = 6) с использованием программного обеспечения для отслеживания видео. Результаты показали значительное (p < 0,0001) снижение скорости (см / с) и пройденного расстояния (см) пораженных рыбок данио через 3 дня по сравнению с фикцией. Пораженная рыбка данио продемонстрировала полное восстановление плавательного поведения через 30 дней после высадки. Представленные результаты показывают, что 6-OHDA пораженная взрослая рыбка данио является отличной моделью с воспроизводимым качеством для облегчения изучения нейрорегенерации при БП. Будущие исследования механизмов, лежащих в основе нейрорегенерации, а также внутренних и внешних факторов, которые модулируют процесс, могут дать важное представление о новых стратегиях клеточной заместительной терапии против БП.
Болезнь Паркинсона (БП), заболевание, характеризующееся мышечной ригидностью, тремором покоя и брадикинезией, является самым быстрорастущим неврологическим заболеванием в мире1,2. Риск и распространенность БП быстро увеличиваются с возрастом, особенно у лиц в возрасте 50 лет и старше3. Этиология и патогенез БП до сих пор остаются малоизученными. Это часто оставляло раннее начало БП недиагностированным. В настоящее время недостаток дофамина и потеря дофаминергических нейронов (DpN) у пациентов с БП тесно связаны с проявлением двигательной симптоматики4. Используя эту связь, несколько методов лечения были разработаны либо для того, чтобы действовать непосредственно как замена дофамина (то есть леводопа), либо для компенсации потери DpN (то есть глубокой стимуляции мозга). Хотя эти методы лечения приносят симптоматические преимущества, они не изменяют ухудшающееся течение заболевания5. Ввиду этой значительной слабости была предложена клеточная заместительная терапия. Эффективность этого подхода, однако, непоследовательна, учитывая проблемы подготовки трансплантата, контроля роста клеток и нестабильности фенотипа. Клеточная заместительная терапия, которая вызвала этические проблемы, также представляет риск индуцирования опухолей головного мозга и нежелательных иммунных реакций6,7.
Ограничения современных терапевтических стратегий привели к большему акценту на регенерацию DpN как потенциальный подход в лечении БП. Регенерация DpN или нейрорегенерация стала одним из многообещающих прорывов в лечении БП не только из-за ее потенциала в качестве нового терапевтического метода, но и как средства для понимания механизма заболевания8, См. 9. Этот подход фокусируется на восстановлении функции нейронов путем дифференцировки, миграции и интеграции существующих клеток-предшественников в поврежденную схему10. В целях дальнейшего изучения нейрорегенерации были проведены различные исследования in vivo. Было обнаружено, что позвоночные, такие как млекопитающие, амфибии и рептилии, генерируют новые клетки мозга после травмы11,12. Среди позвоночных млекопитающие животные более востребованы, учитывая их генетическое сходство с людьми. Млекопитающие, однако, демонстрируют ограниченную и плохую репаративную способность в центральной нервной системе (ЦНС), которая может длиться до взрослой жизни после поражения мозга13. В целом, млекопитающие не подходят в качестве животных моделей для понимания нейрорегенерации, учитывая, что низкое количество производимых нейронов будет недостаточным для восстановления поврежденных нейронных цепей, наблюдаемых при БП. Таким образом, модель на основе телеоста, особенно у рыбок данио, пользуется большим преимуществом из-за ее высокой пролиферативной скорости, способности к непрерывному самообновлению и закрытию гомологии мозга с людьми14,15.
Рыбки данио чаще всего используются для изучения беспорядочного движения при PD16. Модель БП на основе рыбок данио обычно индуцируется нейротоксинами, которые включают 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин (MPTP) и 6-гидроксидофамин (6-OHDA)17. Несмотря на эффективность в индуцировании удельной потери DpN и снижения уровня дофамина, модели на основе MPTP не точно имитируют условия PD, поскольку потеря DpN не ограничивается исключительно CNS18. Неспособность 6-OHDA пересекать гематоэнцефалический барьер ограничивала его влияние на клеточные и функциональные изменения в мозге, когда он вводится интракраниально, а не внутримышечно19. Периферическое введение 6-OHDA вызвало глобальное снижение уровня дофамина во всей нервной системе20. В то время как введение 6-OHDA в спинномозговую жидкость вызывало абляцию DpN по всему ЦНС21, что не имитирует состояние, наблюдаемое при БП, при котором потеря DpN происходит конкретно в черной субстанции человеческого мозга. Введение ICV 6-OHDA, напротив, специфически индуцировало значительную абляцию DpN в области вентрального Dn в мозге рыбок данио, которая очень напоминала substantia nigra22. Интересно, что восстановление DpN было зарегистрировано через 30 дней после 6-OHDA-индуцированного поражения, и эти нейроны выжили в течение жизни23,24. Функциональное восстановление DpN было продемонстрировано с помощью локомоторной оценки пройденного расстояния (см) и средней скорости (см/с) с использованием модели PD на основе 6-OHDA-индуцированной взрослой рыбки данио22.
Настоящее исследование было одобрено Комитетом по исследованиям и этике животных (CARE), Universiti Technologi MARA (UiTM) [Ссылка No: UiTM CARE 346/2021 от 7 мая 2021 года].
ПРИМЕЧАНИЕ: Были использованы опубликованные протоколы22,25,26 для стандартного разведения и поддержания модели 6-OHDA-пораженных взрослых рыбок данио. Эксперименты проводились со взрослым самцом рыбки данио (Danio rerio) в возрасте более пяти месяцев со стандартизированной длиной 3,2-3,7 см.
1. Препараты для содержания рыбок данио и микроинъекции перед ICV
2. Обезболивание и инъекции ICV рыбок данио
Рисунок 1: Место инъекции нейротоксина, 6-OHDA. (A) Точка микрокапиллярного входа направляется пересечением между метопическим швом (MS), корональным швом (CS) и сагиттальным швом (SS), который соединяет лобный и теменной череп мозга рыбок данио (вид плана). (B) На схематическом рисунке (виде плана) черепа и мозга рыбки данио показан микрокапилляр, который опущен непосредственно над хабенулой (Hab), и его точка входа на пересечении между полушариями. (C) Схематический рисунок (сагиттальный срез) мозга рыбки данио показывает угол инъекции и глубину проникновения. Черная точка представляет собой поврежденный участок, который расположен над целевой областью, вентральным диэнцефалоном. Сокращения: 6-OHDA: 6-гидроксидофамин, CS: корональный шов, Dn: diencephalon, Hab: habenula, Hyp: гипоталамус, MS: метопический шов, OB: обонятельная луковица, POA: преоптическая область, PT: задний туберкулез, SS: сагиттальный шов, Tec: tectum и Tel: telencephalon. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
3. Оценка состояния опорно-двигательного аппарата
ПРИМЕЧАНИЕ: Локомоторная оценка рыбок данио (n = шесть / группа; фиктивная против пораженной) оценивалась индивидуально с помощью теста в открытом резервуаре с использованием установленных протоколов28,29 на третий день и на 30-м дне после поражения 6-OHDA.
Рисунок 2: Экспериментальная установка теста в открытом резервуаре для оценки локомоторного поведения рыбок данио. (А) Экспериментальный резервуар (вид спереди) размещен на приподнятой платформе, которая освещается снизу. Четыре стенки резервуара покрыты белой бумагой, а записи захватываются в осевом направлении. Температура измеряется с помощью термометра и регулируется при 28 ± 1,0 °C с помощью коммерческого аквариумного обогревателя. (B) Снимок экрана (вид плана) видеозаписи, снятой с помощью установки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
В настоящем эксперименте оценивались изменения в плавательном поведении взрослых рыбок данио после микроинъекции ICV с 6-OHDA. Причина использования 6-OHDA в качестве нейротоксина выбора была связана с его неспособностью пересекать гематоэнцефалический барьер, который производил специфич...
Настоящая работа успешно продемонстрировала локомоторную оценку установленной 6-OHDA-индуцированной, взрослой модели PD на основе рыбок данио. Весь эксперимент включал в себя три основных этапа: подготовка микроинъекции до ICV, микроинъекция ICV рыбок данио и оценка локомоторов. Чтобы обес?...
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Эта работа была поддержана Министерством высшего образования Малайзии в рамках Схемы грантов на фундаментальные исследования [600-IRMI/FRGS 5/3 (033/2019)].
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Materials | |||
6-Hydroxydopamine (6-OHDA) | Sigma-Aldrich, Missouri, USA | 162957 | |
Ascorbic acid | Thermo Fisher Scientific, California, USA | FKC#A/8882/53 | |
Disposable pasteur pipette, 3 mL | Thermo Fisher Scientific, California, USA | FB55348 | |
Microcentrifuge tube, 0.2 mL | Eppendorf, Hamburg, Germany | 30124332 | |
Nice conical flask, 100 mL | Evergreen Engineering & Resources, Semenyih, Malaysia | SumYau0200 | |
Phosphate buffered saline (PBS) | Sigma-Aldrich, Missouri, USA | P4417 | |
Sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich, Missouri, USA | S5761 | |
Sodium chloride | Merck, Darmstadt, Germany | 106404 | |
Stereomicroscope | Nikon, Tokyo, Japan | SMZ745 | |
Tricaine methanesulfonate (MS-222) | Sigma-Aldrich, Missouri, USA | E10521 | |
Equipment | |||
ANY-maze software | Stoelting Co., Illinois, USA | - | version 7.0; video tracking software |
Cubis II Micro Lab Balance | Sartorius, Göttingen, Germany | SE 2 | |
FemtoJet IV microinjector | Eppendorf, Hamburg, Germany | 5192000035 | |
Femtotip II, sterile injection capillary | Eppendorf, Hamburg, Germany | 5242957000 | |
InjectMan 4 micromanipulator | Eppendorf, Hamburg, Germany | 5192000027 | |
LED Portable Lamp | MR. DIY, Selangor, Malaysia | 9023251 | 20 mAh |
PELCO Pro Superalloy, offset, fine tips | Ted Pella, California, USA | 5367-12NM | |
Shanda aquarium heater | Yek Fong Aquarium, Selangor, Malaysia | SDH-228 | |
Thermometer | Sera Precision, Heinsberg, Germany | 52525 | |
Video camera | Nikon, Tokyo, Japan | D3100 |
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