在大鼠中建立急性与慢性运动抽动表达的实验模型

摘要

我们介绍了在自由活动的大鼠中建立抽动表达的急性和慢性实验模型的方案。这些模型基于纹状体内埋植套管并随后给予GABA_A受体拮抗剂。急性模型采用短暂注射，而慢性模型则通过皮下植入的微型渗透泵进行持续输注。

摘要

运动抽动是突然、快速、反复出现的动作，是抽动秽语综合征及其他抽动障碍的主要症状。抽动产生的病理生理机制与基底神经节的异常抑制有关，尤其是其主要输入结构——纹状体。在啮齿类和非人灵长类动物模型中，将GABA_A受体拮抗剂（如荷包牡丹碱和苦味毒）局部施用于纹状体的运动区域，可引起局部去抑制，从而诱发运动抽动的表达。

本文介绍了大鼠运动抽动的急性与慢性模型。在急性模型中，通过植入背侧纹状体的套管进行荷包牡丹碱微量注射，可诱发持续时间较短的抽动症状，最长可持续约一小时。慢性模型则提供了一种替代方法，利用皮下植入的微型渗透泵持续输注荷包牡丹碱，使抽动症状的表达延长至数天甚至数周。

这些模型可用于研究在整个皮质-基底神经节通路中抽动产生的行为与神经机制。除了注射套管外，这些模型还支持植入其他记录和刺激装置，从而实现多种用途，例如电刺激与光刺激以及电生理记录。每种方法各有优缺点：急性模型能够比较在抽动表达之前、期间和之后运动的运动学特性及其相应的电生理变化，以及短期调节剂对抽动表达的影响。该急性模型建立简便，但仅限于短时间内使用。慢性模型虽然构建更为复杂，却使得研究长时间内抽动的动力学特征及其行为影响成为可能。因此，实证研究的具体问题决定了应选择这两种互补的抽动表达模型中的哪一种。

引言

抽动是图雷特综合征（Tourette syndrome, TS）及其他抽动障碍的定义性症状。抽动表现为突然、快速、反复出现的动作（运动性抽动）或发声（发声性抽动）¹。抽动的表现通常在多个时间尺度（小时、天、月和年）上，其时间特征（频率）²和空间特征（强度、身体部位）³会有所波动。这些变化受到多种因素的影响，例如环境因素^4,5、行为状态^6,7，以及有意识的暂时性抑制⁸。

尽管控制运动性抽动的神经机制尚未完全阐明，但越来越多的理论和实验研究为其本质提供了新的证据⁹。目前认为，抽动产生的病理生理机制涉及皮质-基底神经节（CBG）环路，特别是与作为基底神经节主要输入核团的纹状体抑制功能异常相关^10,11,12。先前在啮齿类和灵长类动....

方案

所有实验程序均经机构动物护理和使用委员会批准并监督，遵循美国国立卫生研究院《实验动物护理和使用指南》以及巴伊兰大学《研究中实验动物使用与护理指南》。本方案已获得以色列卫生部实验动物国家委员会的批准。

注意：本方案使用3-10月龄、体重280-350 g的雌性Long-Evans大鼠（急性与慢性模型）和雌性Sprague Dawley大鼠（急性模型）。若在其他品系、体重或年龄的动物中应用这些模型，应谨慎测试其不同的反应情况。

1. 急性模型

1. 术前准备
   1. 植入套管的制备
      注意：植入套管用于将荷包牡丹碱（bicuculline）局部注射至纹状体。
      1. 使用旋转工具将不锈钢25 G（外径0.02英寸，内径0.015英寸）的细管切割成所需长度，制成植入套管（图1，装置#1），确保切口边缘平整。套管长度取决于植入目标深度、套管植入角度以及最终固定帽的高度。植入目标深度应比最终注射目标位置高2 mm（0.079英寸），以避免组织损伤。
         注意：植入物中最高的部分决定了固定帽的高度。
      2. 打磨并使植入套管边缘光滑，以减少对脑组织的额外机械摩擦。插入一根30 G（0.01英寸）针头以清除内部任何阻塞物。

结果

上述内容介绍了在大鼠中建立急性与慢性抽动诱导模型的实验方案。这些方案涵盖了手术与实验的全部准备工作（急性模型见图1，慢性模型见图2）。将荷包牡丹碱（bicuculline）注射至纹状体的运动区域后，可引发持续性的运动性抽动。抽动出现在注射对侧，表现为短暂而重复的肌肉收缩。当荷包牡丹碱注射至纹状体前部时，抽动通常出现在大鼠的前肢、头部和/或下颌；而注射至后部时，抽动则出现在后肢¹⁸。在急性模型中（图3A），微注射荷包牡丹碱数分钟后开始出现抽动，持续数十分钟后逐渐减弱并最终消失¹⁸。在慢性模型中（图3B），抽动通常在植入含荷包牡丹碱的微型泵后的第一天开始出现¹⁹。抽动在一天中呈波动性出现，在安静觉醒状态下最为明显¹⁹.......

讨论

在本论文中，我们详细描述了在自由活动的大鼠中建立抽动急性与慢性模型的实验方案。这些方案涵盖了所有组件的准备、手术操作及实验流程，可根据特定研究需求进行定制化调整。这些模型的核心原理是将荷包牡丹碱（bicuculline）直接局部施加于纹状体的运动区域，该区域已知在抽动障碍的病理生理过程中起关键作用^10,11,12。在两种模型中，荷包牡丹碱均通过定制的植入式套管输送至目标区域。套管植入的具体靶点取决于期望产生抽动的身体部位。纹状体具有躯体定位组织特征^27,28,29,30，将其前部施加荷包牡丹碱可引发前肢、下颌和头部的抽动，而后部施加则导致后肢抽动¹⁸。.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
固定螺钉	Micro Fasteners	SMPPS0002	#0 x 1/8 - 圆头自攻螺钉
荷包牡丹碱甲碘化物	Sigma Aldrich	14343
氰基丙烯酸酯（CA）促进剂	Zap	PT29
氰基丙烯酸酯（CA）胶水	BSI	IC-2000	该胶水被发现比其他同类产品更牢固
牙科水泥	Coltene	H00322	Hygenic Perm Repair Material Reline Resin Self Cure
胶状胶水	Loctite		Ultra Gel Control
止血钳	WPI	501242	任何长度约为14 cm的止血钳均可满足需求
薄壁25G套管	Component supply company	HTX-25X
普通壁22G套管	Component supply company	HTX-22R
普通壁30G套管	Component supply company	HTX-30R
输注泵设备	New Era Pump Systems	NE-1000
微型渗透泵	ALZET	2001	1.0µl/小时，持续7天
聚乙烯（PE）兼容性粘合剂	CEYS		适用于难粘塑料（适用于PE）
PE-10导管管路	ALZET	PE-10	内径 = 0.28 mm，外径 = 0.61 mm
精密玻璃微量注射器，10µl	Hamilton	80065	1701 RNR 10µl 注射器 (22s/51/3)
组织粘合剂	3M	1469Sb	Vetbond
管路连接适配器	CMA	3409500
特氟龙微孔管路，内径0.02英寸 * 外径0.06英寸	Component supply company	TND80-020
0.005英寸线材	Component supply company	GWX-0050
0.013英寸线材	Component supply company	GWX-0130