2019年1月23日
由束缚应激后的足迹分析和悬挂箱实验组成的低成本方案,可用于评估小鼠模型的运动障碍。
我们采用步态分析的实验方案在判断运动障碍小鼠是否模拟步态异常患者症状方面具有重要价值。因此,可在应激负荷试验中轻松开展步态分析,且无需昂贵设备,即可检测小鼠特定的运动表型,同时避免自发性效应的干扰。在开始行为学实验前,记录每只小鼠的体重,并使用记号笔标记其尾部以作识别。
当所有动物完成称重和标记后,将小鼠置于实验室内至少30分钟,并在实验台上放置一个透明的、25 × 25 × 40厘米的悬挂箱,箱顶配有可旋转的金属网盖。待小鼠适应环境后,将一只小鼠置于金属网盖中央,小心地将网盖翻转至倒置位置。随后,测量小鼠从网盖上掉落的潜伏期,之后将其放回原饲养笼中。
当所有小鼠完成测试后,将一张 9.9 × 42 厘米的白纸放置在实验台上,并在纸的远端放置一个深色目标箱。在跑道两侧放置其他长度与纸张相近的箱子,以防止小鼠逃逸。并在不同的 35 毫升培养皿中分别加入黑色和红色墨水。
为进行分析前训练小鼠,将一只小鼠置于纸张的近端,使其朝向目标箱,让小鼠从纸张近端行走至目标箱。当小鼠到达箱子后,轻轻抓住其颈部皮肤,将后肢和尾巴夹在拇指指腹与其他手指之间,以限制后肢的活动。随后,将前肢底部浸入红色墨水中,后肢底部浸入黑色墨水中。
然后立即将小鼠重新放回纸张的近端,使其朝向目标箱,并让小鼠从近端走向目标箱。待带有脚印的纸张空气干燥后,使用直尺测量步幅长度的三个数值,即测量相同部位前爪脚印之间的距离。测量前肢基宽时,需在连续同侧前脚印之间画一条连线,然后测量从前脚印足垫到该连线的垂直线长度。
通过在连续的右后脚印之间画一条线,并测量从左后脚印的脚垫到该线的垂直距离,来确定后肢基部宽度。对于重叠部分,测量前脚印与后脚印脚垫之间的距离。制备固定管时,使用方钻在50毫升试管的刻度线位置及其每条刻度线的背面沿刻度方向钻16个直径为2毫米的孔。
剪去管子的顶端,形成一个5毫米的孔用于通气,并在管帽上打一个4毫米的孔用于穿过尾巴。进行应激负荷测试时,捏住小鼠的颈背部皮肤,将动物头朝前放入固定管中,前肢轻轻固定。在盖上管帽前,将尾巴穿过管帽上的孔。
将小鼠置于实验台面上,在室温下放置两小时。在应激负荷期结束后,将小鼠从管中取出,并放回其原有饲养笼中。如这些代表性图示所示,在四周龄时,杂合型快速发作性肌张力障碍帕金森综合征模型小鼠的前肢和后肢步幅长度均显著短于其野生型同窝小鼠。
应激杂合型快速发作性肌张力障碍帕金森综合征模型小鼠在八周龄时,其双侧肢体的步幅长度也显著短于应激野生型同窝小鼠。在任何年龄组的小鼠中,双侧肢体步幅长度的不对称性均无显著差异。所有组别在各个年龄阶段的前肢基底距离和双侧肢体重叠程度也均相似。
在10周龄时,与应激的野生型动物相比,这些应激的杂合型快速发作性肌张力障碍帕金森综合征模型小鼠的后基部显著更宽,表明应激会导致杂合型快速发作性肌张力障碍帕金森综合征模型小鼠出现运动功能缺陷。在4至10周龄的动物中,野生型与突变型之间的悬挂时间未观察到显著差异。然而,在12周龄时,应激野生型小鼠的悬挂时间显著长于其他动物,提示在较年长的动物中,可通过束缚试验区分杂合型快速发作性肌张力障碍帕金森综合征模型小鼠与野生型小鼠的运动功能缺陷。
将小鼠的四肢底部蘸上墨水后,立即将其放置于纸上,以避免墨水在行走测试前干燥。可进行其他情绪相关特征的测试,如敞箱实验、高架十字迷宫和强迫游泳实验,以判断步态异常是否仅由运动功能障碍引起。通过改变应激负荷的次数和持续时间,并比较不同负荷条件下运动表型的差异,本方案还可用于探究机体对应激的易感性。
通过改变应激负荷的次数和持续时间,并比较不同负荷条件下的运动表型,本方案可用于探究对应激的易感性。
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本方案利用步态分析来评估小鼠模型中的运动障碍,特别是模拟人类步态异常的情况。该方法成本较低,所需设备最少,能够有效检测束缚应激后的运动表型。
小鼠模型中的定量步态与运动功能分析对于早期运动障碍研究至关重要,尤其是在缺乏自发表型的情况下。该低成本方案能够灵敏地检测出应激诱导的运动功能缺陷,有助于在临床前神经科学研究流程中进行靶点验证和机制风险排除。其可及性拓宽了转化研究的能力,并为基于风险评估的投资组合决策提供依据。
本方案通过为经历慢性束缚应激的小鼠模型提供标准化的行为学读数,将其整合到从发现到临床前研究的连续过程中。