在大鼠中生成电机Tic表达的急性和慢性实验模型
2021年5月27日
我们提出在行为自由的老鼠中生成急性和慢性抽搐表达实验模型的协议。模型基于纹状管管植入和随后的GABAA 拮抗剂应用。急性模型使用瞬时注射，而慢性模型则通过皮下植入的迷你渗透泵使用长时间输液。
该协议描述了一个独特的运动障碍的实验模型，通过布置的方法诱导运动抽搐在自由行为的老鼠，无论是在瞬时或慢性的方式。这种方法的主要优点是，它描述了唯一可用的tic表达模型，广泛用于研究图雷特综合征和其他抽搐障碍。视觉演示阐明了定制设备准备和植入手术的复杂过程。
演示这个程序的将是我实验室的研究生埃丝特·文纳和实验室经理卡佳·贝列洛夫斯基。首先，通过切割 25 英寸不锈钢低管和 0.013 英寸虚拟可拆卸内部导线来准备植入管。将这种假电线插入植入管中，直到它到达末端并弯曲多余的导线。
然后切一个70厘米的柔性聚合物显微管来准备喷油器。用旋转工具切割 30 仪表不锈钢低管，准备注射管。将三毫米的注射管插入一个柔性管中，并粘合它们之间的关节以获得喷油器。
手术时，将植入物滑到管架上，并将其降低到大鼠大脑中的植入目标。将植入的管子涂在老鼠的头骨上，涂上牙水泥。将准备好的假人插入此植入管中，并将牙科水泥涂抹在颅骨区域的其余部分，覆盖所有植入物。
要执行微注射，将喷油器连接到充满双管素的精密玻璃微注射器上，并将设置配置为每分钟 0.35 微升和总体积为 0.35 微升。把老鼠放在实验笼里。取出假人，将喷油器插入植入的管中，直通末端。
启动输液泵机，使用秒表跟踪抽搐启动和终止时间。注射一分钟后，取出喷油器，慢慢重新插入假人。通过切割 12 毫米 25 米不锈钢低管和输液管，切割 30 米不锈钢低管，准备一个管子指南。
将直径为 0.005 英寸的导线插入输液管中，并在预期位置将其弯曲为 L 形。接下来，通过切割一个8厘米的聚乙烯PE10管来准备灵活的导管管。从输液管中取出内线，用氰酸酯胶水和加速器将罐管导引胶在输液管弯曲部分附近的三毫米重叠处。
然后将输液管的水平部分插入导管管上。弹出泵流版主的半透明盖。将管适配器浸入 70% 酒精中，并将其连接到流版主的短管部分，直到它接触到白色法兰。
将柔性导管管插入管子适配器中，并使用夹架保持其长管部分，同时粘合所有连接。用纸巾包裹迷你渗透泵，然后使用夹架支架垂直固定，开口朝上。使用 27 号仪表钝针的注射器将泵装满 aCSF，小心避免空气进入。
使用 27 度钝针注射器，用 aCSF 填充输液管的长管部分。并将其插入泵中。在37摄氏度下将泵放在盐水烧嘴中至少4至6小时。
通过打开和关闭皮肤下的酒精消毒造影器，通过中囊线在老鼠的背部创建一个皮下口袋。将水泵从水浴中取出，放在用纸巾覆盖的老鼠背上。将输液管的管子导管滑动到管子上。
用恒温器握住泵，轻轻插入皮下口袋。将输液管植入目标，并用凝胶胶粘在头骨上。修复输液管，确保导管无扭结，允许颈部运动，并覆盖所有植入物与牙科水泥。
要执行泵置换手术，开始使用带 27 仪表钝针的注射器将双管素注射到泵中。继续注射双管线，同时去除注射器，以防止空气进入。将流向器插入泵内，并将泵放在盐水烧嘴中，在 37 摄氏度的水浴中至少放置 4 到 6 小时。
在植入泵上方的皮肤上切口。用室温 aCSF 清洗口袋，然后用纱布垫擦干。使用恒温器将充满 aCSF 的泵从流式版主中分离出来并丢弃它。
同样，从充满双库线的泵中分离并丢弃流量版主。轻轻地将充满双管线的泵连接到植入的流式版主上，用组织粘合剂粘合切口线。在急性模型中，抽搐开始出现几分钟后，双库线微注射，并持续几十分钟，然后最终衰变和停止。
在慢性模型中，抽搐通常在双库线填充泵植入后的第一天开始出现，在白天波动，在安静的清醒状态下最明显地观察到。运动抽搐具有陈规定型运动特征，可以在加速度计和陀螺仪信号中检测到。同样，由于出现大振幅 LFP 瞬态尖峰，还可以使用整个皮质-基础神经通道的局部场潜在信号评估抽搐时间。
这些模型使对抽搐表达的研究能够长期遵循不同的行为、环境和药理干预。
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概述
本协议描述了一种独特的抽动障碍实验模型，通过阐述在自由行为的大鼠中以暂时或慢性方式诱导运动抽动的方法。该方法的主要优点是它描述了唯一可用的抽动表达模型，该模型被广泛用于研究多动症和其他抽动障碍。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 行为科学
- 精神病学
背景
- 抽动障碍模型对于理解多动症至关重要。
- 该研究专注于诱导大鼠运动抽动。
- 为了研究目的，开发了急性和慢性模型。
- 视觉演示有助于理解所涉及的手术程序。
研究目的
- 提出在大鼠中生成抽动表达模型的协议。
- 提供有效研究抽动障碍的方法。
- 增进对抽动障碍机制的理解。
使用的方法
- 纹状体导管植入。
- GABA A 拮抗剂的应用。
- 急性模型的暂时注射。
- 慢性模型的小型渗透泵的长期输注。
主要结果
- 成功在自由行为的大鼠中诱导运动抽动。
- 展示急性和慢性抽动表达方法。
- 视觉辅助增强了对复杂程序的理解。
- 建立了一个可靠的模型，用于未来的抽动障碍研究。
结论
- 这些协议为研究抽动障碍的研究人员提供了宝贵的资源。
- 这些模型可以促进治疗干预的探索。
- 进一步的研究可以在这项基础工作的基础上推进该领域的知识。
常见问题
Executive Industry Relevance
Establishing reliable animal models of motor tic expression enables mechanistic de-risking in early discovery for neuropsychiatric targets. These acute and chronic rat models support target validation by linking striatal GABAA modulation to behavioral phenotypes relevant to Tourette syndrome and related disorders. The ability to study tic dynamics over varying timescales enhances predictive confidence in pathway modulation strategies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses regarding basal ganglia pathway modulation in tic pathophysiology.
- Operational Value: Enables functional target validation through inducible, quantifiable motor tic phenotypes.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by modeling target engagement effects on tic expression dynamics.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for assessing compound effects on tic frequency and kinematics.
- Operational Value: Provides standardized, reproducible readouts via accelerometer, gyroscope, and LFP signal analysis.
- Scalability: Chronic model supports prolonged compound exposure studies for chronic dosing regimens.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Models enable study of tic expression across behavioral, environmental, and pharmacological interventions.
- Mechanistic De-risking: Links cortico-basal ganglia pathway activity to tic generation via LFP transient spikes.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions based on target modulation effects on tic dynamics over days or weeks.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into discovery biology for hypothesis testing, screening for assay readiness, and translational research for preclinical continuity.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of striatal disinhibition mechanisms in tic generation.
- Screening: Enables assay readiness through quantifiable tic expression metrics and device compatibility for concurrent recordings.
- Analytics: Delivers quantitative dependent variable measurements including tic initiation/termination times, kinematic signatures, and LFP transient spikes.
- Translational Research: Connects acute and chronic models to preclinical validation of target modulation effects on tic phenotypes.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for chronic neuropsychiatric model studies via implantable infusion systems.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through mechanistic link between GABAA antagonism and tic expression.
- Operational Value: Standardization and reproducibility via implanted cannula systems and pump-based delivery.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions by evaluating target effects on tic frequency and duration.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of neuropsychiatric targets based on behavioral phenotype modulation.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery and cannula implantation.
- Dependent on precision infusion systems and neurochemical agents like bicuculline.
- Necessitates cross-team standardization for behavioral scoring and signal processing.
- Adaptation considerations across rodent strains and tic phenotype variability.
- Practical limitations include surgical complexity of chronic model and equipment durability over extended studies.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:51
Generation of Acute Experimental Model of Motor Tic Expression in a Rat
2:38
Generation of Chronic Experimental Model of Motor Tic Expression in a Rat
4:32
Implantation of Chronic Model (Osmotic Pump) into the Rat
6:19
Results: Tic Expression in Both Models
7:11
Conclusion
