Name: 在大鼠中生成电机Tic表达的急性和慢性实验模型 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-05-27T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 38 s
Description: 了解在大鼠中诱导运动性抽动的急性和慢性实验模型方法。该方案通过纹状体插管植入和GABA A拮抗剂应用，为研究图雷特综合征及其他抽动障碍提供唯一可用的抽动表达模型。

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本研究部分由以色列科学基金会（ISF）资助项目（297/18）支持。作者感谢 M. Bronfeld 建立急性啮齿类动物模型，以及 M. Israelashvili 提出的评论意见。

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<li>Vinner, E., Matzner, A., Belelovsky, K., Bar-gad, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissociation+of+tic+expression+from+its+neuronal+encoding+in+the+striatum+during+sleep%5BTitle%5D)+AND+%22bioRxiv%22%5BJournal%5D)">Dissociation of tic expression from its neuronal encoding in the striatum during sleep.</a> bioRxiv. , (2020).</li>
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<li>Brown, L. L., Sharp, F. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metabolic+mapping+of+rat+striatum%3A+somatotopic+organization+of+sensorimotor+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Metabolic mapping of rat striatum: somatotopic organization of sensorimotor activity.</a> Brain Research. 686, 207-222 (1995).</li>
<li>Brown, L. L., Smith, D. M., Goldbloom, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organizing+principles+of+cortical+integration+in+the+rat+neostriatum%3A+Corticostriate+map+of+the+body+surface+is+an+ordered+lattice+of+curved+laminae+and+radial+points%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Comparative+Neurology%22%5BJournal%5D)">Organizing principles of cortical integration in the rat neostriatum: Corticostriate map of the body surface is an ordered lattice of curved laminae and radial points.</a> Journal of Comparative Neurology. 392 (4), 468-488 (1998).</li>
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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

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。...

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物中的研究表明，通过局部应用不同的GABAA受体拮抗剂（如荷包牡丹碱和苦味毒）可解除纹状体的抑制状态13,14,15,16,17,18。这种药理学干预可导致对侧身体出现短暂的运动性抽动，从而建立了一种具有良好表观效度和结构效度的急性抽动障碍模型。该急性模型易于诱导，可用于研究短期调控（如电刺激和光刺激）在抽动发生前、中、后阶段对电生理和运动学记录的影响。然而，该急性模型仅限于注射后的短时间内。基于此急性模型，我们近期提出了一种大鼠慢性抽动生成模型，该模型通过皮下植入的微型渗透泵向纹状体持续、恒速输注荷包牡丹碱19。该模型将抽动表达的时间延长至数天至数周。长时间持续释放荷包牡丹碱使得研究人员能够考察多种因素（如药物治疗和行为状态）对抽动表达的影响。
本文介绍了在大鼠中建立抽动症急性与慢性模型的实验方案。根据具体的研究问题，这些方案可对多种参数进行精细调节，包括单侧与双侧埋植、抽动部位（依据纹状体的躯体定位组织）18 以及植入套管的角度（取决于其他植入装置的位置）。慢性模型所采用的方法部分基于商业产品，但进行了关键性调整以适配抽动模型。本文详细阐述了定制化调整这些抽动模型所需的具体步骤。

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

在大鼠中建立急性与慢性运动抽动表达的实验模型

Generating Acute and Chronic Experimental Models of Motor Tic Expression in Rats

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GABAA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。

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...

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GABAA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。

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核心症状。抽动的病理生理学……

本方案介绍了一种独特的抽动障碍实验模型，详细阐述了在自由活动的大鼠中诱导运动性抽动的方法，可实现短暂性或慢性抽动。该方法的主要优势在于，它描述了目前唯一可用的抽动表达模型，被广泛用于研究图雷特综合征及其他抽动障碍。通过视频演示，清晰地展示了自制设备制备及植入手术的复杂过程。演示该操作的将是我实验室的研究生 Esther Vinner 和实验室管理员 Katya Belelovsky。首先，通过截取一段 25 号不锈钢套管和一根直径 0.013 英寸的可拆卸假芯内丝来制备植入套管。将该假芯插入植入套管中直至末端，并弯折多余的金属丝。然后截取一段70厘米长的柔性聚合物微孔管以制备注射器。使用旋转工具截取一段30号不锈钢套管，制备注射针头。将该注射针头的3毫米部分插入柔性管中，并在连接处涂胶固定，从而获得注射器。进行手术时，将植入套管滑入套管固定器，并将其下放至大鼠脑内的植入靶点。使用牙科水泥将植入的套管固定在大鼠颅骨上。将预先准备好的假芯插入该植入套管中，并在颅骨其余区域涂抹牙科水泥，以覆盖所有植入部件。进行微量注射时，将注射装置连接至装有荷包牡丹碱的精密玻璃微量注射器，并设置注射速率为每分钟0.35微升，总注射体积为0.35微升。将大鼠放入实验笼中。取下假插管，通过末端将注射器插入已植入的套管内。启动输注泵设备，并使用秒表记录抽动开始和结束的时间。注射一分钟后，移除注射器并缓慢重新插入假装置。通过截取一段12毫米长的25号不锈钢套管来制备套管引导针，通过截取一段30号不锈钢套管来制备输注套管。将直径为0.005英寸的金属丝插入灌注套管中，并在预定位置弯成L形。接着，通过截取一段8厘米长的聚乙烯PE10管来制备柔性导管管路。取出灌注套管内的金属丝，使用氰基丙烯酸酯胶水和促凝剂，将套管引导管粘接在灌注套管弯曲部分附近3毫米的重叠区域上。然后将输注套管的水平部分插入导管管路中。弹出泵流速调节器的半透明帽。将管路接头浸入70%酒精中，并将其连接到流速调节器的短套管部分，直至接触白色凸缘。将柔性导管插入导管连接头中，并用夹具架固定其较长的套管部分，同时粘合所有连接处。用纸巾包裹微型渗透泵，并使用夹具架将其开口朝上垂直固定。使用带有27号钝针头的注射器向泵内注入人工脑脊液（aCSF），注意避免空气进入。使用带有27号钝针的注射器，用aCSF填充输注管的长套管部分，然后将其插入泵中。将泵置于盛有生理盐水的烧杯中，在37摄氏度下放置至少4至6小时。在大鼠背部肩胛骨中线处，通过皮肤交替开合经酒精灭菌的止血钳，创建一个皮下囊腔。将泵从水浴中取出，放置在大鼠背部，并用纸巾覆盖。将输注管的导管套管滑入导管固定装置中。用止血钳夹住泵体，轻轻将其插入皮下囊袋中。将输注导管植入目标位置，并使用凝胶胶水将其粘附于颅骨上。固定输注导管，确保导管无扭曲，以允许颈部自由活动，并用牙科水泥覆盖所有植入物。进行泵更换手术时，使用带有27号钝针的注射器开始向泵内注射荷包牡丹碱。在拔出注射器的同时继续注射荷包牡丹碱，以防止空气进入。将流量调节器插入泵内，并将泵置于盛有生理盐水的烧杯中，在37摄氏度水浴中放置至少四到六小时。在植入泵上方的皮肤上做切口。用室温 aCSF 冲洗囊袋，并用纱布垫擦干。使用止血钳将充满 aCSF 的泵从流速调节器上分离，并将其丢弃。同样，将填充有荷包牡丹碱的泵上的流速调节器拆下并丢弃。轻轻将装有荷包牡丹碱的泵连接到已植入的流速调节器上，并使用组织粘合剂封闭切口线。在急性模型中，抽动症状在荷包牡丹碱微量注射后数分钟内开始出现，持续数十分钟后逐渐减弱并最终停止。在慢性模型中，抽动症状通常在植入含荷包牡丹碱的泵后第一天开始出现，症状在一天内呈波动性，且在安静觉醒状态下最为明显。运动性抽动具有刻板的动力学特征，可通过加速度计和陀螺仪信号检测到。类似地，由于局部场电位信号中出现大振幅的瞬态尖峰，也可利用皮质-基底神经节通路中的局部场电位信号来评估抽动发生的时间。 这些模型使得能够在较长时间内研究不同行为、环境和药物干预对抽动表达的影响。

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