Die Vorteile einer kontinuierlichen Medikamentenabgabe direkt ins Gehirn sind zahlreich. Wiederholte und häufige Injektionen, die einen unnötigen Stressfaktor für Tiere darstellen, können vermieden und eine konstantere intracerebrale Konzentration des Medikaments erreicht werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn systemisch verabreichte Medikamente nicht leicht in die Blut-Hirn-Schranke eindringen. Darüber hinaus ermöglicht die chronische Medikamentenabgabe über osmotische Pumpen die lokalisierte Abgabe von Substraten, die ansonsten systemweite Nebenwirkungen haben würden. Die Medikamente können gezielt an die gewünschten Hirnstrukturen abgegeben werden, so kann die resultierende Wirkung direkt nachverfolgt werden. Dies kann für eine Reihe von Anwendungen verwendet werden, wie die Untersuchung von therapeutischen Wirkungen sowie die Untersuchung von Pathomechanismen. Diese letzte Anwendung wurde im Projekt hierin verwendet, um ein pharmakologisches Mausmodell für Dystonie zu erstellen.
Die Analyse und das Verständnis von dystonischen Syndromen, die die dritthäufigste Bewegungsstörung darstellen, wurden stark durch die Tatsache eingeschränkt, dass genetische Tiermodelle den Krankheitsphänotyp, der sowohl bei kranken Menschen als auch in der Pathophysiologie vorkommt, weitgehend nicht reproduzieren. Dieses Problem beschränkt sich nicht auf dystonische Syndrome, sondern betrifft in der Tat viele transgene Nagetiermodelle im Bereich der Bewegungsstörungen1,2. Der Grund für das Fehlen eines Phänotyps in transgenen Nagetiermodellen könnte auf hochwirksamenKompensationsmechanismen3 basieren. Im Falle von Dystonie ist die Krankheit durch unwillkürliche Muskelkontraktionen gekennzeichnet, die verdrehende Bewegungen und abnorme Haltungenverursachen 4. Die Untersuchung der sekundären Ursachen (d.h. Hirnverletzungen) von dystonischen Symptomen hat dazu beigetragen, die Strukturen zu identifizieren, die an der Manifestation dieser motorischen Anomalien beteiligt sind, wie die Basalganglien5. Hirnbildgebungsstudien von erblichen Formen der Dystonie haben funktionelle Anomalien in fast allen Hirnregionen gezeigt, die für die motorische Steuerung und sensorimotorische Integration verantwortlich sind6,7. Nagetiermodelle sind jedoch immer noch notwendig, um das Verständnis der neuronalen Funktionsstörungen auf molekularer und großflächiger Netzwerkebene sowie für die Entwicklung therapeutischer Optionen zu vertiefen. Hier bieten pharmakologische Mausmodelle die Möglichkeit, die klinischen und pathologischen Merkmale einer Krankheit präziser zu replizieren.
Schnelleinfalldystonie-Parkinsonismus (DYT/PARK-ATP1A3; EPEP; DYT12) ist eine der erblichen Formen der Dystonie. Es wird durch Funktionsverlustmutationen im ATP1-3-Gen verursacht, das für die Untereinheit 3 der Na+/K+-ATPase8kodiert. Darüber hinaus wird anerkannt, dass Genmutationsträger jahrelang frei von Symptomen sein können, bevor sie nach der Exposition gegenüber einem stressigen Ereignis eine akut generalisierte Dystonie und Parkinsonentwickeln entwickeln. Tatsächlich ist die Penetranz von DYT/PARK-ATP1A3 unvollständig und belastende Ereignisse, die als Auslöser fungieren, reichen von körperlicher Überanstrengung und extremen Temperaturen bis hin zu übermäßigem Alkoholkonsum und Infektionen9,10. Um DYT/PARK-ATP1A3 zu untersuchen und mögliche therapeutische Interventionen zu finden, wurde mehrfach versucht, die stressabhängige Krankheitsentwicklung in Nagetiermodellen nachzuahmern. Abgesehen von dem bestehenden genetischen DYT/PARK-ATP1A3-Mausmodell, bei dem vorübergehende abnormale und krampfartige Bewegungen durch Unterkühlung induziert wurden, haben alle veröffentlichten genetischen Mausmodelle für DYT/PARK-ATP1A3 keine dystonischen Symptome1,11,12erzeugt. Calderon et al. hatten zuvor gezeigt, dass die bilaterale Blockierung der Untereinheit 3 in den Basalganglien und im Kleinhirn über das Herzglykosid-Ouabain bei Wildmäusen zu einer leichten Gangstörung führt13. Die zusätzliche Exposition gegenüber elektrischen Fußschocks in einer warmen Umgebung führte zu einem dystonischen und bradykinetischen Phänotyp, was zeigt, dass chronische und gezielte Perfusion von Ouabain gefolgt von Stress den DYT/PARK-ATP1A3-Phänotyp erfolgreich imitiert.
Jedoch, Exposition der Tiere zu elektrischen Fußschocks in einer warmen Umgebung von 38-40 °C über einen Zeitraum von zwei Stunden induziert Schmerzen und Angst bei Tieren, die verwirrende Faktoren darstellen, insbesondere für die Beurteilung von Veränderungen im Katecholamin-System im Zusammenhang mit der Entwicklung von Dystonie. So beschreiben wir hierin eine andere Art von Stressparadigma mit hohem Translationswert, was auf die Tatsache zurückgeht, dass leichte bis mäßige Bewegung als Auslöser bei DYT/PARK-ATP1A3-Patienten beschrieben wurde9. Darüber hinaus ist repetitive Übung ein bekannter Auslöser für fokale Dystonie14. Mäuse wurden immer wieder anspruchsvollen motorischen Aufgaben unterzogen, die aus drei Absteigen eines Holzpfahls ("Poltest") und drei Läufen auf einem Rotarod-Gerät ("Rotarod-Leistungstest") bestanden. Die Platzierung der Tiere auf der Oberseite eines 50 cm großen Holzpfahls wurde verwendet, um die Tiere zum Abstieg zu zwingen, das Rotarod-Gerät wurde eingesetzt, um Mäusen Zwangsaktivität zu unterwerfen, indem sie sie auf eine rotierende Stange legten.
Die Charakterisierung des motorischen Phänotyps eines Mausmodells für Dystonie ist aufgrund des Fehlens vordefinierter Tests und Ergebnisse besonders anspruchsvoll. Allerdings wurde in den letzten Jahren wiederholt eine Variante einer Motorbehinderungsbeurteilung verwendet, um die Schwere und Verteilung von Dystonie-ähnlichen Bewegungen bei Nagetieren13,15,16zu bewerten. Wir stellen hierin eine modifizierte Version der Dystonie-Bewertungsskala vor, die sich bei der Bewertung des Dystonie-ähnlichen Phänotyps von Tieren als wirksam erwiesen hat, wenn sie über einen Zeitraum von vier Minuten beobachtet wird. Als zweite Methode zur Beurteilung von Dystonie-ähnlichen Bewegungen präsentieren wir ein neu entwickeltes Bewertungssystem zur Beurteilung abnormaler Bewegungen während eines Schwanzsuspensionstests. Es ermöglicht die Beurteilung der Häufigkeit und Dauer von Dystonie-ähnlichen Bewegungen und Haltungen der vorderen Gliedmaßen, Hinterbeine sowie Rumpf.