Nagetiermodelle von L-DOPA-induzierten Dyskinesien sind unschätzbare Werkzeuge, um therapeutische Interventionen zu identifizieren, um die Entwicklung abzuschwächen oder die Manifestationen zu lindern, die aufgrund der wiederholten Verabreichung von L-DOPA auftreten. Dieses Protokoll zeigt, wie dyskinetische Bewegungen im einseitig 6-OHDA-läsionierten Rattenmodell der Parkinson-Krankheit induziert und analysiert werden können.
L-DOPA-induzierte Dyskinesien (LIDs) beziehen sich auf motorische Komplikationen, die durch eine längere L-DOPA-Verabreichung an Patienten mit Parkinson-Krankheit (PD) entstehen. Das häufigste Muster, das in der Klinik beobachtet wird, ist die Spitzendosis-Dyskinesie, die aus klinischen Manifestationen von choreiformen, dystonischen und ballistischen Bewegungen besteht. Das 6-Hydroxydopamin (6-OHDA) Rattenmodell von PD ahmt mehrere Eigenschaften von LIDs nach. Nach wiederholter L-DOPA-Verabreichung zeigen 6-OHDA-läsionierte Ratten dyskinetische Bewegungen (z. B. abnormale unwillkürliche Bewegungen, AIMs). Dieses Protokoll zeigt, wie AIMs bei 6-OHDA-läsionierten Ratten mit 90%-95% dopaminerger Depletion im nigrostriatalen Signalweg induziert und analysiert werden können. Wiederholte Verabreichung (3 Wochen) von L-DOPA (5 mg/kg, kombiniert mit 12,5 mg/kg Benserazid) kann die Entwicklung von AIM induzieren. Die Zeitverlaufsanalyse zeigt einen signifikanten Anstieg der AIMs nach 30-90 min (Peak-Dose-Dyskinesie). Nagetiermodelle von LIDs sind ein wichtiges präklinisches Instrument, um wirksame antidyskinetische Interventionen zu identifizieren.
Die Dopamin-Vorstufe L-3,4-Dihydroxyphenylalanin (L-DOPA) stellt die wirksamste Behandlung der motorischen Symptome der Parkinson-Krankheit (PD)1 dar. Die L-DOPA-Therapie kann motorische Symptome im Zusammenhang mit PD lindern, verliert jedoch mit der Zeit an Wirksamkeit. Motorische Schwankungen wie “Abnutzungsschwankung” oder “Verschlechterung am Ende der Dosis” manifestieren sich klinisch als verkürzte Wirkungsdauer einzelner L-DOPA-Dosen2. In anderen Fällen bestehen klinische Manifestationen aus langsamen Drehbewegungen und abnormalen Körperhaltungen (Dystonie)3 und treten auf, wenn der Dopaminspiegel niedrig ist (Off-Period-Dystonie)4. Auf der anderen Seite treten L-DOPA-induzierte Dyskinesien (LIDs) auf, wenn der Dopaminspiegel im Plasma und im Gehirn hoch ist5.
LIDs erzeugen schwächende Nebenwirkungen, darunter motorische Komplikationen wie choreiforme, dystonische und ballistische6-Bewegungen. Einmal etabliert, treten LIDs nach jeder L-DOPA-Verabreichung auf. Motorische Komplikationen treten bei 40% -50% der PD-Patienten auf, die sich 5 Jahre lang einer L-DOPA-Therapie unterziehen, und die Inzidenz steigt im Laufe der Jahre7. Obwohl die pathophysiologischen Mechanismen, die an der Entwicklung von LIDs bei Parkinson-Patienten beteiligt sind, noch nicht vollständig aufgeklärt sind, sind das Ausmaß der dopaminergen Denervierung, die pulsatile L-DOPA-Verabreichung, nachgeschaltete Veränderungen in striatalen Proteinen und Genen sowie Anomalien in Nicht-Dopamin-Transmittersystemen Faktoren, die zur Entwicklung dieser unerwünschten Nebenwirkungen beitragen 6,8,9,10.
Das Neurotoxin 6-Hydroxydopamin (6-OHDA) ist ein gut charakterisiertes Werkzeug zur Untersuchung von PD bei Nagetieren11,12,13,14. Da 6-OHDA die Blut-Hirn-Schranke nicht überschreitet, muss es direkt in den nigrostriatalen Weg injiziert werden. 6-OHDA-induzierte dopaminerge Depletion ist konzentrations- und standortabhängig15. Die einseitige Verabreichung von 6-OHDA am medialen Vorderhirnbündel (MFB) kann bei Nagetieren schwere (>90%) nigrostriatale Schäden verursachen16,17,18,19. Die chronische Verabreichung von L-DOPA an schwere einseitig 6-OHDA-läsionierte Nagetiere verursacht das Auftreten dyskinetischer Bewegungen, die als abnormale unwillkürliche Bewegungen (AIMs) bezeichnet werden. Dyskinetische Bewegungen bei Nagetieren haben ähnliche molekulare, funktionelle und pharmakologische Mechanismen im Zusammenhang mit LIDs bei Parkinson-Patienten5. Daher sind 6-OHDA-läsionierte Ratten20 und Mäuse21 wertvolle präklinische Modelle zur Untersuchung von LIDs. Bei chronischer Behandlung (7-21 Tage) mit therapeutischen Dosen von L-DOPA (5-20 mg/kg) zeigen einseitig 6-OHDA-läsionierte Ratten und Mäuse eine allmähliche Entwicklung von AIMs, die die Vordergliedmaßen, den Rumpf und die orofazialen Muskeln kontralateral zur Läsion betreffen 17,18,19,20,22,23,24 . Diese Bewegungen zeigen sich in einem Zeitverlauf, der L-DOPA-induzierten Spitzendosis-Dyskinesien bei PD-Patienten25 ähnelt und sind durch hyperkinetische Bewegungen und Dystoniegekennzeichnet 5. AIMs werden normalerweise basierend auf ihrem Schweregrad (z. B. wenn ein bestimmtes AIM vorhanden ist) und ihrer Amplitude (z. B. gekennzeichnet durch die Amplitude jeder Bewegung) bewertet5,23,25.
6-OHDA-läsionierte Nagetiermodelle von LIDs zeigen Gesichtsvalidität (d.h. das Modell hat mehrere Merkmale, die dem menschlichen Zustand ähneln)5,11,26,27,28. Nagetier-AIMs, ähnlich wie bei Parkinson-Patienten, werden als hyperkinetische (Vordergliedmaßen und orolinguale) und dystone (axiale) Bewegungen angesehen29 und ahmen Dyskinesie mit höchster Dosis nach. Auf molekularer und funktioneller Ebene teilen Nagetiermodelle viele pathologische Merkmale mit PD-Patienten5, wie z.B. die Hochregulierung von FosB/ΔFosB 19,26,30,31,32,33 und Serotonintransporter (SERT)34,35 . In Bezug auf die prädiktive Validität zeigen Medikamente, die LIDs bei Parkinson-Patienten reduzieren (z. B. der N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Rezeptorantagonist Amantadin), eine antidyskinetische Wirksamkeit im Nagetiermodell 22,36,37,38,39.
Die Bewertungsskala für Nagetier-AIM wurde basierend auf vier AIMs-Subtypen erstellt, darunter AIMs, die Kopf, Hals und Rumpf betreffen (axiale AIMs), hyperkinetische Vorderbeinbewegungen (Gliedmaßen-AIMs) und dyskinetisch-ähnliche orolinguale Bewegungen (orolinguale AIMs). Obwohl die kontralaterale Rotation (Lokomotiv-AIMs) auch bei einseitig läsionierten Nagetieren 20,22,23,25,40 vorhanden ist, wurde sie nicht als dyskinetische Bewegung bewertet, da sie möglicherweise kein spezifisches Maß für LIDs 22,37,41 darstellt.
Hier werden wir beschreiben, wie dyskinetische Bewegungen (axiale, gliedmaßenartige und orolinguale AIMs) im schweren (>90%) einseitig 6-OHDA-läsionierten Rattenmodell von PD induziert und analysiert werden können. Wir haben unser Protokoll auf der Grundlage der bisherigen Literatur und unseres Laborfachwissens organisiert.
Dieses Protokoll zeigt, wie AIMs im Rattenmodell von PD induziert und analysiert werden können, die durch einseitige Mikroinjektion von 6-OHDA in das MFB induziert werden. Die chronische tägliche Verabreichung niedriger Dosen von L-DOPA (5 mg/kg, kombiniert mit 12,5 mg/kg Benserazid) führte zur Entwicklung von AIM über die 3 Behandlungswochen. Die zeitliche Analyse ergab einen signifikanten Anstieg der AIMs, und die Dyskinesie mit der höchsten Dosis wird zwischen 30 und 90 Minuten nach der Verabreichung von L-DOPA b…
The authors have nothing to disclose.
Diese Arbeit wurde von der São Paulo Research Foundation (FAPESP, Stipendium 2017/00003-0) unterstützt. Wir sind dankbar für die Koordination zur Verbesserung des Hochschulpersonals (CAPES). Wir danken Dr. Anthony R. West, Dr. Heinz Steiner und Dr. Kuei Y. Tseng für die Unterstützung und das Mentoring.
6-hydroxydopamine hydrobromide | Sigma-Aldrich, USA | H6507 | Neurotoxin that produces degeneration of catecholaminergic terminals |
Benzerazide hydrochloride | Sigma | B7283 | Peripheral dopa-decarboxylase inhibitor |
Camera Bullet IR Turbo HD (HD-TVI) 2.8mm B | HIKVISION | DS-2CE16C0T-IRP | Camera used to record all behavior |
Imipramine hidrochloride | Alfa Aesar | J63723 | Norepinephrine transporter inhibitor (NET) used to protect noradrenergic neurons from 6-OHDA |
Ketamine hydrochloride | Ceva Animal Health | Anesthesia for surgical intervention | |
L-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA) methyl ester (hydrochloride) | Cayman Chemical Company | 16149 | Dopamine precursor |
Mirrors | Used to observe the behavior of animals during experiments in all directions | ||
Needles 0.30 x 13 mm | PrecisionGlide | Needles used to inject drugs | |
Sodium chloride (NaCl) | Samtec | Salt | |
Syringes 1 ml Sterile | BD Plastipak | Syringes used to inject drugs | |
Transparent cylinders | Used to record animal behavior during experiments | ||
Xylazine hydrochloride | Ceva Animal Health | Sedative, analgesic and muscle relaxant for surgical intervention |