Motor und Hippokampus-Dependent Spatial Learning und Referenz-Gedächtnis-Bewertung in einem transgenen Mausmodell der Alzheimer-Krankheit mit Schlaganfall

Das übergeordnete Ziel dieser Verhaltensuntersuchungen besteht darin, die motorische Funktion sowie die räumliche Lern- und Gedächtnisleistung in einem neuartigen komorbiden Rattenmodell der Alzheimer-Krankheit und eines Schlaganfalls zu bewerten. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Demenzforschungsbereich zu beantworten, beispielsweise wie sich die Pathologie von Schlaganfall und Alzheimer-Krankheit gegenseitig beeinflusst und dabei ein Phänotyp mit möglicherweise verstärkten motorischen Defiziten und beschleunigtem kognitivem Verfall entsteht. Der Hauptvorteil dieser Verfahren liegt darin, dass sie eine Vielzahl von Gehirnfunktionen testen, gleichzeitig aber einfach durchzuführen, kosteneffizient sind und sich für wiederholte Untersuchungen zu späteren Zeitpunkten eignen.

Die Implikationen dieser Technik reichen bis zur Prävention von Demenz nach Schlaganfall, da neuartige präventive Wirkstoffe daraufhin getestet werden können, ob sie das komorbide Verhaltensphänotyp verbessern können. Zunächst platzieren Sie einen Spiegel in einem Winkel von 45 Grad unter einer zuvor montierten Zylindervorrichtung. Befestigen Sie anschließend eine Videokamera an einem Stativ und positionieren Sie diese in einem Abstand von etwa 50 Zentimetern zur Vorrichtung.

Überprüfen Sie, ob der gesamte Durchmesser des Zylinders im Spiegel auf der Kamera sichtbar ist. Wählen Sie anschließend eine akklimatisierte Ratte aus und notieren Sie auf einer weißen Tafel die Nummer des Tieres sowie zusätzliche Versuchsinformationen. Stellen Sie diese Tafel vor den Spiegel und drücken Sie dann auf der Videokamera die Aufnahmetaste.

Fahren Sie fort, indem Sie die Ratte am Schwanzansatz aufnehmen und sie in den Zylinder stellen. Danach befestigen Sie den Deckel der Apparatur und entfernen die weiße Tafel, sodass sie den Spiegel nicht mehr verdeckt. Sobald die weiße Tafel entfernt wurde, filmen Sie das Tier fünf Minuten lang, was eine einzelne Versuchsdurchführung darstellt.

Beenden Sie nach Ablauf dieser Zeit die Aufnahme, bringen Sie die Ratte in ihren Heimkäfig zurück und reinigen Sie den Zylinder mit Papiertüchern und Wasser. Wiederholen Sie die zuvor beschriebenen Schritte anschließend zwei weitere Male, um insgesamt drei Versuchsdurchläufe pro Ratte zu erhalten. Sobald die Daten für alle Ratten gesammelt wurden, importieren Sie die Kameradateien in ein Videobearbeitungsprogramm und quantifizieren Sie die Anzahl der Vier-Gliedmaßen-Kontakte, wie im Textprotokoll beschrieben.

Zunächst zwei Regaleinheiten in einem Abstand von etwa 100 Zentimetern zueinander vor einer schwarzen Wand platzieren. Anschließend die Enden eines zuvor beschafften Holzbalkens mit Klebeband an den Regalen befestigen, sodass etwa ein Meter Holz frei überbrückt wird. Danach eine Videokamera auf einem Stativ platzieren und so positionieren, dass die Kamera die gesamte Länge des Balkens erfasst.

Wählen Sie eine Ratte aus, die an einer Balkenlauf-Trainingsession teilgenommen hat, und notieren Sie ihre Nummer sowie zusätzliche Versuchsinformationen auf einer Schreibtafel. Befestigen Sie nach Abschluss die Schreibtafel an der Wand hinter dem Balken. Stellen Sie dann den Heimkäfig des Tieres und ein Umweltanreicherungsrohr, das als motivierende Warteschlange dient, an einem Ende des Balkens auf, damit die Ratte dieses unmittelbar nach dem Überqueren des Balkens betreten kann.

Danach die Aufnahme auf der Videokamera starten. Unmittelbar danach die Ratte am Schwanzansatz packen und am entgegengesetzten Ende des Balkens ohne Käfig und Röhre absetzen. Das Tier aufzeichnen, bis es die gesamte Länge des erhöhten Holzbalkens erfolgreich durchquert hat, was das Ende des Versuchs markiert.

Falls die Ratte auf halbem Weg über den Balken anhält, leicht am Schwanz berühren, um die Bewegung zu fördern. Sobald das Tier die Aufgabe abgeschlossen hat, den Heimkäfig an das andere Ende des Balkens bringen. Danach die Versuchsnummer an der Tafel ändern und das Verfahren wie zuvor beschrieben wiederholen.

Nachdem alle Versuche des Tieres aufgezeichnet wurden, importieren Sie die Kameradateien in ein Videobearbeitungsprogramm und analysieren Sie die relevanten Daten zu Schritten, Ausrutschen der Gliedmaßen und Stürzen, wie im Textprotokoll beschrieben. Beginnen Sie damit, eine Videokamera über der Mitte eines leeren, kreisförmigen Beckens zu befestigen. Anschließend kennzeichnen Sie die vier Quadranten des Beckens, indem Sie Klebeband am Rand des Beckens anbringen, und richten Sie diese korrekt an der Kontur des Beckens in der Trackingsoftware aus.

Füllen Sie anschließend den Tank mit Wasser bis zu einer Tiefe von 36 Zentimetern und geben Sie schwarze, ungiftige Farbe hinzu, bis die Flüssigkeit undurchsichtig ist, um sicherzustellen, dass die Plattform unter der Wasseroberfläche nicht sichtbar ist, und um weiße Ratten besser erkennen zu können. Sobald das Becken vorbereitet ist, stellen Sie es zwischen weiße Wandflächen. Bereiten Sie dann räumliche Hinweise vor, indem Sie vier Formen in verschiedenen Farben aus Plakatkarton ausschneiden.

Anschließend befestigen Sie eine Form an jeder der Wände, die den nördlichen, südlichen, östlichen und westlichen Beckenpositionen zugeordnet sind. Um ein Experiment zum räumlichen Lernen durchzuführen, platzieren Sie einen runden Plattform im Südwestquadranten des Beckens. Überprüfen Sie im zugehörigen Computerprogramm, ob diese Struktur mit einem vorgesehenen Plattformbereich im Quadranten ausgerichtet ist.

Fassen Sie eine Ratte am Schwanzansatz und setzen Sie sie vorsichtig an einer festgelegten Startstelle im Wasser entlang der Beckenwand ab. Sobald sich das Tier im Tank befindet, treten Sie schnell außer Sichtweite und signalisieren einem weiteren Experimentator, die Tracking-Software zu starten. Lassen Sie die Ratte schwimmen, bis sie die Plattform findet und darauf klettert.

Zu diesem Zeitpunkt sollte der andere Forscher den Versuch am Computer beenden. Lassen Sie das Tier 30 Sekunden lang auf dem Podest verbleiben. Falls die Ratte das Podest innerhalb der vorgesehenen Versuchszeit, hier 90 Sekunden, nicht finden kann, führen Sie das Tier zu der Struktur und lassen Sie es dort 30 Sekunden lang verweilen.

Anschließend die Ratte am Schwanzansatz anheben und aus dem Labyrinth entfernen, wobei sie auf ein über den Arm gelegtes Handtuch gesetzt wird. Dieses Verfahren für jedes Tier insgesamt dreimal wiederholen, mit einem zwischengeschalteten Intervall von 20 Minuten, sodass jede Ratte insgesamt vier Durchgänge absolviert.

Nach Abschluss des räumlichen Lernexperiments entfernen Sie die Plattform aus dem Becken, um mit den Probetrials zu beginnen. Überprüfen Sie in der Software, ob die vorherige Plattformposition im Südwestquadranten weiterhin definiert ist. Führen Sie dann eine Ratte in das Becken ein.

Platzieren Sie es im Wasser entlang der Wand des Tanks. Wie zuvor sofort außer Sichtweite des Tieres bewegen und einem weiteren Experimentator signalisieren, die Trackingsoftware zu starten. Am Ende des 30-Sekunden-Probelaufs das Tier am Schwanzansatz fassen, aus dem Tank nehmen und auf einen mit einem Handtuch bedeckten Arm legen.

Wiederholen Sie diesen Vorgang eine Woche später. Sobald alle Tiere die räumliche Lern- und Probelauf-Tests durchlaufen haben, analysieren Sie die Daten wie im Textprotokoll beschrieben. Daten zur Nutzung der vier Gliedmaßen aus dem Zylindertest wurden drei Tage vor sowie sieben und 20 Tage nach der Schlaganfallinduktion von APP21-transgenen Ratten erhoben.

Wenn die Ergebnisse standardisiert und mit dem Wert verglichen werden, der eine gleichmäßige Nutzung aller vier Gliedmaßen repräsentiert (hier die rote Linie), zeigen diese, dass komorbide Ratten keinen statistisch signifikanten Defizit in der Nutzung aller vier Gliedmaßen aufweisen. Ähnliche Ergebnisse wurden für Wildtyp-Tiere mit oder ohne Schlaganfall sowie für APP21-transgene Ratten allein erhalten. Komorbide Tiere zeigten jedoch Unterschiede in der mit der Fortbewegung assoziierten motorischen Funktion.

Beamdurchgangsdaten, die für diese Ratten sieben Tage vor und 21 Tage nach der Schlaganfallinduktion erhoben wurden, zeigen eine signifikante Zunahme der Schritte, die zum Durchqueren des Balkens benötigt werden, was in anderen Gruppen nicht beobachtet wurde. Ergebnisse des Morris-Wasser-Labyrinths zeigen ebenfalls Gedächtnisdefizite bei komorbiden Tieren, wie anhand dieses Diagramms ersichtlich, das die prozentuale Veränderung der Latenz darstellt – der Zeit, die die Tiere benötigen, um das Quadrant des Beckens zu erreichen, in dem sich die Plattform zuvor befand, verglichen zwischen der ersten und zweiten Probelauf. Hier benötigen APP21-Ratten mit Schlaganfall im zweiten Probelauf signifikant länger, um das Zielquadrant zu betreten.

Ein Unterschied, der weder von den transgenen Ratten allein noch von Wildtyp-Tieren mit Schlaganfall gezeigt wurde. Dies deutet darauf hin, dass komorbide Tiere ein langfristiges Gedächtnisdefizit aufweisen. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, alle Variablen während und zwischen den Testdurchgängen so konsistent wie möglich zu halten und eine stressfreie Umgebung für die Tiere zu schaffen.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man die motorische und kognitive Leistung bei Rattenmodellen der post-stroke Demenz beurteilt.