発作は、さまざまな機能や生活の質に悪影響を及ぼします。プラナリア線虫は、発作の表現型と破壊的な運動性を評価するために、さまざまな濃度の化学けいれん薬に曝露されました。この研究は、プラナリア線虫をヒトの急性発作のモデルとして使用することを提案しており、てんかんの医薬品開発において重要です。
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発作は、さまざまな機能や生活の質に悪影響を及ぼします。プラナリア線虫は、発作の表現型と破壊的な運動性を評価するために、さまざまな濃度の化学けいれん薬に曝露されました。この研究は、プラナリア線虫をヒトの急性発作のモデルとして使用することを提案しており、てんかんの医薬品開発において重要です。
てんかんは、再発性の自然発作を特徴とする最も一般的な神経疾患の1つです。発作は、制御されていない、過度に同期した神経細胞活動の臨床症状を表しています。発作による脳の損傷の程度は、その期間と強度によって異なります。残念ながら、てんかんの効果的な治療法はありません。この調査の目的は、プラナリア虫である Dugesia dorotocephala が、急性発作を標的とするてんかんの治療法の特定と開発を支援するモデルとして役立つかどうかを評価することです。現在、抗てんかん薬(ASM)の評価には、マリンモデルなど様々なモデルが用いられています。ただし、それらは非常に高価であり、倫理的な懸念があります。あるいは、無脊椎動物モデルは、ASMの創薬プロセスにおいて費用対効果の高い研究機会を提供します。プラナリアはフラットワーム科に属し、海洋、淡水、陸域の環境に生息しています。 Dugesia dorotocephala は、北米全域の水生プラナリアの優勢種です。 D. dorotocephalaは 、他の無脊椎動物や大型動物とは異なり、その費用対効果、脊椎動物のようなニューロン、および定量化可能な行動により、てんかん研究の実行可能な無脊椎動物モデルとして提示されます。それらは、年齢、記憶、および再生に関連するさまざまな薬理学および環境毒物学の研究で使用されています。この研究では、プラナリアは、曝露時の行動を研究するために、一般的な化学けいれん薬であるピロカルピンのさまざまな濃度に曝露されました。観察後、プラナリアを安楽死させ、神経組織学的評価のためにホルムアルデヒドまたはゴルジ液のいずれかで保存しました。プラナリアでは、背側振動、頭部振動、尾側背部拡張、C字型、ヘッドフリック、テールフリックの6つの異なる行動表現型が観察されました。背側振動数は、対照群と比較して実験群間で有意に増加し、用量依存性を示しました。さらに、ピロカルピンはプラナリアの運動性を乱しました。プラナリアにおけるピロカルピン誘発性発作は、てんかんに苦しむヒト患者に対する治療介入の開発に不可欠な急性発作および抗てんかん薬を評価するためのモデルとして役立つ可能性があります。
てんかんは、明らかな原因なしに24時間以内に2回以上の発作を起こすことを特徴とするもので、世界中で~5,000万人が罹患しています1。そのうち、1000万人から1500万人が薬剤耐性てんかんを患っていると報告されています2。したがって、てんかん薬の調査は非常に重要です。この状態は、ぼんやりと見つめている状態から体の硬直や震えに至るまで、部分的または一般的な不随意運動の短いエピソードを伴い、脳内の電気的活動の急増と関連しています3。
歴史的に、てんかんの研究は、人間と進化的に類似しているため、げっ歯類や他の哺乳類に依存してきました。しかし、これらの方法は時間と費用がかかる場合があり、別のアプローチ4,5が必要になります。ショウジョウバエ、ヒル、オタマジャクシ、ゼブラフィッシュ、回虫などの非哺乳類の生物は、研究で利用されており、有望な結果を示しています6。さらに、プラナリアは、無脊椎動物とヒトゲノムの比較ゲノム研究モデルを提供するとともに、抗けいれん薬、抗てんかん薬(ASM)、および行動パターン6をテストする能力を提供できることが示されました。プラナリア(Phylum Platyhelminthes)は、扁形動物およびTurbellariaクラスのメンバーとして知られており、主にその再生能力で有名です。しかし、この調査は、発作誘発物質に対する彼らの応答に焦点を当てています。
プラナリアは、セロトニンやドーパミンに対する反応性など、ヒトと基本的な神経学的メカニズムを共有しており、哺乳類の脳の神経系関連遺伝子と95%の類似性を示し、認識可能な脳構造を持っています7。さらに、実験室条件で観察可能な動きを示し、げっ歯類や他の哺乳類と比較して費用対効果が高く、時間効率が高く、倫理的です。ねじ状、C型、クルミ型などのこれらの観察可能な動作は、何十年にもわたって広く文書化されており、コカイン、ニコチン、ドーパミン、ピロカルピンなどの物質に関連しています7,8,9,10,11,12,13,14。したがって、プラナリアは、ヒトのてんかん薬研究の実行可能なモデルとして浮上しています。
この方法は、ゴルジ染色を使用してピロカルピンに曝露されたプラナリアのニューロンを特徴付けることを目的としています。ゴルジ染色は、光学顕微鏡下でニューロンを視覚化するために使用され、形態の変化が発作に関連しているかどうかを調べるために使用されてきた15,16,17。現在の文献には、プラナリアの脳にゴルジ染色が行われたという証拠はありません。以前の研究では、行動表現型を観察することにより薬理学的効果が文書化されていますが、この原稿は、ゴルジ染色11,18を使用してピロカルピンに曝露されたプラナリアのニューロンを特徴付けた最初のものです。この手法は、発作に関連する形態学的変化を視覚化し理解する上で価値があることが証明されています。この研究では、ピロカルピンの濃度が増加するにつれて、プラナリア線虫の振動背側振動行動の頻度が大幅に増加したことが注目されました。
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注:全体的な実験計画を 図1に示します。
1. 行動表現型アッセイ
2. 運動性解析
注:プラナリアの挙動は、直径2.5cmの井戸で記録されました。1時間のビデオ録画は30分のパートに分割され、市販のソフトウェアを使用してトリミングされ、プラナリアを個別に分析しました。
3.安楽死
4. 組織学的解析
5. 画像解析
6. 統計分析
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以下の挙動は、さまざまな濃度のピロカルピンに曝露されたプラナリアによって観察されました。
背側振動:プラナリアの体の頭蓋端から尾側の端に移動する泡のような形成物。
ヘッド振動:プラナリアの頭による泡のような形成で、オタマジャクシのような外観を形成します。
C字型:頭は時計回りに動き、尾は反時計回りに動かしてC字型になります。
ヘッドフリック:プラナリアの頭が突然左または右に急に動きます。
尾背振動:プラナリアの尾による泡のような形成で、オタマジャクシのような外観を形成します。
テールフリック:プラナリアのテールが突然左または右に急に動きます。
ピロカルピン濃度の増加に伴って行動の頻度が増加することが観察されました。結果は、記録全体で認識された特定の動作の数です。6 mMのピロカルピン(平均=16 ± 4.10、p<0.0001)および4 mM(平均=11.25±2.17、p<0.0001)での背側振動は、対照(平均=0; 図2A
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この研究では、プラナリアにおけるピロカルピン誘発性の挙動が異なることが実証されました。最も適切な行動は、プラナリア9,10,11,12の発作様行動に関する他の研究では文書化されていないため、振動する背側拡張でした。ピロカルピンがプラナリアに発作様の挙動を誘発するメカニズムは、まだわかっていません。しかし、この研究は、さまざまな行動がさまざまな程度の神経興奮性に対応している可能性があることを示しています。この効果は、ムスカリン受容体アゴニズム22によって引き起こされると考えられています。
プロトコールの主要なステップには、用量依存性分析用のピロカルピン溶液の調製が含まれていました。ここでの手順に従って、ビヘイビア記録...
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著者は何も宣言していません。
EVMS Research Incentive Fund(PI:A.E. Musto)とJorge Jacot博士には、免疫蛍光プロトコルの最適化に関する有益な提案をいただき、感謝いたします。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL遠心分離チューブ4 | |||
| %パラホルムアルデヒド溶液 | Himedia | TCL119 | |
| 水性封入剤 | Clini Sciences | NB-47-02240-30ML | |
| ビーカー(試験濃度ごとに1つずつ) | |||
| カロライナスプリングウォーター | カロライナ | 132450 | |
| オスタット | |||
| 希釈した一次抗体および二次抗体 | |||
| エタノール (100%) | sigma Aldrich | ||
| EthosVision XT 16 | noldus | ||
| Fiji バージョン 2.9.0 | |||
| ゼラチンコーティングスライド | sigma Aldrich | 643203 | |
| Golgi 抗体 1H6 | DSHB | AB_2619608 | |
| ゴルジステイン kit_ | 神経科学 アソシエイト | PK 401/401A | |
| 過酸化 | |||
| メタノール | |||
| 封入剤 | サーモフィッシャー 科学 | ||
| 用 OCT 化合物 | |||
| PBS バッファー | シグマ アルドリッチ | P4417 | |
| 粉ミルク | |||
| 錫箔 | |||
| トランスファーピペットキシ | |||
| レン |
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