ラットにおける急性および慢性の運動チック発現モデルの生成
May 27th, 2021
我々は、自由に振る舞うラットにおけるチック発現の急性および慢性の実験モデルを生成するためのプロトコルを提示する。モデルは、線条体カニューレ注入とその後の GABA Aアンタゴニストアプリケーションに基づいています。急性モデルは一時的な注入を使用し、慢性モデルは皮下埋め込まれたミニ浸透ポンプを介して長期注入を利用する。
このプロトコルは、一過性または慢性的な方法で、自由に行儀のよいラットで運動チックを誘導する方法をレイアウトすることにより、チック障害のユニークな実験モデルを記述する。この方法の主な利点は、トゥレット症候群および他のチック障害を研究するために広く使用されている唯一の利用可能な模型のチック発現を記述することです。視覚デモンストレーションは、カスタムメイドのデバイス調製と移植手術の複雑なプロセスを明確にします。
この手順のデモンストレーションは、私の研究室の大学院生であるエステル・ヴィナーとラボマネージャーのカティヤ・ベレロフスキーです。まず、25ゲージのステンレス鋼のハイポチューブと0.013インチのダミー取り外し可能な内部ワイヤーを切断することによってインプラントカニューレを準備します。それが終わりに達するまで、インプラントカニューレにこのダミーワイヤーを挿入し、余分なワイヤーを曲げます。
その後、70センチメートルの柔軟なポリマーマイクロボアチューブを切断し、インジェクタを調製した。ロータリーツールで30ゲージのステンレス鋼のハイポチューブを切断して、注入カニューレを準備します。この注入カニューレの3ミリメートルを柔軟なチューブに挿入し、それらの間の関節を接着してインジェクターを得る。
手術を行う場合は、インプラントカニューラーをカニューレホルダーにスライドさせ、ラットの脳内の移植ターゲットまで下げます。インプラントカニューレをラットの頭蓋骨に取り付け、歯科用セメントを塗布します。このインプラントカニューレに準備されたダミーを挿入し、頭蓋骨の残りの部分に歯科用セメントを適用することによってすべてのインプラントをカバーする。
マイクロインジェクションを実行するには、ビキュリンで満たされた精密ガラスマイクロシリンジにインジェクターを取り付け、毎分0.35マイクロリットルの速度と0.35マイクロリットルの総容量に設定します。実験ケージにラットを置きます。ダミーを取り外し、最後まで注入カニューレに注入器を挿入します。
注入ポンプ機械を開始し、ストップウォッチを使用して、チック開始と終了時間を追跡します。1分間注射した後、インジェクターを取り外し、ゆっくりとダミーを再挿入します。30ゲージのステンレス鋼のハイポチューブを切断することによって12ミリメートル25ゲージのステンレス鋼のハイポチューブと注入カニューレを切断することによってカニューレガイドを準備します。
直径 0.005 インチのワイヤを注入カニューレに挿入し、目的の位置の L 字型に曲げます。次に、8センチメートルのポリエチレンPE10チューブを切断して柔軟なカテーテルチューブを調製します。注入カニューレから内線を取り出し、シアノアクリル酸接着剤と加速器を使用して注入カニューレの曲がった部分の近くに3ミリメートル重なりにカニューレガイドを接着します。
次に、注入カニューレの水平部分をカテーテルチューブに挿入します。ポンプフローモデレータの半透明キャップを排出します。チューブアダプターを70%アルコールに浸し、白いフランジに触れるまでフローモデレータの短いカニューレ部分に取り付けます。
フレキシブルカテーテルチューブをチューブアダプタに挿入し、クリップスタンドを使用して長いカニューレ部分を保持し、すべての接続を接着します。ミニ浸透圧ポンプを紙のワイプで包み、クリップホルダースタンドを使用して開口部を上向きにして垂直に固定します。27ゲージの鈍い針でシリンジを使用してaCSFでポンプを満たし、空気の入り口を避けるように注意してください。
27ゲージの鈍い針で注射器を使用してaCSFで注入管の長いカニューレ部分を充填します。そして、ポンプにそれを挿入します。ポンプを37°Cで少なくとも4〜6時間生理食いのビーカーに入れます。
代わりに、中肩甲線を通して皮膚の下でアルコール殺菌止めを開閉することによって、ラットの背中に皮下ポケットを作成します。水浴からポンプを取り出し、紙の拭き取りで覆われたラットの背中に置きます。カニューレホルダー上の注入管のカニューレガイドをスライドする。
止まりでポンプを持ち、皮下ポケットにそっと挿入します。注入カニューレをターゲットに移植し、ゲル接着剤を使用して頭蓋骨に接着します。注入カニューレを固定し、カテーテルが首の動きを可能にし、歯科用セメントですべてのインプラントをカバーするようにキンクフリーであることを確認します。
ポンプ置換手術を行うために、27ゲージの鈍い針で注射器を使用してポンプにビキュリンを注入し始める。空気が入るのを防ぐために注射器を取り除きながらビキュリンを注入し続ける。ポンプの中にフローモデレータを挿入し、37°Cの水浴で少なくとも4〜6時間生理食いビーカーにポンプを置きます。
埋め込まれたポンプの上の皮膚に切開を行います。ポケットを室温aCSFで洗い、ガーゼパッドで乾かします。止まり台を使用してフローモデレータからaCSF充填ポンプを取り外し、廃棄します。
同様に、ビキュキュリン充填ポンプからフローモデレータを取り外して廃棄します。ミキュキュリン充填ポンプを移植されたフローモデレーターに静かに取り付け、切開線を組織接着剤で接着します。急性モデルでは、チックはビキュクリンマイクロインジェクションの数分後に現れ始め、数十分間続き、最終的には腐敗して停止します。
慢性モデルでは、チックは通常、昼間に変動し、静かな覚え目覚め状態の間に最も明確に観察可能なビキュクリン充填ポンプ注入の後の最初の日に現れ始める。モータチックは、加速度計およびジャイロスコープ信号で検出できる立体的な運動学的シグネチャを有する。同様に、大きな振幅LFP過渡スパイクの出現のために、コルチコ-基底核経路全体の局所フィールド電位信号を使用して、チックタイミングを評価することもできる。
これらのモデルは、長期間にわたって異なる行動、環境および薬理学的介入に続くチック発現の研究を可能にした。
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
概要
このプロトコルは、自由行動するラットにおいて、一時的または慢性的な方法で運動性ティックを誘発する方法を説明し、ティック障害の独自の実験モデルを記述します。この方法の主な利点は、トゥレット症候群およびその他のティック障害を研究するために広く使用されているティック発現の唯一の利用可能なモデルを記述していることです。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 行動科学
- 精神医学
背景
- ティック障害のモデルはトゥレット症候群を理解するために不可欠です。
- この研究はラットにおける運動性ティックの誘発に焦点を当てています。
- 研究目的のために急性および慢性の両方のモデルが開発されています。
- 視覚的なデモンストレーションが関与する外科的手順の理解を助けます。
研究目的
- ラットにおけるティック発現モデルを生成するためのプロトコルを提示すること。
- ティック障害を効果的に研究するための方法を提供すること。
- ティック障害の根底にあるメカニズムの理解を深めること。
使用された方法
- 線条体カニューレの埋め込み。
- GABA A拮抗薬の適用。
- 急性モデルのための一時的な注射。
- 慢性モデルのためのミニ浸透ポンプを介した長期的な注入。
主な結果
- 自由行動するラットにおける運動性ティックの成功的な誘発。
- 急性および慢性の両方のティック発現方法の実証。
- 視覚的な補助が複雑な手順の理解を向上させます。
- 将来のティック障害研究のための信頼できるモデルの確立。
結論
- このプロトコルはティック障害を研究する研究者にとって貴重なリソースを提供します。
- これらのモデルは治療介入の探索を促進できます。
- さらなる研究は、この基礎的な仕事に基づいて分野での知識を進歩させることができます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Establishing reliable animal models of motor tic expression enables mechanistic de-risking in early discovery for neuropsychiatric targets. These acute and chronic rat models support target validation by linking striatal GABAA modulation to behavioral phenotypes relevant to Tourette syndrome and related disorders. The ability to study tic dynamics over varying timescales enhances predictive confidence in pathway modulation strategies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses regarding basal ganglia pathway modulation in tic pathophysiology.
- Operational Value: Enables functional target validation through inducible, quantifiable motor tic phenotypes.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by modeling target engagement effects on tic expression dynamics.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for assessing compound effects on tic frequency and kinematics.
- Operational Value: Provides standardized, reproducible readouts via accelerometer, gyroscope, and LFP signal analysis.
- Scalability: Chronic model supports prolonged compound exposure studies for chronic dosing regimens.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Models enable study of tic expression across behavioral, environmental, and pharmacological interventions.
- Mechanistic De-risking: Links cortico-basal ganglia pathway activity to tic generation via LFP transient spikes.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions based on target modulation effects on tic dynamics over days or weeks.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into discovery biology for hypothesis testing, screening for assay readiness, and translational research for preclinical continuity.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of striatal disinhibition mechanisms in tic generation.
- Screening: Enables assay readiness through quantifiable tic expression metrics and device compatibility for concurrent recordings.
- Analytics: Delivers quantitative dependent variable measurements including tic initiation/termination times, kinematic signatures, and LFP transient spikes.
- Translational Research: Connects acute and chronic models to preclinical validation of target modulation effects on tic phenotypes.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for chronic neuropsychiatric model studies via implantable infusion systems.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through mechanistic link between GABAA antagonism and tic expression.
- Operational Value: Standardization and reproducibility via implanted cannula systems and pump-based delivery.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions by evaluating target effects on tic frequency and duration.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of neuropsychiatric targets based on behavioral phenotype modulation.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery and cannula implantation.
- Dependent on precision infusion systems and neurochemical agents like bicuculline.
- Necessitates cross-team standardization for behavioral scoring and signal processing.
- Adaptation considerations across rodent strains and tic phenotype variability.
- Practical limitations include surgical complexity of chronic model and equipment durability over extended studies.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:51
Generation of Acute Experimental Model of Motor Tic Expression in a Rat
2:38
Generation of Chronic Experimental Model of Motor Tic Expression in a Rat
4:32
Implantation of Chronic Model (Osmotic Pump) into the Rat
6:19
Results: Tic Expression in Both Models
7:11
Conclusion
