발작은 다양한 기능과 삶의 질에 부정적인 영향을 미칩니다. 플라나리아 벌레는 발작 표현형과 파괴적인 운동성을 평가하기 위해 다양한 농도의 화학경련제에 노출되었습니다. 본 연구는 플라나리아 기생충을 인간의 급성 발작 모델로 사용할 것을 제안하며, 뇌전증 치료제 개발에 의의를 갖는다.
이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.
발작은 다양한 기능과 삶의 질에 부정적인 영향을 미칩니다. 플라나리아 벌레는 발작 표현형과 파괴적인 운동성을 평가하기 위해 다양한 농도의 화학경련제에 노출되었습니다. 본 연구는 플라나리아 기생충을 인간의 급성 발작 모델로 사용할 것을 제안하며, 뇌전증 치료제 개발에 의의를 갖는다.
간질은 반복되는 자연 발작을 특징으로 하는 가장 흔한 신경 질환 중 하나입니다. 발작은 통제되지 않고 과도하게 동기화된 신경 세포 활동의 임상적 징후를 나타냅니다. 발작으로 인한 뇌 손상의 정도는 발작의 지속 기간과 강도에 따라 다릅니다. 유감스럽게도, 간질에 대한 효과적인 치료법은 없습니다. 이 연구의 목적은 플라나리아 기생충 Dugesia dorotocephala 가 급성 발작을 표적으로 할 수 있는 간질 치료법을 식별하고 개발하는 데 도움이 되는 모델 역할을 할 수 있는지 여부를 평가하는 것입니다. 현재 항경련제(ASM)를 평가하기 위해 해양 모델과 같은 다양한 모델이 사용되고 있습니다. 그러나 비용이 많이 들고 윤리적 문제가 있습니다. 또는 무척추동물 모델은 ASM의 약물 발견 과정에서 비용 효율적인 연구 기회를 제공합니다. 플라나리아는 편형동물과에 속하며 해양 담수 및 육상 환경에 서식합니다. Dugesia dorotocephala 북미 전역의 수생 플라나리아의 지배적인 종입니다. D. dorotocephala 는 다른 무척추동물이나 더 큰 동물과 달리 비용 효율성, 척추동물과 유사한 뉴런 및 정량화 가능한 행동으로 인해 간질 연구를 위한 실행 가능한 무척추동물 모델로 제시됩니다. 그들은 나이, 기억 및 재생과 관련된 다양한 약리학 및 환경 독성학 연구에 사용되었습니다. 이 연구에서 플라나리아는 노출 시 행동을 연구하기 위해 일반적인 화학경련제인 필로카르핀의 다양한 농도에 노출되었습니다. 관찰 후, 플라나리아는 안락사되어 신경 조직학적 평가를 위해 포름알데히드 또는 골지체에 보존되었습니다. 플라나리아에서는 6가지 뚜렷한 행동 표현형이 관찰되었습니다: 등쪽 진동, 머리 진동, 꼬리 등쪽 확장, C자형, 머리 튕기기, 꼬리 튕기기. 등쪽 진동 주파수는 대조군에 비해 실험군에서 유의하게 증가했으며 선량 의존성을 나타냈습니다. 또한 필로카르핀은 플라나리아의 운동성을 방해했습니다. 플라나리아에서 필로카르핀에 의한 발작은 급성 발작과 항경련제를 평가하는 모델이 될 수 있으며, 이는 간질을 앓고 있는 인간 환자를 위한 치료 개입을 개발하는 데 필수적입니다.
뚜렷한 원인 없이 24시간 이내에 두 번 이상의 발작을 특징으로 하는 간질은 전 세계적으로 ~5천만 명에게 영향을 미칩니다1. 그 중 1,000만-1,500만 명이 약물 내성 간질을 앓고 있는 것으로 보고되고 있다2. 따라서 간질 약물 조사가 중요합니다. 이 질환은 멍한 응시에서부터 몸이 뻣뻣해지고 떨리는 것에 이르기까지 부분적 또는 일반화된 비자발적 움직임의 짧은 에피소드를 수반하며, 뇌의 전기 활동의 급증과 관련이 있습니다3.
역사적으로 간질 연구는 인간과의 진화적 유사성 때문에 설치류 및 기타 포유류에 의존해 왔습니다. 그러나 이러한 방법은 시간과 비용이 많이 소요될 수 있으므로 다른 접근 방식이 필요합니다 4,5. 초파리, 거머리, 올챙이, 제브라피시, 회충과 같은 비포유류 생물이 연구에 활용되었으며 유망한 결과를 보여주었습니다6. 또한, 플라나리아는 무척추동물과 인간 게놈 간의 비교 유전체 연구 모델을 제공할 수 있으며, 경련제, 항발작 약물(ASM) 및 행동 패턴을 테스트할 수 있는 능력을 제공할 수 있는 것으로 나타났습니다6. 편형동물과 Turbellaria 부류의 구성원으로 알려진 플라나리아(Phylum Platyhelminthes)는 주로 재생 능력으로 유명합니다. 그러나 이 조사는 발작 유발 물질에 대한 반응에 집중합니다.
플라나리아는 세로토닌과 도파민에 대한 반응과 같은 기본적인 신경학적 메커니즘을 인간과 공유하며, 포유류 뇌의 신경계 관련 유전자와 95% 유사성을 보이며 알아볼 수 있는 뇌 구조를 가지고 있습니다7. 또한 실험실 조건에서 관찰 가능한 움직임을 보이며 설치류나 다른 포유류에 비해 비용 효율적이고 시간 효율적이며 윤리적입니다. 나사 모양, C 모양 및 호두 모양의 움직임과 같은 이러한 관찰 가능한 행동은 수십 년 동안 광범위하게 문서화되어 왔으며 코카인, 니코틴, 도파민 및 필로카르핀과 같은 물질과 관련이 있습니다 7,8,9,10,11,12,13,14. 따라서 플라나리아는 인간을 대상으로 한 간질 약물 연구를 위한 실행 가능한 모델로 부상하고 있습니다.
이 방법은 골지체(Golgi) 염색을 사용하여 필로카핀(pilocarpine)에 노출된 플라나리아의 뉴런을 특성화하는 것을 목표로 합니다. 골지체 염색은 광학 현미경으로 뉴런을 시각화하는 데 사용되며 형태의 변화가 발작 15,16,17과 관련이 있는지 조사하는 데 사용되었습니다. 현재의 문헌에는 플라나리아의 뇌에서 골지체 염색이 수행되었다는 증거가 없다. 이전 연구에서는 행동 표현형을 관찰하여 약리학적 효과를 문서화했지만, 이 원고는 골지 염색11,18을 사용하여 필로카르핀에 노출된 플라나리아의 뉴런을 특성화한 최초의 원고입니다. 이 기술은 발작과 관련된 형태학적 변화를 시각화하고 이해하는 데 유용한 것으로 입증되었습니다. 이 연구는 필로카르핀의 농도가 증가함에 따라 플라나리아 벌레에서 진동하는 등쪽 진동 행동의 빈도가 크게 증가했다는 점에 주목했습니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
참고: 전체 실험 설계는 그림 1에 설명되어 있습니다.
1. 행동 표현형 분석
2. 운동성 분석
참고: 플라나리아 행동은 직경 2.5cm의 우물에서 기록되었습니다. 1시간 길이의 비디오 녹화는 30분 분량으로 분할되고 상용 소프트웨어를 사용하여 플라나리아를 개별적으로 분석하기 위해 잘렸습니다.
3. 안락사
4. 조직학적 분석
5. 이미지 분석
6. 통계 분석
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
다음과 같은 행동은 다양한 농도의 필로카르핀에 노출된 플라나리아에 의해 관찰되었습니다.
등쪽 진동(Dorsal oscillations): 플라나리아 몸의 두개골 끝에서 꼬리 끝까지 이동하는 거품 같은 형성물.
머리 진동(Head oscillations): 올챙이와 같은 모습을 형성하는 플라나리아의 머리에 의한 거품 같은 형성.
C-Shape: 머리는 시계 방향으로 움직이고 꼬리는 시계 반대 방향으로 움직여 C를 형성합니다.
머리 튕기기: 플라나리아의 머리가 갑자기 왼쪽이나 오른쪽으로 휙휙 움직입니다.
꼬리 등쪽 진동(Tail dorsal oscillation): 올챙이와 같은 모습을 형성하는 플라나리아의 꼬리에 의한 거품 같은 형성.
꼬리 튕기기: 플라나리아의 꼬리가 갑자기 왼쪽이나 오른쪽으로 휙 움직입니다.
우리는 필로카르핀 농도가 증가함에 따라 행동의 빈도가 증가하는 것을 관찰했습니다...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
이 연구는 다양한 농도의 플라나리아에서 필로카르핀 유도 행동을 보여주었습니다. 가장 적절한 행동은 진동하는 등쪽 확장이었는데, 이 행동은 플라나리아 9,10,11,12의 발작과 같은 행동에 관한 다른 연구에서 문서화되지 않았기 때문입니다. 필로카르핀이 플라나리아에서 발작과 같은 행동을 유도하는 메커니즘은 아직 알려져 있지 않습니다. 그러나 이 연구는 서로 다른 행동이 신경 흥분성의 정도에 따라 달라질 수 있음을 보여줍니다. 이러한 효과는 무스카린 수용체 작용작용(muscarinic receptor agonism)에 의해 유발되는 것으로 생각된다22.
...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
저자는 선언할 것이 없습니다.
면역형광 프로토콜 최적화에 도움이 되는 제안을 해주신 EVMS Research Incentive Fund(PI: A.E. Musto)와 Jorge Jacot 박사에게 감사드립니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 1.5mL 원심분리기 튜브 | |||
| 4% 파라포름알데히드 용액 | Himedia | TCL119 | |
| 수성 장착 매체 | Clini Sciences | NB-47-02240-30ML | |
| 비커(테스트된 농도당 하나씩) | |||
| Carolina Springwater | Carolina | 132450 | |
| 저온 유지 장치 | |||
| 희석된 1차 및 2차 항체 | |||
| Ethanol (100%) | sigma Aldrich | ||
| EthosVision XT 16 | noldus | ||
| Fiji Version 2.9.0 | |||
| Gelatin-coated slides | sigma Aldrich | 643203 | |
| Golgi 항체 1H6 | DSHB | AB_2619608 | |
| 골지 얼룩 kit_ | Neuroscience Associate | PK 401/401A | |
| 과산화 | |||
| 메탄올 | |||
| 장착 매체 | thermo fischer scientific | ||
| OCT compound | |||
| PBS buffer | sigma Aldrich | P4417 | |
| Powdered Milk | |||
| 주석 호일 | |||
| 이송 피펫 | |||
| Xylene |
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.