Summary
Nos distúrbios da doença de Parkinson e de movimento, em geral, os ensaios comportamentais sensíveis e fiáveis são essenciais para testar novas terapêuticas potenciais. Aqui, descrevemos uma bateria gerenciável de testes sensório-motores para os ratos que são sensíveis a diferentes graus de lesão no sistema nigroestriatal e útil para estudos pré-clínicos.
Abstract
Medidas dos resultados comportamentais sensíveis e fiáveis são essenciais para a avaliação de potenciais tratamentos terapêuticos em ensaios pré-clínicos para muitas doenças neurodegenerativas. Na doença de Parkinson, sensório testes sensíveis a diferentes graus de disfunção nigroestriatal são fundamentais para testar a eficácia da terapêutica potencial. Existem medidas sensório-motoras confiáveis e bastante elegante para ratos, no entanto muitos destes testes medida sensório assimetria dentro do rato e não são totalmente adequados para os modelos de mouse genética mais recentes do PD. Reunimos uma bateria de testes sensório-motoras inspiradas nos testes sensíveis em ratos e adaptado para ratos. A bateria de testes em destaque neste estudo é escolhido para: a) a sua sensibilidade de uma grande variedade de modelos do rato do DP, b) a sua facilidade de execução para um estudo, e c) o seu baixo custo. Estes testes provaram ser úteis na caracterização de novos modelos genéticos de ratinho PD, bem como no teste de panelacial terapias modificadoras da doença.
Introduction
A doença de Parkinson (DP) é uma doença neurodegenerativa debilitante, principalmente caracterizada pela perda progressiva de neurónios dopaminérgicos da substância negra e no desenvolvimento de corpos de inclusão de Lewy nos sistemas periférico e central. Os pacientes sofrem de deficiências sensório, incluindo bradicinesia, tremores, rigidez e instabilidade postural que pioram com o tempo. Embora as formas familiares raras da doença descoberto durante os últimos 15 anos, levaram à identificação de novos alvos importantes para a terapêutica potencial modificadores da doença. As mutações em genes que codificam alfa-sinucleína, parkin, DJ-1, LRRK2 e ATP13A2 entre outros marcar o desenvolvimento de uma nova "geração" de modelos animais de PD, modelos genéticos de ratinho.
Existem excelentes medidas comportamentais não-induzidas por drogas para o unilateral de 6 hidroxidopamina (6-OHDA) modelo de PD rato extensivamente estudado. Estes incluem testes para uso de membros assimetria, o movimentoiniciação, negligência somatossensorial, habilidades chegando, e, mais recentemente, vocalizações ultra-sônicas 1-6. Estes testes são sensíveis a vários graus de perda de neurónios de dopamina nigrostriatal e têm sido amplamente utilizados para avaliar a eficácia de vários tipos de terapêutica potencial 7-11. No entanto, com os modelos genéticos rato não há um consenso claro sobre as melhores testes sensório-motores para usar ou quantos de usar. Isso é problemático quando caracterizar um novo modelo genético do rato, em estudos pré-clínicos, e ao tentar fazer comparações entre modelos. Ao longo da última década, temos trabalhado para montar uma bateria de testes sensório-motores para ratos semelhante ao que foi utilizado com sucesso em ratos. Os testes descritos neste artigo foram usados para ajudar a caracterizar inúmeros modelos genéticos do rato do PD e são atualmente utilizados em estudos pré-clínicos testando novela potencial terapêutica 12.
Os ensaios mais comuns usamd para avaliar a função motora em ratos são atividade no campo aberto eo teste rotarod de coordenação 13. Apesar de ambos os testes são automatizados, relativamente fácil de usar e fornecer informações sobre a função sensório-motora, que muitas vezes não têm a sensibilidade necessária para detectar alterações sutis no sistema nigroestriatal. Por exemplo, camundongos deficientes parkin com alterações sutis na função da dopamina não apresentam prejuízos na rotarod mas exibem deficiências motoras em um teste desafiador feixe 14. Além disso, os ratinhos tratados com doses moderadas de neurotoxina 1-metil-4-fenil-1 ,2,3,6-tetra-hidropiridina (MPTP) não mostram deficiências no rotarod, mas que apresentam alterações significativas na marcha e prejuízos nas invertido teste de grade 15. Portanto, estudos que utilizam apenas o rotarod para avaliação fenotípica pode perder deficiências mais sutis. Uma abordagem ideal, na nossa opinião, para a caracterização do comportamento é aquele que inclui um battery de testes que são sensíveis a diferentes aspectos da função sensorial e motora, e mudanças sutis na função dos gânglios basais 13-15. Aqui nós descrevemos como medir e analisar a função sensório-motora em ratos usando um feixe desafiador percurso de teste, um teste de atividade espontânea no cilindro, e uma resposta ao teste de estímulo sensorial.
Protocol
Idealmente ratos devem ser testados durante o seu ciclo ativo (escuro). Os ratos em nosso laboratório são mantidos em um ciclo claro / escuro reverso que nos permite testar convenientemente os ratos durante o seu período ativo (e nosso). O teste não é iniciado até que pelo menos uma hora para o ciclo escuro. No entanto, nem sempre é possível por um investigador para manter uma sala separada do rato com um ciclo de luz inversa. Nesse caso, todos os três testes podem ser realizados durante o ciclo de luz, mas manter-se em mente que o tempo para percorrer na viga, o número de passos e do levantar do cilindro e, em contacto com os tempos de remoção pode ser mais longa, quando testado durante este tempo.
Todos os três ensaios descritos abaixo podem ser realizadas por um experimentador, mas para aqueles que não são tão experiente manusear e trabalhar com ratinhos ou ter pouca ou nenhuma experiência mede o comportamento em ratos em seguida um experimentador adicional pode ser necessário. Neste caso, o segundo experimentador pode auxiliaro teste de feixe desafiador, colocando ratos na trave, enquanto o outro experimentador registra o julgamento ou no teste de remoção de adesivo segundo experimentador pode executar o timer enquanto os outros lugares, a etiqueta no focinho e coloca o rato na gaiola.
1. Desafiando Boca Traversal Procedimento
- Inverter três gaiolas limpas do mouse em uma mesa ou em uma estação de gaiola de mudança de mouse. Linha as gaiolas se uniformemente de modo a que possam suportar o comprimento da viga (1 metro).
- Montar as quatro seções do feixe da mais ampla para a seção mais estreita e coloque em cima das gaiolas invertido do mouse.
- Coloque a homecage dos ratinhos que pretende testar no seu lado, e no final do feixe de modo que a extremidade mais estreita do feixe leva à direita na homecage.
- Pegue o primeiro mouse pela base de sua cauda e apoiar os seus membros posteriores, com a palma da sua mão. Posicione o mouse na grande final do feixe e deixar de ir a sua cauda e remover seu hand.
- Deixe o mouse farejar e movimentar-se, a fim de tornar-se melhor orientada para o aparelho, se o mouse gira em torno de redirecioná-lo suavemente para a direção desejada.
- Levante a homecage (mesmo que tenha cagemates nele) mantê-lo na mesma posição do seu lado e trazê-lo de perto o mouse teste. Como o teste do mouse começa a tentar entrar no homecage movê-lo de volta para que o mouse não entra, mas dá um passo a frente. Continue a fazer isto até o fim do feixe. No final permitir que o rato entra para a homecage. Faça o mesmo procedimento para cada rato na gaiola. Este é o primeiro julgamento "assistida".
- O feixe devem ser cuidadosamente limpos entre gaiolas com um desinfetante fornecida pelo cuidado com os animais ou o pessoal veterinário. Dentro de uma gaiola é importante para limpar a urina ou pelotas fecais fora do feixe antes da próxima rato é executado, porque isso irá distrair o próximo mouse.
- Uma vez que todos os ratos na gaiola passaram por um julgamento assistida, em seguida,pegar o primeiro mouse de novo e colocá-lo na grande final da viga. Se necessário, com a mão suavemente orientar o mouse na direção desejada e toque levemente seu backside para incentivá-la a se mover ao longo do comprimento da viga em sua homecage. Se o mouse pára de cheirar ou andar fora do feixe de corrigir o mouse com a mão ou pegá-lo e colocá-lo na mesma seção onde ele saiu. Ter sua mão perto para orientar o mouse até o fim do feixe. Você quer tentar minimizar o mouse parar e explorar, enquanto na viga. Quanto mais isso for feito durante o treino menos o rato tende a fazê-lo durante os testes.
- O ensaio termina quando o rato coloca uma das suas patas dianteiras no homecage. A próxima rato poderá então receber seu julgamento 2 ª. Ratinhos receberam um total de 5 ensaios no primeiro dia de treino, alternando entre os ratos de modo a que cada rato tem um intervalo entre tentativas de ~ 30 segundos ou mais. Tipicamente pelos últimos poucos ensaios ratinhos irá percorrer o comprimento dofeixe, por conta própria, sem necessidade de correção.
- 24 horas depois, dia 2 de treinamento pode começar. No dia 2, os ratos recebem mais cinco ensaios no mesmo feixe de conjunto tal como no dia 1. Os ratos não deve precisar de alguma ajuda, mas pode precisar de ser corrigido ou tocado na parte traseira para evitar parar ou explorar.
- 24 horas mais tarde no dia do teste real pode começar. Para o dia do teste, o feixe é configurado de uma maneira semelhante para os 2 dias anteriores de formação. No entanto, agora, uma grelha de malha que corresponde à largura de cada feixe é colocado na parte superior de cada secção de viga. Uma câmera de vídeo é usado para gravar todos os ensaios viga transversal e pode ser executada por uma ou múltiplas experimentadores.
- Rotular um cartão com a informação experiência essencial (data, mouse #, experimentação #, etc.) Coloque este cartão na frente da câmera e registro para 2-3 segundos para que fique claro que o mouse está sendo testado e que julgamento está ligado.
- O rato é colocado no topo da superfície da grelha na maior secção do feixe e gravada umas que se move ao longo da viga. A gravação deve ser suficientemente perto de modo a que todo o comprimento do corpo do rato é visível sobre a câmara. Se for muito longe, então deslizamentos são difíceis de ver e se for muito perto, em seguida, os movimentos dos membros pode ser desperdiçada. A câmara deverá ser posicionado de modo que a grelha está no meio do espectador.
- No dia do teste todos os ratos recebem cinco ensaios sobre a viga grade de superfície.
2. Análise do feixe de vídeo
- Os vídeos podem ser vistos diretamente da câmera ou conectada a uma televisão ou do computador para uma visualização de tela maior. Fitas de vídeo deve ser marcado por um experimentador cego ao genótipo e condição de tratamento dentro do experimento.
- Erros para cada ensaio são marcados como o vídeo é reproduzido em câmera lenta. Deslizamentos ou erros são contados quando o mouse está enfrentando e seguir em frente. Um deslizamento através ou fora da rede é considerado um erro quando o membro desliza mais de 0,5 cm abaixo da superfície da grelha (até meio). Qualquer deslizamentosfeita após um mouse pára ou orienta a sua cabeça para o lado não são considerados erros. Se o mouse não está se movendo para a frente e um membro ou membros desliza repetidamente através da rede não é considerado um erro. Na secção estreita do feixe na base das patas traseiras pode estar na parte superior da grade e os dedos dos pés de suspensão para fora do lado, isto não é considerado um erro.
- Passos também são contados em câmara lenta. O hindlimb frente para a câmera é usada para controlar o número de passos. A contagem começa quando o rato torna o primeiro passo para a frente e termina quando o rato coloca na sua pata dianteira homecage.
- Tempo para atravessar é marcado com um cronômetro e é feito em tempo real. O temporizador é iniciado quando o rato começa a mover-se para a frente e termina quando a primeira pata é colocado no homecage.
3. Atividade espontânea no Procedimento de Cilindro
- Inverter três gaiolas limpas do mouse em uma mesa ou em uma estação de gaiola de mudança de mouse. Organizar duas gaiolas ao lado eada outro ~ 18 cm de distância de modo que a parte frontal das gaiolas são voltados para o experimentador. A gaiola restante é colocada atrás das outras duas gaiolas e vai servir para suportar o espelho.
- Coloque a peça de vidro no topo das duas gaiolas e posicioná-lo de modo que o vidro está a ser suportado pelo bordo exterior das primeiras duas gaiolas.
- Colocar o cilindro na parte superior do vidro e o espelho com um ângulo sob o vidro, apoiando-se no 3 rd gaiola em volta. O ângulo pode variar entre 30 ° - 45 °, mas o mais importante a vista do espelho tem de incluir o diâmetro total do cilindro.
- Definir a videocâmara em frente do espelho e ajustar tanto o espelho e videocâmara até que possa visualizar todo o diâmetro do fundo do cilindro.
- Ajustar o cronômetro para 3 min e rotular um cartão com os detalhes importantes experimento (data, mouse #, etc.) Videorecord o rótulo de 2-3 segundos.
- Posicione o mouse no registro do cilindro e de imprensa eo timer. Record o mouse por três minutos. É importante que a área de teste é tranquila como barulhos e conversa pode distrair o mouse e potencialmente causar um comportamento de congelamento.
- Durante a 3 min usar um contador mão para contar o número de partes traseiras, enquanto o rato torna no cilindro. Uma parte traseira é definida como um movimento vertical com ambos os membros do chão para que o ratinho está em pé apenas nos seus membros posteriores. No final de 3 min remover o rato e colocá-lo de volta para a sua homecage.
- Limpe o cilindro de vidro e com um desinfectante fornecida pelo cuidado com os animais ou o pessoal veterinário. Permitir que a solução de limpeza para secar antes de colocar o lado do rato dentro do cilindro.
4. Análise da atividade espontânea
- Os vídeos podem ser vistos diretamente da câmera ou conectada a uma televisão ou do computador para uma visualização de tela maior. Os vídeos devem ser marcados por um experimentador cego ao genótipo e condição de tratamento dentro do experimento.
- Etapas membros anteriores são contados como o vídeo é reproduzido em câmera lenta. Um passo dos membros anteriores é contado quando o animal se move sequencialmente a ambos os membros do piso do cilindro, num só movimento consecutivo. Um movimento dos membros anteriores não é contado se o tempo entre o movimento de um membro anterior e o outro membro anterior é maior do que 5 segundos. Hindlimb passos são contadas da mesma forma como passos membros anteriores.
- Tempo gasto aliciamento é medida usando um cronômetro e reproduzir o vídeo em tempo real. Grooming ataques no focinho, vibrissas, e do corpo são medidos.
5. Remoção de adesivo
- Coloque o rato em sua homecage na sala de ensaio ou em uma estação de gaiola de mudança de mouse.
- Remova o compartimento de alimentação a partir da gaiola e substituir a tampa da gaiola. Permitir que os ratinhos / rato para se habituar ao ambiente do ensaio e da gaiola, sem o alimentador durante 1 hora.
- Para testar usar uma gaiola limpa para colocar cagemates assim o mouse teste é o único no homecage.Retire a 3/4 da cama e colocá-lo na gaiola limpa com as cagemates.
- Na nuca homecage o mouse teste, a fim de contê-lo e usar um par de lugar uma etiqueta adesiva forceps pequeno para o focinho do mouse. Pressione suavemente o rótulo do focinho com a pinça e solte o mouse. Coloque a tampa sobre a gaiola e iniciar um cronômetro. Quando o rato faz uma tentativa de remover a etiqueta com as suas patas dianteiras registar o tempo. Se o mouse faz o contato, mas não remova a etiqueta em seguida, manter o temporizador vai até ele removê-lo e gravar esse tempo também (contato e tempo de remoção).
- Se o rato não entra em contato ou remover o adesivo dentro de 60 segundos, em seguida, o julgamento terminou eo adesivo é removido manualmente pelo experimentador.
- Colocar o rato na gaiola de ensaio limpo e remover a próxima rato e colocá-lo no homecage e começar a testar. Todos os animais recebem três ensaios. É importante alternar entre ratos ao invés de fazer todos os três ensaios emum rato de cada vez. Ensaios em que o rótulo cai fora ou não é seguro no focinho não são contados.
Representative Results
Discussion
No presente estudo, mostramos como executar e analisar três testes úteis da função sensório-motora em ratos. Estes incluem o feixe de desafio, a actividade espontânea do cilindro, e resposta a estímulos sensoriais (remoção do adesivo). Estes testes foram escolhidos para as seguintes razões: 1) nós e os outros descobriram que eles sejam muito sensíveis a diferentes graus de disfunção dopaminérgica nigroestriatal em modelos do rato genéticos 14,16-18, 2) é necessária apenas uma pequena quantidade de treinamento para o feixe e manipulação para a resposta a estímulos sensoriais e de testes, uma vez formados os ensaios podem ser realizados em uma sessão de teste, e 3) o preço do equipamento necessário para realizar os ensaios é bastante baixa em comparação com a compra de equipamento mais automatizados tais como o rotarod e aberto câmaras de campo.
O teste de feixe desafio não só é útil na detecção de desempenho motor e déficits de coordenação em modelos genéticos do rato do PD, mas também é útil in revelar deficiência em ratinhos 1-metil-4-fenil-1 ,2,3,6-tetra-hidropiridina-tratados e 6-hidroxidopamina tratada e norepinefrina ratos deficientes em 19, 23-25. Além disso, encontramos o feixe desafio a ser menos influenciado pelo peso corporal em comparação com outros testes de desempenho motor e coordenação (rotarod e teste de pólo). Isto é particularmente benéfico quando se trabalha com camundongos machos com idade que pode pesar até 50 + gramas. Semelhante ao feixe, alterações na atividade espontânea são observados de forma confiável em parkin nocaute, PQ311X, Thy1-ASYN, Pitx3-afacia e LRRK2 camundongos 14, 16-18, 26. O teste de remoção de adesivo também é sensível à manipulação genética, incluindo parkin nocaute, Parkin Q311X, Thy1-ASYN e DJ-1 mutações em camundongos knockout 14,16, 17, 22. No ratinho 6-hidroxidopamina tratada unilateral do teste de remoção de adesivo é realizada de um modo semelhante à forma como é tipicamente feito com ratos a 1,2. A etiqueta autocolante está colocado em cada pata utilizandouma pinça e um tempo para remover o rótulo é gravado. Descobrimos que os ratinhos 6-hyrdoxydopamine tratados irá remover a etiqueta da parte afectada antes da remoção do rótulo, no membro afectado 19.
Esta bateria de teste é fácil de implementar, em estudos que utilizaram tratamentos crónicos de envelhecimento, mas também é de fácil utilização em estudos farmacológicos. Uma vez que os animais são treinados e prontos para testar uma estação de teste para cada ensaio pode ser configurado. Os animais são então executados na mesma ordem em cada teste. O fármaco de interesse pode ser administrado e uma vez que o pico de concentração da droga desejada seja atingida cada rato pode ser testado com o feixe e, em seguida, transferida para o cilindro durante três minutos e, em seguida, para o ensaio de remoção de adesivo. Nós achamos que essa estratégia funcione bem quando testando diferentes agonistas da dopamina em ratos 18, 21. Tanto a viga e os testes de remoção de adesivos são passíveis de testes repetidos, no entanto a actividade espontânea do cilindro é afectada pela repetida testing resultando em atividade reduzida ao longo do tempo 16. Dependendo de como o défice é robusto no rato pode ainda ser capaz de detectar diferenças com testes repetidos no cilindro 16. Em geral, a habituação e atividade reduzida é observado assim que a segunda exposição ao cilindro no entanto, descobrimos que podemos obter níveis de atividade suficientes quando executar o teste de atividade espontânea, imediatamente após viga transversal em estudos farmacológicos 18,21. O número de sessões de teste de actividade para incluir espontâneas em estudo será dependente de estirpe de ratinho (alguns são definitivamente mais activo do que os outros), e duração do tratamento. Em nossos estudos farmacológicos em ratos em um misto C57BL / 6 X fundo DBA medimos a atividade entre 2-4 vezes e as sessões de testes foram separados por uma semana 21.
Os testes de feixe e cilindro exigem análise pós-teste de comportamentos videogravados. Para este aspecto da análise,É particularmente importante ter avaliadores que são cegas para as condições experimentais. Quando treinamos avaliadores novos no laboratório, temos o comportamento pontuação pessoa em fitas de vídeo previamente analisados por um perito avaliador do laboratório. Os critérios são explicados e mostrados para o novo avaliador e, em seguida, a pessoa começa a marcar as fitas analisadas anteriormente por conta própria. Os resultados são, então, em comparação com o perito 'classificações. A pessoa não é permitida a novos dados de taxa até que eles estão dentro de 95-98% de precisão do perito. Todos os dados são então aleatoriamente spot-validado por um perito avaliador.
A bateria de testes descritos neste estudo foi projetado para avaliar a função sensório-motora em ratos. No entanto, sempre que a caracterização de um novo modelo de rato da doença, é sempre importante para fazer um exame de base do animal bem. O peso corporal e temperatura devem ser monitorizados ao longo de ensaio e quaisquer comportamentos anormais, deve notar-se, tal como a remoção de vibrissas ou clasping dos membros posteriores, quando pegou pela cauda. Avaliações neurológicas básicas são descritas em detalhe em outro lugar 27-29.
Disclosures
Nós não temos conflitos de interesse.
Acknowledgments
Este trabalho é financiado pelo NIH / NINDS NS07722-01 e do Centro de família Gardner para a doença de Parkinson e Distúrbios do Movimento.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Challenging beam apparatus | Starks Plastics | Segment 1= 3.5 cm Segment 2= 2.5 cm Segment 3= 1.5 cm Segment 4= 0.5 cm |
Contact information: 11276 Sebring Dr. Forest Park ,OH 45240 USA Ph +1 (513) 541-4591 Fax +1 (513) 541-6773 |
| Cylinder | Starks Plastics | 15.5 cm diameter 12.7 cm height |
Contact information: 11276 Sebring Dr. Forest Park ,OH 45240 USA Ph +1 (513) 541-4591 Fax +1 (513) 541-6773 |
| Mesh Grid Wiring | Ace Hardware | 1 cm2 | |
| Mouse Cages | Ancare | 19 x 29 x 12.7 cm | |
| Glass | Ace Hardware | 19 cm2 | |
| Mirror | Ace Hardware | 18 x 13 cm | |
| Camcorder | Sony HDR-HC9 | ||
| MiniDV Tapes | Sony DVC premium | 90 min long play | |
| Labels | AveryColor Coding Labels | 6.35 mm diameter (1/4" Round) |
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