Presented is a concise battery of mouse neonatal motor tests. Using these tests, neonatal motor deficits can be demonstrated in a variety of neonatal motor disorders. By having a standardized set of tests, results from different studies can be compared, allowing for better and accurate reporting between groups.
As the sheer number of transgenic mice strains grow and rodent models of pediatric disease increase, there is an expanding need for a comprehensive, standardized battery of neonatal mouse motor tests. These tests can validate injury or disease models, determine treatment efficacy and/or assess motor behaviors in new transgenic strains. This paper presents a series of neonatal motor tests to evaluate general motor function, including ambulation, hindlimb foot angle, surface righting, negative geotaxis, front- and hindlimb suspension, grasping reflex, four limb grip strength and cliff aversion. Mice between the ages of post-natal day 2 to 14 can be used. In addition, these tests can be used for a wide range of neurological and neuromuscular pathologies, including cerebral palsy, hypoxic-ischemic encephalopathy, traumatic brain injury, spinal cord injury, neurodegenerative diseases, and neuromuscular disorders. These tests can also be used to determine the effects of pharmacological agents, as well as other types of therapeutic interventions. In this paper, motor deficits were evaluated in a novel neonatal mouse model of cerebral palsy that combines hypoxia, ischemia and inflammation. Forty-eight hours after injury, five tests out of the nine showed significant motor deficits: ambulation, hindlimb angle, hindlimb suspension, four limb grip strength, and grasping reflex. These tests revealed weakness in the hindlimbs, as well as fine motor skills such as grasping, which are similar to the motor deficits seen in human cerebral palsy patients.
Udvikling af nye modeller for pædiatrisk skade eller sygdom ved hjælp af gnavere er ofte vanskeligt på grund af den fantastiske evne både rotter og mus til hurtigt komme sig neurologisk skade. Derfor, for at validere en ny pædiatrisk sygdomsmodel, grundigt at undersøge de cellulære og molekylære ændringer skal gå hånd i hånd med adfærdsmæssige resultater. På mange måder kan funktionelle adfærdsmæssige opsving være vigtigere end de underliggende cellulære ændringer i form af terapeutisk eller translationel relevans. Da forskerne lære mere om skade i den voksne og nyfødte, er det klart, at deres svar er meget forskellige og ikke kan ekstrapoleres mellem de to. For eksempel neonatale mus vist forskellige niveauer af nervevækstfaktor, hjerneafledt neurotrofisk faktor, neurotrofin-3 og glialcellelinjeafledt neurotrofisk faktor efter rygmarvsskade 1,2. Derudover nyfødte har betydelig blod-hjerne-barrieren lækage efter slagtilfælde 3, demonstrate cortical neuron omlejring efter perifer nerveskade 4, og har en forsinket eller langsommere astrogliose efter rygmarvsskade og hypoxi-iskæmi 5,6. Derfor er det vigtigt, translationel pædiatrisk forskning bruge udviklingsmæssigt tilsvarende modeller, og at disse modeller er vurderet for både cellulære / molekylære ændringer og alderssvarende adfærdsmæssige tests.
Cerebral parese (CP) er en motor lidelse, der påvirker 3: 1000 levendefødte årligt (NIH). Børn med CP udviser en række symptomer og følgesygdomme, afhængigt af sværhedsgraden af sygdommen. Vanskeligheder med bevægelse og koordination er de mest almindelige tegn, sammen med forsinkelser i at nå motor udviklingsmæssige milepæle. Andre tegn omfatter unormal muskelspænding (enten øget eller nedsat), nedsat finmotorik, gangbesvær, overdreven savlen og synke, og tale forsinkelser (NIH). Den underliggende årsag til CP menes at væreen mangel på oxygen og / eller blodstrømmen til hjernen under præ- eller peripartum periode, eller op til et års post partum. Desuden er betændelse nu menes at være en vigtig komponent i udviklingen af CP.
Størstedelen af CP tilfælde er forbundet med hvid substans skader omkring ventriklerne, kendt som periventricular leukomalaci (PVL). Denne neurologiske kendetegnende antyder, at den oprindelige fornærmelse fører til CP optræder under perioden med hjernens udvikling når oligodendrocytterne er mest sårbare over insult. Den periode med hurtig vækst oligodendrocyt i et menneske, også den periode, hvor oligodendrocytter er mest modtagelige for skade, er mellem 24-32 ugers svangerskab. Hos gnavere, den tilsvarende periode er postnatale dage 2 – 7 7, og er, når CP induceres i denne model.
Den neonatale musemodel af CP, der blev brugt til at gennemføre de her skitserede test kombinerer hypoxi og iskæmi med betændelse at skabe en injUry at bedre efterligner neurodegeneration set i human CP. Denne model tager fat på nogle af de store mangler observeret i andre dyremodeller for CP, som mangler distinkte motoriske underskud, der ligner menneskelige CP patienter, såvel som forskellig hvid substans skader. Tidligere undersøgelser af en samarbejdspartner anvendelse af den samme model har vist, at tilsætning af inflammation øger hvide substans skader, hvilket bedre efterligner PVL ses hos børn med CP 8. Med udgangspunkt i de tidligere data, dette papir præsenterer en omfattende batteri af neonatale motoriske tests for at vurdere ændringer i motorisk adfærd som dyret aldre.
Brug dyremodeller til at studere humane sygdomme er kun relevant, hvis der er overlap mellem den cellulære og molekylære respons mellem menneske og gnaver, og at de adfærdsmæssige test udført har direkte relevans for menneskelige symptomer. Et af de store problemer med pædiatriske undersøgelser sygdom er, at mange forskere bruger voksne gnavere til at skabe den model, samt voksne gnaver adfærdsmæssige vurdering, uden at overveje de udviklingsmæssige forskelle, der kan være vigtige for sygdomsprocessen. På grund af disse problemer, er det vigtigt, at forskning i pædiatrisk brug sygdom ikke kun den rette justerede udviklingsmæssige tidspunkter (f.eks menneskelig CNS udvikling på 28 – 32 uger svarer til en post-natal dag 2 – 7 dage gnaver) 7, men også adfærdsmæssige test, der vil undersøge passende motor, sensoriske eller refleksive udviklingsmæssige adfærd. Således som hver ny neonatal sygdom model er udviklet, skal det grundigt testet for at sikre, at den cellulæreog adfærdsmæssige reaktioner vil give den mest hensigtsmæssige oversættes data mellem gnaver og menneske.
Cerebral parese er en motor lidelse, der fortsætter ind i voksenalderen. Et problem med mange af de cerebral parese modeller til rådighed i dag, er manglen på gentagelig, standardiseret motor test, der kan korrelere med underskud set i pædiatriske patienter. I denne nye model, der kombinerer hypoxi, iskæmi og inflammation i en neonatal mus, blev motorisk adfærd evalueret under anvendelse af et batteri af tests specifikke for neonatale mus. For at mindske subjektivitet og øge den kvantitative rapportering, har flere undersøgelser blevet modificeret til at omfatte meget specifikke, men let at evaluere foranstaltninger, som kan standardiseres. Desuden kan front- og bagbenenes evalueringer udføres separat, og venstre / højre forskelle kan bestemmes. Dette batteri af tests er specifik for neonatale mus op til to uger.
Denne CP model demonstrerergangbesvær (mobilisering, bagben fod vinkel), samt led-specifik svaghed (fire lemmer suspension, bagben suspension), og underskud i udviklingsmæssige reflekser (gribning refleks). Selv om der i denne undersøgelse kun én tidspunkterne blev undersøgt, kan disse underskud spores over tid.
Der er andre batterier af tests, der kan bruges på den nyfødte, såsom Fox batteri af tests eller Heyser vurdering af udviklingsmæssige milepæle 15. Men disse tests sammenligner den nyfødte til voksne, hvis responser kan ikke være den samme, fordi den nyfødte stadig er under udvikling. Fox batteri og Heyser s Assement tests stole på observationelle subjektive oplysninger med dichotomous (ja eller nej) vurdering, snarere end objektive data (vinkel, kropsholdning baseret på styrke, osv). På grund af den subjektivitet fra disse tests, har mange forskere tilpasset, tilsat eller fjernet kriterier, og dermed gøre deres resultater uforlignelige til andre og grænseing nytten af data i form af oprettelse af en baseline underskud for en bestemt sygdom eller lidelse. Ved at etablere et sæt af standardiserede motoriske tests, der er kvalitative og specielt designet til at teste nyfødte, kan resultaterne fra de enkelte forskergrupper nøjagtigt og pålideligt rapporteret og sammenlignet.
The authors have nothing to disclose.
We would like to thank everyone at Shriners Hospital Pediatric Research Center, in particular Dr. Mickey Seltzer, of whom without his support, this work would not have been funded. In addition, we would like to thank Isha Srivastava, who contributed to early data collection and Amy He, who helped with the figures. This study was funded by Shriners Hospitals for Children. No funding source played a role in experimental design or decision to submit the paper for publication.
C57BL/6 mice | Charles River Laboratories | STRAIN CODE: 027 | C57BL/6NCrl is the exact strain we use |
Anesthesia Dish, PYREX™ Crystallizing Dish | Corning Life Sciences Glass | 3140125 | Capacity: 25.03 oz. (740mL); Dia. x H: 4.92 x 2.55 in. (125 x 65mm). However, any small round glass container will work. A 2 cup capacity pyrex food storage bowl with flat bottom will also work and is much cheaper (Pyrex model number: 6017399). |
Covered lead ring | Fisher Scientific | S90139C | Lead ring for stablizing flasks in a water bath. It is used inside the anesthesia dish. |
Scalpel Blade #11 | World Precision Instrucments, Inc. | 500240 | |
Small Vessel Cauterizer | Fine Science Tools | 18000-00 | |
Micro Hook | Fine Science Tools | 10064-14 | |
Vetbond Suture Glue | 3M | 1469SB | n-butyl cyanoacrylate adhesive |
Lipopolysaccharide | Sigma Life Science | L4391 | Lipopolysaccaride from e.coli 0111:B4, gamma irradiated |
12×12 inch opaque box | Acrylic Display Manufacturing: A division of Piasa Plastics | C4022 | Colored Acrylic 5-Sided Cube, 3/16" Colored Acrylic, 12"W x 12"D x 12"H; http://www.acrylicdisplaymfg.com/html/cubes_19.html |
Camera/camcorder | JVC | GC-PX100BUS | Any camcorder that works well in low light and can be imported and edited. We use the JVC GC-PX100 Full HD Everio Camcorder. |
Covidien Tendersorb™ Underpads | Kendall Healthcare Products Co | 7174 | |
WypAll L40 | Kimberly-Clark Professional | 5600 | Any surface with moderate grip will do |
Surface at 45 degree incline | We use a cardboard box. | ||
Thin wire from a pipe cleaner | Creatology | M10314420 | Any pipe cleaner from any craft store will work. |
50mL conical tube | Falcon | 352070 | |
Fiberglass Screen Wire | New York Wire www.lowes.com | 14436 | Any supplier can be used as long as their screen is 16×16 or 18×16 |
Razor blade | Fisherbrand | 12-640 | A wooden stick applicator or wooden part of a cotton-tipped swab will also work. |
OPTIX 24-in x 4-ft x 0.22-in Clear Acrylic Sheet to make Clear Acrylic Walkway | PLASKOLITE INC | 1AG2196A | Clear acrylic (1/8" thick) with sides and a top to limit exploration. We bought a sheet of acrylic from a local hardware store and had them cut it to size. (2) 2"x2"; (3) 2"x 18"; (1) 2"x15.5"; (1) 2"x3". Using clear tape, tape all sides together, with the 15.5" piece on top. Tape the 3" piece to the end of the 15.5" piece to create a flap/entryway for the mice. Alternatively, part or all of the walkway can be glued together, and only taping on the top pieces. This design will allow for the walkway to be opened for easy cleaning. |
Protractor | Westscott | ACM14371 |