Summary
Мы опишем создание мышиных модели для болезни Паркинсона с помощью MPTP и поведенческие оценки с использованием цилиндра и открытом поле тесты для измерения моторную функцию. Затем мы используем l-допы как один из примеров показать, как применить эту модель в изучении PD наркотиков.
Abstract
Болезнь Паркинсона (PD) является распространенным заболеванием нейродегенеративных расстройства, вызывая явление встряхивания, жесткость, медлительность движения и слабоумие. 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) может привести к некоторым Паркинсона-подобные симптомы, уничтожив дофаминергических нейронов в Substantia головного мозга. Он таким образом использовался для создания модели PD в различных исследованиях на животных. Здесь, мышей получать инъекции MPTP (20 мг/кг/день) за семь дней и поведенческие тесты выполняются на восьмой день. Эта модель эффективно адаптирована в исследовании PD. Поведенческие тесты здесь включают цилиндра и открытом поле теста. Цилиндр эксперимент используется для обнаружения животных возможность поднять их передние лапы, когда положить в другую среду. Как PD модели мышей показывают, выгибая — мышь арки его обратно — количество сокращение отгрузок лапы. Этот тест легко выполнить. Открытое поле тест используется для обнаружения количество мышей тратить время на бег, ходьба и оставаясь неподвижным. Мы анализируем движений животных в открытом поле, с помощью программного обеспечения и получения данных. Наконец мы используем также l-ДОФА, один из наиболее часто используемые PD наркотиков, как один пример, чтобы показать, как применить эту модель к изучению PD наркотиков. Наши результаты показывают, что нейротоксичность MPTP индуцирует мотор дефицита, которые могут быть компенсированы l-допы.
Introduction
Болезнь Паркинсона (PD), один из самых распространенных заболеваний среди людей старшего возраста, является долгосрочной нейродегенеративных расстройств1. Пациенты всегда показывают явление встряхивания, жесткость, медлительность движения и слабоумие, ухудшить течение времени2. Другие симптомы, включая чувств, сна и эмоциональные проблемы также часто наблюдаются2. Причиной PD до сих пор неизвестно, но считается включать генетические и экологические факторы, которые вызывают потерю дофаминергических нейронов в substantia nigra3и развития органов Леви и невритов Леви в различных регионах мозг4.
Среди исследований PD 1-Methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP)5 широко адаптирована в воссоздании некоторых PD симптомы в экспериментальных моделях. В 1984 году Лангстон et al. впервые обнаружил, что инъекции MPTP белка обезьян привели к паркинсонизм6. Хотя модель MPTP грызунов не показывают наличие органов Леви, который является биомаркером присутствия PD, MPTP вызывает Паркинсона-подобные симптомы, уничтожив дофаминергических нейронов в Substantia мозг7. По сравнению с другими наркотиками модель для PD таких вызванных 6-hydroxydopamine (6-OHDA)8 и 1-метил-4-phenylpyridinium (MPP +)9, инъекции MPTP легко выполнить и MPTP модель занимает меньше времени. Мышей получать инъекции MPTP (20-30 мг/кг/день) за семь дней и поведенческие тесты выполняются на восьмой день10.
Открытое поле тест11 была впервые разработана Calvin S. зал, американский12. В различных исследованиях тестируются различные виды поведения. В исследованиях, которая фокусируется на болезни Паркинсона поведения как деятельности локомоции и скорость передвижения проверяются, чтобы увидеть, если затронуты животного способность двигаться. По сравнению с другими методами, используемые для тестирования создания PD животных, открытое поле тест легко осуществить, потому что необходимое оборудование является простым, и прототипирование и данных анализа программного обеспечения (например, MATLAB, Excel) может использоваться для легко собирать и график данных. Кроме того коэффициент вариации является относительно небольшой13, это означает, что результат теста открытом поле является надежным. Еще одно преимущество над другими методами является то, что поведение, включенные в этом эксперименте легко отличить; мышей может быть либо бег, ходьба, или стоя на месте. Обычно тест открытое поле может использоваться на грызунов, когда исследователь необходимо оценить тему мобильности.
Цилиндр тест также называется тест асимметричной использования передних конечностей. Когда этот тест был впервые разработан, он использовался для тестирования асимметричных использование крыса Передние конечности14. Здесь мы используем этот тест для анализа животного способность растянуть и использовать оба его передние конечности, чтобы исследовать новые окрестности. Когда substantia nigra и полосатое повреждены MPTP в головном мозге, животное стремится арки его обратно и становится меньше шансов растянуть и исследовать неизвестные окружающей среды. Этот тест легко выполнить и может дать предварительный результат. Однако этот тест обладает высокой внутренней изменчивости, поэтому он обычно используется с вместе с другими поведение экспериментов.
Принимая l-допа, который также известен как леводопы или L-3,4-Диоксифенилаланин, является распространенным способом для лечения болезни Паркинсона, поскольку одной из причин PD является уменьшение допамина в. L-допы является предшественником дофамина. Но в отличие от допамина, он может пересечь гематоэнцефалический барьер, который означает, что она будет более эффективной в повышении концентрации допамина в мозге области. После того, как она пересекает blood - brain барьер, l-допы преобразуется в допамина L-аминокислот кислоты Декарбоксилаза15.
Здесь мы описываем, измерение и анализ двигательной функции MPTP-индуцированной PD модели мышей с использованием цилиндра тест14 и измененные открытом поле теста. Мы управляем l-допы как один пример, чтобы показать, как применить эту модель в изучении PD наркотиков. Наши результаты показывают, что MPTP индуцирует мотор дефицита, которые могут быть компенсированы l-допы.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Это исследование было проведено по данным международных, национальных и институциональных норм, учитывая экспериментов на животных. Протокол исследования был одобрен Комитетом животных этики Нанкай университета.
1. MPTP и l-допы администрация
Примечание: Институт зоологии, Китайской академии наук были предоставлены 10 недельных самок мышей BALB/c. Мышей были размещены шесть в клетке под свет/темно цикла 12 h (огни на 08:00-20:00), постоянная температура 21-22 ° C и относительной влажности 55% ± 5%. Газобетона стандартных мышей Чоу же разработки и воды ad libitum было уделено всех животных.
- После одной недели акклиматизации делят на три группы шести мышей животных.
- Группа 1, администрировать внутрибрюшинной инъекции (см. шаг 1.5) 250 мкл/мыши/день физиологического раствора от 1 дня до 7 день, а затем выполнить внутрижелудочного администрирования (см. шаг 1.6) 250 мкл/мыши физиологического раствора на 8 день.
- Группа 2, администрировать внутрибрюшинной инъекции 20 мг/кг/день MPTP каждый день от 1 дня до 7 день, а затем выполнить внутрижелудочного отправления 250 мкл/мыши физиологического раствора на 8 день.
- Группа 3, администрировать внутрибрюшинной инъекции 20 мг/кг/день MPTP от 1 дня до 7 день, а затем выполнить внутрижелудочного отправления 5 мг/кг l-допы на 8 день.
- Выполняйте внутрибрюшинной инъекции.
- Загрузите препарата в 1 мл стерильного шприца с иглой 26 G. Ликвидировать воздуха из шприца.
- Загривок мыши с его живота вверх. Держите головы, шеи и тела мыши в прямой линии также с руководителем фиксированной.
- Угол иглы прорезывают брюшины. Нажмите иглы для надлежащего расстояния до тех пор, пока существует незначительное сопротивление и затем вводить препарат. Вытащите иглу гладко.
- Выполняйте внутрижелудочного администрации.
- Подготовьте препарата в 1 мл стерильного шприца с иглой Оральный затравки. Ликвидировать воздуха из шприца.
- Удерживайте кнопку мыши, с его живота вверх. Держите головы, шеи и тела мыши в прямой линии с главой фиксированной.
- Держите иглы параллельно телу мыши и вставить его из угла рта мыши, нажатия язык и толкая внутрь против верхней челюсти.
- С мало сопротивления, который показывает игла входит пищевода плавно, аккуратно протолкните иглу в надлежащее расстояние. До того, как кончик иглы достигает нижней части груди, вводить лекарство.
- Вытащите иглу гладко.
2. цилиндр тест
Примечание: Поведенческие тесты проводились на 8 день. L-допы вводили к третьей группе мышей 40 мин перед поведенческие тесты. Если поведенческое тестирование выполняется не в той же комнате, где размещаются животных, животных необходимо приспособиться к новой комнате за 30-60 мин до теста.
- Выполните тест 24 ч после введения последней дозы MPTP.
- Поместите цилиндр прозрачного стекла (высота = 19,5 см, диаметр = 15 см, вес ≥1 кг) в центре стола. Окружают цилиндр с трех сторон с черного картона, чтобы уменьшить эффект освещения окружающей среды. Оставьте одну сторону цилиндра, стоящих перед камерой для записи видео.
Примечание: Расстояние между картоном и цилиндра должно быть около 4-8 см. - Прикрепить камеру (> 1 миллион пикселей) на ~ 40-60 см от цилиндра для обеспечения полного баллона является видимым.
Примечание: Это не слишком близко, не слишком далеко с тем, чтобы не беспокоить мыши во время записи видео его движения. - Место один мышь в цилиндр, в то время и начать съемки сразу. Остановите съемки через 3 мин.
Примечание: В ходе этого процесса, старайтесь избегать шума или легкие изменения в порядке избежать влияния на поведение мыши. - Поместите курсор мыши обратно в дом клетку после тестирования.
- Очистить баллон с водой, а затем спрей 70% v/v этанола на внутренней стене он дезинфицировать и удалить мыши ароматов. Протрите цилиндр сухой, прежде чем другой мыши помещается в.
- Воспроизводить видео со скоростью 0,5 x регулярных скорость и количество подъемников лапу на стену каждой мыши.
Примечание: Лапы, подъемники возникают, когда мышь поднимает вверх на его гомотерия, поднимает обе передние конечности выше уровня плеча и земли. Один Лифт передних конечностей не учитываются. Как правило мыши вызывает его передние конечности прикоснуться к стенкам цилиндра. Если мышь вызывает его передние конечности выше уровня плеча несколько раз непрерывно без посадки, он должен считаться только раз.
3. открытые поля тест
- Выполните тест открытое поле 24 ч после дозирования MPTP.
Примечание: Это может осуществляться в то же время теста цилиндра. - Подготовка прозрачной открытые поля реакции (45 см L x 45 см Ш x 25 см H) с крышкой деревянную пластину в нижней черной тканью. Исправить камеру (> 1 миллион пикселей резолюции) над полем на высоте 1 м.
Примечание: Цвет открытом поле поле внизу должна отличаться от протестированных мыши цвет для обеспечения цветовой контраст в видео. - Настройте камеру, чтобы убедиться, что открытые поля реакции находится прямо в центре видео.
- Поставьте один тест мыши в поле и пусть мыши ознакомить себя с окружающей средой для около 1 мин.
- Запись видео 5 минут с помощью камеры, подключенные к компьютеру.
- Анализ видео, с помощью программных средств (например, MATLAB) для получения трассировки рисунок движения, распределение статических (скорость < 1 см/с), пешком (скорость 1-20 см/s) и работает (скорость > 20 см/сек) время, Общая путешествовал расстояние и средний скорость каждого испытания мыши.
Примечание: При анализе видео, мы отслеживаем все тело мыши. Средняя скорость тела означает, Общая длина пути покрыно, деленное на общее затраченное время. Поэтому если мышь не движется, ее мгновенной скорости будет рассматриваться как ноль. - Очистите все фекалии в открытом поле реакции. Спрей на 70% спирте на поле и протрите его.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
В тесте, цилиндр наблюдалось снижение тылы против стены в мышах (Группа 2) лечили MPTP от 1 дня до дня 7 и засоленных на 8-й день по сравнению с соленой лечение мышей (Группа 1), в то время как в мышей (Группа 3) относились с MP было отмечено увеличение числа тылы ТП от 1 до 7 день дня и l-допы на 8-й день по сравнению с мышей (Группа 2) обрабатывают MPTP от 1 дня до дня 7 и засоленных на день 8 (рис. 1).
Рисунок 2 показывает представитель следы и распределение статических времени, ходьба время и время работы трех групп мышей. В (A) мышах лечили физиологического раствора. (B) мышей, получавших MPTP от 1 дня до дня 7 и соли в день 8. (C) мышей, получавших MPTP от 1 дня до 7 день и l-допы на 8 день. Когда мышь движется в открытом поле Арена с скоростью < 1 см/с, 1-20 см/сек, или > 20 см/с, он был признан как static, ходьба или бег соответственно. Мышей лечится только MPTP показали более низкой скорости движения, короткие расстояния движения, статический дольше и меньше время чем лечить солевых мышей, которые указали моторного дефицита, вызванного MPTP. Мышей, получавших MPTP и l-допы показали более высокую скорость движения, больше расстояние движения, короче время статические и длительных время чем мышей относились с просто, MPTP (рис. 2, рис. 3), которые показали, что l-допы смягчить MPTP-индуцированной моторного дефицита.
Рисунок 1: последствия MPTP мотор производительность в тесте цилиндра Это показывает анализ числа воспитания на 8 день. * p представляет < 0,05, ** представляет p < 0.01 для односторонней теста ANOVA. Все значения представляют собой среднее ± SD (n = 6). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: движение путь в мышей и распределения времени, что мышей остаться, ходить и бегать в течение 5 мин в открытом поле тест. (A) Untreated мыши. (B) мышах лечат MPTP. (C) PD модели мышей спасены l-допы. Запуск: мышь движется со скоростью более чем 20 см/s. ходьбы: мышь был переезд в открытом поле и со скоростью 1-20 см/s. Static: мышь была стационарные (скорость < 1 см/с) в открытом поле (n = 6). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: моторного дефицита, вызванного MPTP и терапевтический эффект l-допы на мотор производительность в открытом поле тест. (A) анализ статических, ходьба и бег времени. (B) анализ среднее движение расстояния. (C) анализ средняя скорость. представляет p < 0,001, *** представляет p < 0,0001 для односторонней теста ANOVA. Все значения представляют собой среднее ± SD (n = 6). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Из-за разрушения дофаминергических нейронов в Substantia мозга MPTP вызывает симптомы Паркинсона-как в7мышей. L-допы является наиболее предпочтительным препарат для PD с тех пор его клинического применения, потому что он помогает в поддержании нормальной повседневной деятельности у больных с PD, эффективное подавление моторных нарушений, включая15акинезии и жесткость. Мышей лечат MPTP показан нарушениями в поведенческие тесты, как тест цилиндра и открытом поле тест, который может использоваться для изучения модели MPTP. Открытые поля и испытания баллона обычно используются для измерения спонтанных действий. Здесь мы изменили эти две поведенческие тесты, чтобы применять их в исследовании PD. Как показано в наших результатах, l-допы может смягчить нарушениями поведения путем улучшения моторных способностей животных.
Как правило мышей исследовать их окрестности, когда они держали введен в новой среде. Таким образом при хранении в прозрачный цилиндр, они изучения внутри цилиндра, перемещая и повышение их тела коснуться стенки цилиндра с их передние конечности. Мышей опьянения с нейротоксическими агентов, таких как MPTP, уменьшить это действие. Это позволяет нам применять цилиндра тест в исследовании PD. Лапа подъемников количествах указывают использования передних конечностей для поддержки тела и таким образом используются для оценки воздействия новых химических подразделений на мотор производительность16. Цилиндр тест также обеспечивает меру для моторных функций передних конечностей17 во многих нейродегенеративных заболеваний, связанных с моторной коры поражения, такие как боковой амиотрофический склероз и Спиноцеребеллярная атрофия18.
Открытое поле тест является экспериментальной традиционно используется для анализа уровня общей двигательной активности и их готовность грызунов с точки зрения времени, что они остаются в центре окна. Измерение пути движения, скорость и время мышей остаться, ходить и бегать соответственно в поле, вместо того, чтобы конкретные области в открытом поле можно оценить моторную функцию в PD19. Используя простой и легко доступны, кодирование программного обеспечения (см. Таблицу материалы), мы можем получать и анализировать данные, связанные с опорно-двигательной функцией эффективно.
И испытания баллона на открытом поле были выбраны для измерения спонтанное тепловоз функция PD модели мышей по следующим причинам. Мышей не обязательно должны быть обучены до поведенческие тесты. Только несколько минут необходимы для ответа, который обеспечивает эффективность. Низкая стоимость оборудования, необходимого для выполнения тестов. Однако основным недостатком этой меры является, что уровни активности животных может значительно отличаться из-за изменения окружающей среды и индивидуальных различий. Чтобы уменьшить количество вариации в данных результатов, следует проявлять осторожность. Во-первых в то же время следует оценивать животных же возраста, пола и генетический фон20,21,22 . Во-вторых оборудование, цилиндр и открытые поля, должны быть очищены до и после тестирования каждого мыши. Наконец Держите окружающей среды тихо и спокойно во время теста.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Наша работа финансируется Тяньцзинь Бакалавриат учебных программ для инновационной деятельности и предпринимательства (Грант № 63183004). Этот проект был начат в состояние ключа Лаборатория лекарственных химической биологии в Нанькайском университете. Авторы заявляют, что нет конфликтов интересов.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 70% Ethanol | Ruiboxing Company | RBX-64175 | |
| Camera | BASLER | acA645-100gm | |
| Cylinder test | Made in-house at Nankai University | N/A | |
| Excel | Microsoft | N/A | |
| Levodopa | Sigma-Aldrich | 72816 | |
| Matalb 2017a | Mathworks | N/A | |
| Mice | Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences | Balb/c | Adult female mice(10 weeks) |
| MPTP | Yuanye Biological Technology Company Ltd., Shanghai | S31504-500mg | |
| Open field test | Made in-house at Nankai University | N/A | |
| Syringe | Solelybio | S-xsgwz-w | Irrigation |
| Syringe | Jiangxi Fenglin Medical Application Co. | hc3824 | Intraperitoneal injection |
References
- Dehay, B., Bourdenx, M., Gorry, P., Przedborski, S., Vila, M., Hunot, S., Singleton, A., Olanow, C. W., Merchant, K. M., Bezard, E. Targeting -synuclein for treatment of Parkinson's disease: mechanistic and therapeutic considerations. Lancet Neurology. 14, 855-866 (2015).
- Weintraub, D., Comella, C., Horn, L., S, Parkinson's disease - Part 1: Pathophysiology, symptoms, burden, diagnosis, and assessment. American Journal of Managed Care. 14, 40-48 (2008).
- Ismaiel, A. A., et al. Metformin, besides exhibiting strong in vivo anti-inflammatory properties, increases mptp-induced damage to the nigrostriatal dopaminergic system. Toxicology and Applied Pharmacology. , 19-30 (2016).
- Bayliss, J. A., et al. Ghrelin-AMPK signaling mediates the neuroprotective effects of calorie restriction in Parkinson's disease. Journal of Neuroscience. 36, 3049-3063 (2016).
- Olanow, C. W., Stern, M. B., Sethi, K. The scientific and clinical basis for the treatment of Parkinson disease. Neurology. 72 (21 Supplement 4), (2009).
- Chiba, K., Trevor, A., Castagnoli, N. Metabolism of the neurotoxic tertiary amine, MPTP, by brain monoamine oxidase. Biochemical & Biophysical Research Communications. 120 (2), 574-578 (1984).
- Bakay, R. A., et al. Biochemical and behavioral correction of MPTP parkinson-like syndrome by fetal cell transplantation. Annals of the New York Academy of Sciences. 495 (1), 623-638 (2010).
- Kelly, P. H., Seviour, P. W., Iversen, S. D. Amphetamine and apomorphine responses in the rat following 6-OHDA lesions of the nucleus accumbenssepti and corpus striatum. Brain Research. 94 (3), 507-522 (1975).
- Langston, J. W., Irwin, I., Langston, E. B., Forno, L. S. 1-methyl-4-phenylpyridinium ion (MPP+): identification of a metabolite of MPTP, a toxin selective to the substantia nigra. Neuroscience Letters. 48 (1), 87-92 (1984).
- Katila, N., et al. Metformin lowers α-synuclein phosphorylation and upregulates neurotrophic factor in the MPTP mouse model of Parkinson's disease. Neuropharmacology. 125, (2017).
- Goldberg, N. R. S., Haack, A. K., Lim, N. S., Janson, O. K., Meshul, C. K. Dopaminergic and behavioral correlates of progressive lesioning of the nigrostriatal pathway with MPTP. Neuroscience. 180, 256-271 (2011).
- Schwarting, R. K., Sedelis, M., Hofele, K., Auburger, G. W., Huston, J. P. Strain-dependent recovery of open-field behavior and striatal dopamine deficiency in the mouse MPTP model of Parkinson's disease. Neurotoxicity Research. 1 (1), 41 (1999).
- Shiguang, S., et al. The open field test as a method for ethology in Kunming mice: test-retest reliability. Chinese Journal of Behavioral Medicine and Brain Science. 19 (12), 1093-1095 (2010).
- Roome, R. B., Vanderluit, J. L. Paw-Dragging: a Novel, Sensitive Analysis of the Mouse Cylinder Test. Journal of Visualized Experiments. (98), e52701 (2015).
- Cotzias, G. C., Van Woert, M. H., Schiffer, L. M. Aromatic amino acids and modification of Parkinsonism. New England Journal of Medicine. 282, 31-33 (1967).
- Cassady, J. C., Johnson, R. E. Cognitive test anxiety and academic performance. Contemporary Educational Psychology. 27 (2), 270-295 (2002).
- Rogalewski, A., et al. Semaphorin 6A improves functional recovery in conjunction with motor training after cerebral ischemia. Plos One. 5 (5), 0010737 (2010).
- Chen, W., Qiao, D., Liu, X., Shi, K. Treadmill exercise improves motor dysfunction and hyperactivity of the corticostriatal glutamatergic pathway in rats with 6-ohda-induced parkinson's disease. Neural Plasticity. 2017, 2583910 (2018).
- Colas-Zelin, D., et al. The imposition of, but not the propensity for, social subordination impairs exploratory behaviors and general cognitive abilities. Behavioural Brain Research. 232 (1), 294-305 (2012).
- Spurney, C., et al. Preclinical drug trials in the mdx mouse: Assessment of reliable and sensitive outcome measures. Muscle Nerve. 39, 591-602 (2009).
- Valle, F. P. Effects of strain, sex, and illumination on open-field behavior of rats. American Journal of Psychology. 83, 103-111 (1970).
- Tatem, K. S., et al. Behavioral and Locomotor Measurements Using an Open Field Activity Monitoring System for Skeletal Muscle Diseases. Journal of Visualized Experiments. (91), e51785 (2014).
