Summary

Erstellung akuter und chronischer experimenteller Modelle der motorischen Tic-Expression bei Ratten

Published: May 27, 2021
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Summary

Wir präsentieren Protokolle zur Erstellung akuter und chronischer experimenteller Modelle der Tic-Expression bei sich frei verhaltenden Ratten. Die Modelle basieren auf der Implantation von Striatalkanülen und der anschließenden GABA A-Antagonistenanwendung. Das akute Modell verwendet transiente Injektionen, während das chronische Modell verlängerte Infusionen über eine subkutan implantierte Mini-Osmotikpumpe verwendet.

Abstract

Motorische Tics sind plötzliche, schnelle, wiederkehrende Bewegungen, die die Schlüsselsymptome des Tourette-Syndroms und anderer Tic-Störungen sind. Die Pathophysiologie der Tic-Generation ist mit einer abnormalen Hemmung der Basalganglien verbunden, insbesondere ihrer primären Inputstruktur, dem Striatum. In Tiermodellen sowohl von Nagetieren als auch von nichtmenschlichen Primaten induziert die lokale Anwendung vonGABA-A-Antagonisten wie Bicuculline und Picrotoxin in die motorischen Teile des Striatums eine lokale Enthemmung, was zur Expression motorischer Tics führt.

Hier stellen wir akute und chronische Modelle motorischer Tics bei Ratten vor. Im akuten Modell lösen bikukulline Mikroinjektionen durch eine in das dorsale Striatum implantierte Kanüle die Expression von Tics aus, die für kurze Zeiträume von bis zu einer Stunde anhalten. Das chronische Modell ist eine Alternative, die die Verlängerung der Tic-Expression auf Zeiträume von mehreren Tagen oder sogar Wochen ermöglicht, wobei eine kontinuierliche Infusion von Bikukullin über eine subkutane Mini-Osmotik-Pumpe verwendet wird.

Die Modelle ermöglichen die Untersuchung der Verhaltens- und neuronalen Mechanismen der Tic-Generation im gesamten cortico-basalen Ganglienweg. Die Modelle unterstützen die Implantation zusätzlicher Aufnahme- und Stimulationsgeräte zusätzlich zu den Injektionskanülen und ermöglichen so eine Vielzahl von Anwendungen wie elektrische und optische Stimulation und elektrophysiologische Aufzeichnungen. Jede Methode hat unterschiedliche Vor- und Nachteile: Das akute Modell ermöglicht den Vergleich der kinematischen Eigenschaften der Bewegung und der entsprechenden elektrophysiologischen Veränderungen vor, während und nach der Tic-Expression sowie der Auswirkungen von Kurzzeitmodulatoren auf die Tic-Expression. Dieses akute Modell ist einfach zu etablieren; Es ist jedoch auf einen kurzen Zeitraum beschränkt. Das chronische Modell ist zwar komplexer, ermöglicht jedoch die Untersuchung der Tic-Dynamik und der Verhaltenseffekte auf die Tic-Expression über längere Zeiträume. Somit bestimmt die Art der empirischen Abfrage die Wahl zwischen diesen beiden komplementären Modellen der Tic-Expression.

Introduction

Tics sind das bestimmende Symptom des Tourette-Syndroms (TS) und anderer Tic-Störungen. Tics werden als plötzliche, schnelle, wiederkehrende Bewegungen (motorische Tics) oder Vokalisierungen (Vocal Tics)beschrieben 1. Der Tic-Ausdruck schwankt typischerweise in seinen zeitlichen (Frequenz)2 und räumlichen (Intensität, Körperposition)3 Eigenschaften über mehrere Zeitskalen (Stunden, Tage, Monate und Jahre). Diese Veränderungen werden durch verschiedene Faktoren beeinflusst, wie z. B. Umweltmerkmale4,5, Verhaltenszustände6,7und freiwillige und vorübergehende Unterdrückung8.

Obwohl der neuronale Mechanismus, der die motorischen Tics steuert, noch nicht vollständig verstanden ist, haben immer mehr theoretische und experimentelle Studien neue Beweise für seine Natur geliefert9. Derzeit wird angenommen, dass die Pathophysiologie der Tic-Generation die Kortiko-Basalganglien-Schleife (CBG) umfasst und insbesondere mit einer abnormalen Hemmung des Striatums, des primären Basalganglien-Eingangskerns10,11,12, verbunden ist . Frühere Studien an Nagetieren und Primaten haben gezeigt, dass das Striatum durch lokale Anwendung verschiedenerGABA-A-Antagonisten wie Bikukullin und Picrotoxin13 , 14,15,16,17,18enthemmt werden kann . Dieser pharmakologische Eingriff führt zu einer transienten motorischen Expression auf der kontralateralen Seite der Injektion und etabliert so ein robustes akutes Modell von Tic-Störungen mit Gesichts- und Konstruktvalidität. Das akute Modell ist einfach zu induzieren und ermöglicht es, die Auswirkungen der kurzfristigen Modulation wie elektrische und optische Stimulation gleichzeitig mit elektrophysiologischen und kinematischen Aufzeichnungen vor, während und nach der Tic-Expression zu untersuchen. Das akute Modell ist jedoch auf den kurzen Zeitraum nach der Injektion beschränkt. Basierend auf dem akuten Modell haben wir kürzlich ein chronisches Modell der Tic-Erzeugung bei Ratten vorgeschlagen, das eine verlängerte, festverzinsliche Infusion von Bikukullin in das Striatum über eine subkutan implantierte Mini-Osmotikpumpeverwendet 19. Dieses Modell erweitert den Zeitraum der Tic-Expression auf mehrere Tage/Wochen. Die konstante Freisetzung von Bikukullin über einen längeren Zeitraum ermöglicht die Untersuchung der Auswirkungen einer Vielzahl von Faktoren wie pharmakologischen Behandlungen und Verhaltenszuständen auf die Tic-Expression.

Hier stellen wir Protokolle zur Generierung der akuten und chronischen Modelle der Tic-Expression bei Ratten vor. In Abhängigkeit von der spezifischen Forschungsfrage ermöglichen die Protokolle die Feinabstimmung der Parameter einschließlich der einseitigen versus bilateralen Implantation, der Stelle der Tics (entsprechend der somatotopischen Organisation des Striatums)18 und des Winkels der Implantatkanüle (abhängig von der Lage der zusätzlichen implantierten Geräte). Die im chronischen Modell verwendete Methode basiert teilweise auf kommerziellen Produkten, jedoch mit kritischen Anpassungen an das Tic-Modell. In diesem Artikel werden die Anpassungen aufgeführt, die erforderlich sind, um diese Tic-Modelle individuell anzupassen.

Protocol

Alle Verfahren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee genehmigt und überwacht und hielten sich an den National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals und die Bar-Ilan University Guidelines for the Use and Care of Laboratory Animals in Research. Dieses Protokoll wurde vom Nationalen Komitee für Versuche an Versuchstieren im Gesundheitsministerium genehmigt. HINWEIS: Dieses Protokoll verwendet weibliche Long-Evans-Ratten (akute und chronische Mode…

Representative Results

Protokolle zur Erstellung der akuten und chronischen Modelle für die Tic-Induktion bei Ratten wurden oben vorgestellt. Die Protokolle decken die vollständige Vorbereitung auf Operationen und Experimente ab (Abbildung 1 für das akute Modell, Abbildung 2 für das chronische Modell). Die Anwendung von Bicuculline in die motorischen Bereiche des Striatums führt zur Expression von anhaltenden motorischen Tics. Tics erscheinen auf der kontralateralen Seite der Anw…

Discussion

In diesem Manuskript haben wir die Protokolle der akuten und chronischen Modelle für die Tic-Induktion bei einer sich frei verhaltenden Ratte detailliert beschrieben. Diese Protokolle beschreiben die Vorbereitung aller Komponenten, die Operation und den experimentellen Prozess, der für die Anpassung an spezifische Forschungsbedürfnisse angepasst werden kann. Das Hauptprinzip, das diesen Modellen zugrunde liegt, ist die direkte lokale Anwendung von Bicuculline auf die motorischen Bereiche des Striatums, von dem bekannt…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Studie wurde teilweise durch ein Stipendium der Israel Science Foundation (ISF) unterstützt (297/18). Die Autoren danken M. Bronfeld für die Etablierung des akuten Nagetiermodells und M. Israelashvili für ihre Kommentare.

Materials

Anchor screws Micro Fasteners SMPPS0002 #0 x 1/8 – Pan Head Sheet Metal Screws
Bicuculline methiodide Sigma Aldrich 14343
Cyanoacrylate (CA) accelerator Zap PT29
Cyanoacrylate (CA) glue BSI IC-2000 This glue was found to be stronger than others
Dental cement Coltene H00322 Hygenic Perm Repair Material Reline Resin Self Cure
Glue gel Loctite Ultra Gel Control
Hemostat WPI 501242 Any hemostat sized approximately 14 cm would be sufficient
Hypo-tube, extra-thin wall 25G Component supply company HTX-25X
Hypo-tube, regular wall 22G Component supply company HTX-22R
Hypo-tube, regular wall 30G Component supply company HTX-30R
Infusion pump machine New Era Pump Systems NE-1000
Mini-osmotic pump ALZET 2001 1.0µl per hour, 7 days
PE compatible adhesive CEYS Special difficult plastics (suitable for PE)
PE-10 Catheter Tubing ALZET PE-10 ID = 0.28mm, OD = 0.61mm
Precision glass microsyringe, 10µl Hamilton 80065 1701 RNR 10µl syr (22s/51/3)
Tissue adhesive 3M 1469Sb Vetbond
Tubing-adapter CMA 3409500
Tygon micro bore tubing, 0.02 inch ID * 0.06 OD Component supply company TND80-020
Wire 0.005-inch Component supply company GWX-0050
Wire 0.013-inch Component supply company GWX-0130

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Cite This Article
Vinner, E., Belelovsky, K., Bar-Gad, I. Generating Acute and Chronic Experimental Models of Motor Tic Expression in Rats. J. Vis. Exp. (171), e61743, doi:10.3791/61743 (2021).

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