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Neuroscience

Induction et évaluation des dyskinésies induites par la lévodopa dans un modèle rat de la maladie de Parkinson

Published: October 14, 2021 doi: 10.3791/62970

Summary

Cet article décrit les méthodes pour induire et évaluer les dyskinésies induites par la lévodopa dans un modèle de rat de la maladie de Parkinson. Le protocole offre des informations détaillées concernant l’intensité et la fréquence d’une gamme de comportements dyskinétiques, à la fois dystoniques et hyperkinétiques, fournissant un outil fiable pour tester les traitements ciblant ce besoin médical non satisfait.

Abstract

La lévodopa (L-DOPA) reste le traitement de référence utilisé pour traiter les symptômes moteurs de la maladie de Parkinson (MP). Cependant, des mouvements involontaires indésirables connus sous le nom de dyskinésies induites par la L-DOPA (LID) se développent avec l’utilisation prolongée de ce précurseur de la dopamine. On estime que l’incidence des MIA augmente à environ 90 % des personnes atteintes de MP dans les 10 à 15 ans suivant le traitement. Comprendre les mécanismes de cette maladie et développer des traitements anti-dyskinésie nouveaux et efficaces nécessite une modélisation cohérente et précise pour les essais précliniques d’interventions thérapeutiques. Une méthode détaillée pour une induction fiable et une évaluation complète des LID après une lésion nigrale induite par 6-OHDA dans un modèle de chez le rat est présentée ici. L’évaluation fiable de la LID chez le rat fournit un outil puissant qui peut être facilement utilisé dans tous les laboratoires pour tester les thérapies émergentes axées sur la réduction ou l’élimination de ce fardeau commun induit par le traitement pour les personnes atteintes de MP.

Introduction

Bien que plus de 50 ans se soient écoulés depuis l’introduction de la lévodopa (L-DOPA) comme traitement pour les personnes atteintes de MP 1,2, elle reste remarquablement le traitement le plus efficace pour les symptômes moteurs parkinsoniens. Les symptômes moteurs cliniques associés à la MP proviennent de la perte de neurones dopaminergiques (DA) dans la substantia nigra (SN) pars compacta, entraînant une diminution spectaculaire de la dopamine disponible dans le striatum. La L-DOPA restaure efficacement les niveaux de DA striatal, ce qui entraîne un bénéfice moteur précoce dans la maladie 3,4. De manière inopportune, avec un traitement à long terme, la plupart des personnes atteintes de MP développeront des dyskinésies induites par la L-DOPA (LID), y compris la chorée, la dystonie et l’athétose, qui ont souvent un impact significatif sur les activités de la vie quotidienne 5,6,7.

Bien qu’il existe plusieurs modèles comportementaux de LID chez les rongeurs, des différences dans la modélisation et l’évaluation comportementale des LID ont remis en question la reproductibilité des résultats entre les laboratoires ainsi que la fiabilité de ces outils expérimentaux pour la recherche préclinique sur la MP. Développé en association avec un spécialiste clinique des troubles du mouvement8, le protocole actuel est une méthode simple d’induction et d’évaluation de la LID et convient à une utilisation dans un modèle de MP chez le rat utilisant une lésion nnigrale unilatérale induite par la 6-hydroxydopamine (6-OHDA) 9,10. L’échelle d’évaluation LID fournie ici comprend la notation de l’intensité et de la fréquence du comportement dyskinétique dans diverses parties individuelles du corps. Des informations pertinentes concernant l’optimisation du flux de travail des expériences et les soins et manipulations appropriés des animaux parkinsoniens et dyskinétiques sont également fournies.

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Protocol

Les animaux présentés ici ont été entretenus et manipulés conformément aux directives institutionnelles. Toutes les procédures animales ont été approuvées par le Michigan State University Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) conformément aux réglementations fédérales et étatiques.

1. Confirmation sans médicament de l’état de la lésion 6-OHDA

  1. Test postural de suspension de la queue 11,12,13
    REMARQUE : Évaluer l’état de la lésion au moins 1 semaine après l’induction de la lésion 6-OHDA (voir 9,10,35 pour plus de détails sur la lésion) chez des sujets expérimentaux (p. ex. mâle ou femelle, Sprague Dawley adulte ou rats Fisher 344).
    1. Suspendez le rat à environ 6 cm au-dessus de sa cage, en le tenant fermement à la base de la queue, pendant environ 5 s.
    2. Enregistrez la direction de la contorsion corporelle comme + pour un animal ayant subi une lésion réussie en tordant le controlatéral sur le côté lésionné et - pour manque de torsion ou de torsion dans les deux sens.
    3. REMARQUE: Ces tests sont facultatifs mais recommandés. Voir 14,15,16,17 pour d’autres options/variations de tests sans drogue.
  2. Test de traînée de réglage par étape (adapté de16)
    REMARQUE : Évaluer l’état de la lésion au moins 1 semaine après l’induction unilatérale de la lésion 6-OHDA chez des sujets expérimentaux (p. ex. mâle ou femelle, rats adultes Sprague Dawley ou Fisher 344).
    1. Tenez le rat par la base de sa queue, en élevant les pattes arrière de la surface d’environ 6 cm; glisser vers l’arrière sur une surface plane, lisse mais non glissante, ~ 75 cm, sur 5–10 s.
    2. Observez et enregistrez le nombre de mouvements de tapotement / ajustement des pas de chaque avant-plan au cours de trois tests répétés.
    3. Notez le sujet comme + pour une lésion unilatérale réussie lorsque 0 à 2 robinets de la patte avant sont observés controlatéral au côté lésionné, ainsi qu’un tapotement rapide (~ 10 robinets) de l’avant-patte ipsilatérale au côté lésionné (par exemple, les animaux unilatéralement sectionnés sur le côté gauche présentent un déficit de tapotement (0 à 2 robinets) avec la patte avant droite controlatérale).
    4. Inversement, marquez un tapotement modéré à rapide (5 à 10 tapotements) des deux pattes antérieures comme - pour indiquer un état de lésion incomplet ou inconnu.
      REMARQUE: Un animal anxieux peut montrer un tapotement rapide / ajustement des pas même s’il est correctement blessé. Si cela est suspecté, replacez le rat dans sa cage d’origine et testez à nouveau ≥30 minutes plus tard.

2. Préparation des réactifs et des fournitures

  1. Déterminer le chlorhydrate d’ester méthylique de L-3,4-dihydroxyphénylalanine (lévodopa ou L-DOPA) et le chlorhydrate de bensérazide, une dose périphérique d’inhibiteur de la décarboxylase (voir tableau des matériaux), la fréquence nominale et le calendrier expérimental appropriés pour la question expérimentale 12,18,19,20 (figure 1).
    REMARQUE: Des questions expérimentales peuvent être posées pour rechercher un certain nombre de questions allant de demander si un traitement spécifique pourrait réduire la LID existante ou prévenir l’induction de la LID. Ils peuvent également explorer si l’efficacité thérapeutique dépend de la dose de lévodopa ou si l’expression de la LID et / ou l’efficacité thérapeutique varie en fonction du sexe, de l’espèce et de l’âge du sujet.

Figure 1
Figure 1 : Exemple de chronologie du traitement. Exemple de délai d’escalade de la dose de L-DOPA de 12 semaines de durée totale, avec 8 semaines d’injections de L-DOPA commençant 3 semaines après la lésion 6-OHDA et 4 semaines après le traitement expérimental. Dans cet exemple, la L-DOPA est injectée par voie sous-cutanée 5x par semaine (du lundi au vendredi) à peu près à la même heure chaque jour, pendant 2 semaines à chaque dose prescrite de L-DOPA (3, 6, 9 et 12 mg / kg). Les évaluations comportementales de la LID ont lieu les jours 1, 6 et 10 de chaque dose de L-DOPA. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

  1. Pesez les rats chaque semaine pour calculer la quantité de médicament appropriée en fonction des changements de poids en cours au cours de l’étude.
    REMARQUE: En raison de l’activité accrue chez les rats LID +, il existe un potentiel de perte de poids avec les traitements À long terme L-DOPA. Si une perte de poids se produit, fournissez aux rats des friandises nutritionnellement complètes et très appétissantes (voir le tableau des matériaux) après les injections de L-DOPA.
  2. Calculer la quantité de L-DOPA et de bensérazide nécessaire pour chaque concentration hebdomadaire, peser les aliquotes lyophilisées pour chaque jour d’injection et les conserver en association pendant 1 à 2 semaines à -20 °C dans des flacons d’ambre de verre jusqu’au jour du traitement.
    REMARQUE: La dose cible est de 12 mg / kg ou 12 mg de L-DOPA / 1000 g de poids corporel. Un exemple de calcul pour déterminer la quantité de L-DOPA et de solution saline nécessaire pour chaque jour d’une semaine en utilisant 12 mg de L-DOPA/kg de poids corporel à un volume d’injection de 1 cc/kg de poids de rat est donné dans le dossier supplémentaire 1.

3. Mise en place de la pièce et de la cage

  1. Le premier jour du traitement par L-DOPA 3 à 4 semaines après la chirurgie de lésion 6-OHDA, transférez les rats dans un seul boîtier, y compris l’enrichissement approuvé par l’IACUC.
  2. Maintenir dans un seul logement tout au long de l’étude pour éviter l’interférence des pairs avec les évaluations comportementales.
  3. Les jours d’évaluation LID, placez les cages de la maison sur un support en fil d’acier, tourné à un angle d’environ 45 ° pour une visualisation optimale du rat (Figure 2A). Retournez les étiquettes d’identification (Figure 2B) vers le haut et retirez les bouteilles d’eau, les supports alimentaires et tous les types d’enrichissement dans la cage (Figure 2C) pour éviter toute interférence avec les évaluations comportementales.

Figure 2
Figure 2 : Exemple de cage mise en place pour les cotes LID d’expériences sur des rats à grande échelle. (A) Plusieurs cages peuvent être configurées pour l’évaluation LID à l’aide de grands supports métalliques qui permettent une visualisation optimale de chaque animal. Les cages doivent être écartées à un angle de 45° avec des cartes d’identité retournées vers le haut (B), de la nourriture, des bouteilles d’eau, des matériaux de nidification et d’autres enrichissements enlevés pour limiter l’obscurité visuelle du rat et les distractions pour le rat lors de l’examen des comportements dyskinétiques (C). Les supports métalliques doivent être à quelques mètres de tout mur pour permettre à l’évaluateur d’examiner le rat à l’avant ou à l’arrière de la cage au besoin. Il est essentiel d’étiqueter les appareils d’enrichissement (par exemple, les maisons de retraite pour rats rouges C)) avec des identifiants d’animaux individuels pour les remplacer dans la même cage d’où ils proviennent. Ceci est particulièrement important lors de l’utilisation d’animaux de sexes différents pour ne pas augmenter le stress des sujets expérimentaux. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

4. Injections de lévodopa et évaluation de la dyskinésie

  1. Injections sous-cutanées de L-DOPA 21,22
    1. Immédiatement avant l’injection quotidienne de L-DOPA, ajouter le volume approprié de solution saline stérile au mélange lyophilisé pré-pesé L-DOPA et bensérazide dans le flacon ambré et bien agiter pendant 10 s (étape 2.3).
      REMARQUE: Le volume d’injection cible est de 1 mL / 1000 g de poids corporel (avec 12 mg de L-DOPA par mL). Le volume de la solution saline stérile dépendra du nombre d’animaux par étude.
    2. Remplissez les seringues individuelles (p. ex., 1,0 ou 0,5 mL avec une aiguille de 26 G) avec le volume requis pour chaque animal (1 mL/kg de poids de rat) et étiquetez chaque seringue avec l’identification individuelle de l’animal.
      REMARQUE: Gardez les seringues remplies à l’abri de la lumière dans des sachets stériles jusqu’au moment de l’injection. La L-DOPA s’oxyde rapidement en présence d’oxygène et de lumière dans un environnement aqueux 23,24,25,26.
    3. Apportez la première cage au banc d’injection.
    4. Retirez le rat de sa cage et placez-le sur la surface d’injection.
    5. Retenez doucement la tête et les épaules contre la surface sur laquelle repose le rat avec la paume de la main non dominante.
    6. Frottez doucement la peau du dos recouvrant les omoplates avec le pouce et l’index de la main non dominante, injectez du volume de L-DOPA avec la main dominante dans l’espace sous-cutané entre / sous les doigts, en gardant l’aiguille aussi parallèle que possible au corps pour éviter l’injection intramusculaire.
      REMARQUE: Les rats ne sont pas anesthésiés avant l’injection.
    7. Jetez chaque seringue individuelle usagée dans un récipient tranchant.
    8. Remplacez le rat dans sa cage individuelle et ajoutez des friandises nutritionnellement complètes, sauf les jours d’évaluation LID pour éviter toute interférence avec les évaluations comportementales jusqu’à ce que les évaluations soient terminées.
    9. Réglez la minuterie pendant 1 à 2 minutes en fonction du temps d’évaluation souhaité et du nombre de rats dans l’étude les jours d’évaluation. Récupérez la cage suivante et injectez le rat suivant lorsque la minuterie l’indique.
    10. Répétez cette opération, en injectant un rat toutes les 1 à 2 minutes, jusqu’à ce que tous les rats soient injectés.
  2. Évaluation de la dyskinésie induite par la lévodopa après l’injection
    1. Évaluez l’intensité (tableau 1) et la fréquence (tableau 2) des mouvements de dyskinésie dystonique et hyperkinétique au nombre de points temporels souhaité, ce qui devrait inclure le début initial du comportement LID, le comportement maximal et la phase de déclin (voir le fichier supplémentaire 2 pour un exemple de feuille de journal d’évaluation LID).
    2. Pour les rats Sprague Dawley ou Fisher adultes mâles et femelles, 344 rats, et une taille d’échantillon de N = 40 rats, commencez les cotes de dyskinésie 20 minutes après la première injection de L-DOPA, puis à des intervalles de 50 minutes jusqu’à 220 ou 270 minutes après l’injection, selon le moment où les comportements LID ont cessé chez 90% à 100% des rats.
    3. Si vous utilisez des intervalles d’évaluation de 1 min, réglez une minuterie sur 1 min. Évaluez le premier rat pendant une minute. Passez au rat suivant et évaluez-le pendant 1 min. Continuez à travers tous les rats, en évaluant pendant 1 min d’intervalles.
    4. Avoir une minuterie positionnée à côté de la cage de manière visible afin que l’intensité du comportement lid (tableau 1) puisse être observée tout en estimant la fréquence d’un comportement donné (tableau 2) pendant la période d’évaluation.
    5. Une fois les évaluations pour le premier point de temps terminées, recommencez avec le premier rat au point de temps suivant (par exemple, 70 minutes après l’injection) et continuez à l’intervalle souhaité (par exemple, toutes les 50 minutes) jusqu’à ce que tous les points de temps soient terminés.
      REMARQUE: En raison du chevauchement des tâches d’injection de L-DOPA et d’évaluation LID, deux personnes sont nécessaires les jours d’évaluation, une pour l’injection et une pour les évaluations comportementales.

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Representative Results

Les LID chez les rats parkinsoniens peuvent se manifester par une gamme de mouvements involontaires anormaux (AAM), y compris des comportements dystoniques, hyperkinétiques et stéréotypés. Les critères d’évaluation LID pour de tels comportements sont présentés ici pour inclure à la fois l’intensité (tableau 1) et la fréquence (tableau 2). Cela fournit un score global de gravité LID pour chaque rat qui reflète à la fois la qualité (intensité) et la quantité de temps passé à s’engager (fréquence) dans ces comportements à chaque point de temps d’évaluation. Le score de gravité LID final est calculé en multipliant le score d’intensité par le score de fréquence pour chaque composante comportementale. Les critères de notation pour les attributs individuels des comportements LID sont fournis ici sous forme de descriptions écrites (Tableau 1-2), et les exemples sont présentés sous forme d’images fixes avec des rapports détaillés (Figure 3) et sous forme de vidéos (Vidéos animées 1-4). Des informations descriptives supplémentaires sur les mouvements individuels et la notation sont fournies dans les légendes des figures.

Une évaluation complète de l’impact de tout traitement sur l’amélioration des comportements de LID au fil du temps peut être observée en utilisant une approche d’escalade de dose de L-DOPA, d’une durée totale de 12 semaines, avec 8 semaines d’injections de L-DOPA après une lésion de 6-OHDA (Figure 1). Dans ce scénario, la L-DOPA est administrée 5 fois par semaine (du lundi au vendredi) pendant 2 semaines à chaque dose de L-DOPA prescrite. Les évaluations comportementales qui ont lieu aux jours 1, 6 et 10 de chaque dose de L-DOPA fournissent une approche robuste pour l’évaluation de l’efficacité du traitement (Figure 1). Cependant, les chercheurs peuvent constater que les délais modifiés et les schémas de dosage répondent mieux à leurs questions expérimentales. En effet, la dose de L-DOPA et de bensérazide, l’inhibiteur périphérique de la décarboxylase, peut varier en fonction de l’expérience de l’investigateur avec les doses et/ou les hypothèses à tester. Il est à noter que les doses les plus courantes de bensérazide se situent entre 10 et 15 mg / kg, ce qui est soutenu par le rapport de Tayarani-Binazir et al. (2012)20 montrant que les effets comportementaux optimaux de la L-DOPA sont trouvés avec 10 mg / kg de bensérazide, sans bénéfice supplémentaire à 15 mg / kg.

Il existe plusieurs façons de présenter et d’analyser les données LID pour déterminer si un traitement donné a un impact significatif sur l’amélioration de ce comportement aberrant. La figure 4A fournit un exemple de données présentées sous forme de DOSE DE POINTE LID sur l’ensemble de la chronologie expérimentale. La dose maximale lid peut être définie comme le moment où le score LID moyen du groupe est le plus élevé. Alternativement, on peut signaler un « pic absolu », qui est le score LID maximal maximal pour un animal, quel que soit le moment où il se produit au cours d’une période d’évaluation. De plus, les données d’évaluation LID peuvent être examinées au cours de chaque période d’évaluation quotidienne et présentées sous forme de données expérimentales de groupe et/ou tracées pour montrer la gravité de la LID de chaque sujet à chaque point temporel (Figure 4B)19. Cette dernière approche permet d’évaluer si certains traitements peuvent réduire, par exemple, la durée totale pendant laquelle un sujet affiche la LID, mais n’ont pas nécessairement d’impact sur la gravité des doses de pointe. Enfin, on peut quantifier les scores de gravité LID totaux sur l’ensemble de la session d’évaluation. Pour un sujet donné, le score de gravité LID pour chaque point de temps est additionné pour produire un score total pour cette période d’évaluation. Cette approche émule l’aire sous les estimations de courbe, qui peuvent également être calculées.

Il est essentiel de comprendre que les données de notation LID/AIM, créées à l’aide d’échelles d’évaluation pour attribuer des valeurs à la gravité et/ou à la durée de la dyskinésie (tableaux 1 et 2), sont des données ordinales. Ainsi, les tests statistiques les plus appropriés sont non paramétriques. Bien qu’il n’existe pas de test non paramétrique équivalent direct pour l’analyse bidirectionnelle de la variance, les données LID peuvent être analysées avec des alternatives non paramétriques à l’ANOVA unidirectionnelle. Plus précisément, le test de Kruskal-Wallis est utilisé pour les comparaisons entre sujets de deux groupes indépendants ou plus. Le test de Friedman est une alternative non paramétrique à une ANOVA unidirectionnelle avec des mesures répétées utilisées pour les comparaisons chez les sujets. Les deux sont utilisés avec des tests post-hoc (c.-à-d. Dunn ou Dunn-Bonferroni) à la suite d’un test significatif de Kruskal-Wallis ou de Friedman. Pour examiner s’il existe des différences significatives entre deux groupes indépendants, le test U de Mann-Whitney est considéré comme l’équivalent non paramétrique du test t indépendant28,29.

Figure 3
Figure 3 : Images figées montrant des exemples de notation de l’intensité lid chez les rats parkinsoniens. (A) Image représentative d’un rat parkinsonien non dyskinétique présentant la posture parkinsonienne courbée souvent typique en l’absence de dystonie ou d’hyperkinésie. (B) Rat parkinsonien présentant une gravité globale légère de la PA, indiquant une dystonie légère à modérée du membre antérieur droit et une absence de dystonie du cou, du tronc ou des membres postérieurs; dans la vidéo d’accompagnement (vidéo animée 1), on peut voir une dyskinésie de l’avant droite de faible amplitude (DPD) et des mouvements orolinguaux. (C) Rat parkinsonien avec dystonie modérée du cou et du tronc (le texte en gras correspond à des flèches directionnelles indiquant un tronc tordu à un angle de 90 °). (D) Rat parkinsonien dyskinétique avec dystonie légère du cou et du tronc modérée, dystonie du membre antérieur droit modérée à sévère; dans la vidéo d’accompagnement (vidéo animée 3), une RFPD d’amplitude mixte peut être observée. (E) Rat parkinsonien avec dystonie sévère du cou et du tronc sévère, membre postérieur droit sévère et dystonie modérée du membre antérieur droit (le texte en gras correspond aux flèches directionnelles indiquant que le tronc est tordu ~ 180 °; ceci est particulièrement notable dans l’exemple #2). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : Exemple de données LID conformes sur 8 semaines d’indices LID avec dosage croissant de L-DOPA. (A) Dose maximale de gravité lid (80 min après la L-DOPA) au fil du temps et des doses. (B) Cours de temps quotidien (20-170 min après L-DOPA). Pour chaque dose et chaque jour, les graphiques du haut reflètent la moyenne ± SEM; les graphiques du bas montrent les réponses individuelles des sujets au fil du temps. Les statistiques ont été calculées en utilisant Kruskal-Wallis avec les tests de comparaison multiples de Dunn (pour les tests entre sujets) et les tests de Friedman avec les tests de comparaison multiples de Dunn (pour les tests intra-sujets). Abréviations : Contrôle (Ctr) (n = 7); Traitement (Tx) (n = 10). Cette figure est réimprimée et adaptée avec la permission de la référence19. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Score Description
Dystonie du cou 0 aucun
1 léger déplacement de la tête, maintenu pendant un temps appréciable (>10-20 s); peut être extrême de la normale
1.5 mélange de dystonie légère et modérée
2 tête avec un déplacement plus notable (angle d’environ 90 ° par rapport au corps); la tête reste tirée dans la direction du mouvement dystonique
2.5 mélange de dystonie modérée et sévère
3 torsion sévère constante de la musculature du cou (angle de >100° entre la tête et les épaules)
Dystonie du tronc 0 aucun
1 dystonie légère / torsion du tronc; 45° de différence entre le haut et le bas du torse; tenu pendant un temps appréciable (≥10-20 s) et non prédictif des rotations
1.5 mélange de dystonie légère et modérée
2 dystonie modérée / torsion du tronc; Différence de 90° entre le haut et le bas du torse
2.5 mélange de dystonie modérée et sévère
3 dystonie/torsion sévère constante, posture de type « tire-bouchon » (approchant 180°; tête et pieds dans des directions opposées), incapable de se déplacer et pouvant entrer en rotation du rouleau de canon
Dystonie du membre antérieur 0 aucun
1 léger; posture anormale du poignet ou des doigts; soit le poing serré ou l’avant-bras rigide, mais généralement pas les deux simultanément
1.5 mélange de dystonie légère et modérée
2 Modéré; poing serré et membre antérieur rigide sans maintien vers le bas en position hyperétendue
2.5 mélange de dystonie modérée et sévère
3 Grave; poing serré et avant-bras rigide avec hyperextension vers le bas
Dystonie des membres postérieurs 0 aucun
1 membre postérieur légèrement maintenu dans une posture anormale; flexion ou extension.
1.5 mélange de dystonie légère et modérée
2 extension rigide modérée ou flexion des membres postérieurs; sans lecture des chiffres
2.5 mélange de dystonie modérée et sévère
3 posture rigide sévère du membre avec hyperextension anormale +/- jeu des doigts
Dyskinésie de l’avant-bras droit (DPD) 0 absent
1 mouvements de faible amplitude, simple répétition d’un côté à l’autre, ou essuyage de haut en bas dans la région du visage ou de la bouche; ou tapoter sur le mur de la cage ou la litière
1.5 mélange de mouvements de petite et de grande amplitude; le plus commun
2 mouvements répétitifs de grande amplitude de haut en bas impliquant une extension sévère du membre antérieur droit, tire vers le bas et à l’opposé du cou
Orolingual 0 aucun
1 principalement bouche fermée vacueuse (sans but) mâchage, grincement des dents
1.5 mastication vide, il peut y avoir une certaine saillie de la langue, des morsures répétées à la litière
2 protubérance proéminente de la langue répétée avec une mastication proéminente de la bouche ouverte
Balancement de la tête / tremblement 0 aucun
1 présent (balancement répétitif et rythmique de la tête (environ 4hz))
Mastication constante de la litière (CCL) 0 aucun
1 présent (mastication constante de la litière; morsure obsessionnelle ciblée ou mastication de la litière, ramassage répété, mâchage, chute, ramassage, mastication, chute de litière)

Tableau 1 : Critères d’évaluation LID pour l’intensité des comportements dystoniques ou hyperkinétiques chez les rats parkinsoniens. Ces critères d’évaluation fournissent une gamme de mesures d’intensité liées à la qualité/gravité des postures et/ou mouvements involontaires anormaux du rat. Les attributs spécifiques décrits pour les postures et les comportements sont généralement classés comme légers, modérés ou sévères, avec des descripteurs spécifiques fournis ici. Un score de gravité final est déterminé comme le produit de l’intensité x la fréquence (tableau 2).

Score Description
0 Absent
1 Intermittent, < 50 % de la période d’observation
2 Intermittent, ≥ 50 % de la période d’observation
3 Persistant pendant toute la période d’observation et non interrompu en tapotant sur la cage

Tableau 2 : Critères d’évaluation LID pour fréquence des comportements dystoniques ou hyperkinétiques. Ces critères fournissent une mesure de quantification de la vitesse à laquelle un comportement donné se produit ou se répète pendant la période d’observation. Ceci est important pour évaluer la gravité globale, étant donné qu’un comportement peu fréquent justifie un score moins sévère qu’un comportement persistant. Un score de gravité final est déterminé comme le produit de l’intensité (tableau 1) x fréquence.

Vidéo animée 1: LID léger avec RFPD de faible amplitude et mastication de la patte avant gauche. Rat parkinsonien dyskinétique sans dystonie appréciable du cou ou du tronc, mais dystonie modérée de la patte avant droite, RFPD de faible amplitude noté comme un mouvement de scintillement répété rapide de la patte avant droite. Ce rat présente également un comportement orolingual impliquant une mastication vide dirigée vers la patte avant gauche. Dose de L-DOPA: 12 mg / kg; vidéo enregistrée ~70 min après l’injection. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.

Vidéo animée 2: Dystonie modérée du tronc et du cou. Rat parkinsonien dyskinétique avec dystonie modérée du tronc et du cou illustrée par la différence de 90° dans la position des membres antérieurs et des membres postérieurs (voir schéma à la figure 2C). Ce rat présente également des reniflements stéréotypés proéminents et des morsures vides occasionnelles à la litière. Dose de L-DOPA: 12 mg / kg; vidéo enregistrée ~70 min après l’injection. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.

Vidéo animée 3: Dystonie de la patte avant droite modérée à sévère avec RFPD d’amplitude mixte. Rat parkinsonien dyskinétique avec dystonie légère du cou et du tronc modérée, dystonie de la patte avant droite modérée à sévère, RFPD d’amplitude mixte vu comme de plus petits mouvements d’essuyage près de la bouche mélangés à une plus grande amplitude vers le bas tirant de la patte avant droite. Ce rat a également un comportement de rotation fréquent qui peut être quantifié en plus des profils LID. Dose de L-DOPA: 12 mg / kg; vidéo enregistrée ~70 min après l’injection. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.

Vidéo animée 4: Bob de tête et mouvements orolinguaux avec des protubérances de la langue. Rat parkinsonien dyskinétique avec dystonie sévère du tronc et de la patte avant (dystonie des membres postérieurs non visible), dystonie du cou modérée à sévère et un bob de tête constant avec des protubérances continues de la langue. Le bob de tête ressemble au tremblement de 4 Hz vu dans; cependant, chez le rat, il n’est noté que chez le rat parkinsonien dyskinétique après l’administration de L-DOPA. Ce rat a également une RFPD d’amplitude mixte, considérée comme des mouvements d’amplitude plus importants au début de la vidéo et de petits mouvements d’essuyage près du visage, caractéristiques de la RFPD de faible amplitude vue plus tard. Un léger mouvement a été observé sur le membre antérieur sévèrement dystonique / étendu au début de la vidéo; cependant, cela est lié à l’activité des tremblements de la tête et du cou et ne serait pas classé comme RFPD de faible amplitude. Lorsque l’observateur tape fortement sur la cage, ces comportements LID ne sont pas interruptibles, ce qui suggère qu’il s’agit d’un LID sévère qui ne peut pas être surmonté par un sursaut. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.

Fichier supplémentaire 1 : Exemple pour le calcul du montant de L-DOPA. Exemple de calculs pour déterminer la quantité de L-DOPA et de solution saline nécessaire pour chaque jour d’une semaine en utilisant 12 mg de L-DOPA/kg de poids corporel à un volume d’injection de 1 cc/kg de poids de rat. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Fichier supplémentaire 2 : Exemple de feuille de journal d’évaluation LID. Cette feuille peut être utilisée ou adaptée pour enregistrer les scores d’intensité et de fréquence LID pendant les sessions d’évaluation. Le score de gravité final est déterminé comme le produit de l’intensité (tableau 1) x fréquence (tableau 2). Ces échelles d’évaluation peuvent également être utilisées pour quantifier le LID chez les souris30. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

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Discussion

Voici les détails de l’induction et de l’évaluation reproductibles des LID dans un modèle de rat parkinsonien après une lésion unilatérale 6-OHDA du système DA nigrostriatal. Alors qu’on pensait autrefois que les rongeurs ne développaient pas de LID et que l’asymétrie rotationnelle pouvait être l’analogue de lid chez les rats31, des modèles de rats et de souris ont été caractérisés au cours des deux dernières décennies et sont un outil bien accepté pour la recherche LID 15,32,33,34. Le protocole présenté ici est particulièrement utile pour les plans expérimentaux à plus grande échelle18,19. Il fournit des détails pour évaluer l’intensité et la fréquence d’une gamme de comportements dyskinétiques, à la fois dystoniques et hyperkinétiques. Notamment, des images et des vidéos avec des notes détaillées correspondantes et la notation des comportements lid dystoniques et hyperkinétiques aideront l’évaluateur à évaluer après l’administration de L-DOPA. Bien qu’un exemple de tous les AIM possibles ne soit pas fourni, une gamme de comportements allant de légers à modérés à sévères est proposée comme cadre pour l’évaluation LID. Ce protocole a été documenté pour aider à évaluer diverses thérapies chez les rats parkinsoniens 19,35,36,37. Il augmente d’autres échelles d’évaluation des rongeurs publiées qui se concentrent principalement sur la durée des comportements LID prescrits 33,38,39. En outre, la procédure décrite vise à aligner les méthodes de notation dans un modèle de DP de rat avec les pratiques actuelles d’évaluation des LID chez les primates non humains (PSN), le modèle de de référence40,41.

On trouve couramment dans la littérature sur les rongeurs parkinsoniens des échelles d’évaluation LID ou AIM qui impliquent exclusivement l’examen de l’apparition ou de la fréquence de (1) dyskinésies des membres (par exemple, des secousses rythmiques du membre antérieur controlatérales à la lésion33, ou un mouvement rapide et sans but du membre antérieur contrôlé par l’hémisphère lésionné39); 2° les dyskinésies axiales (p. ex., torsion des muscles axiaux affectant le cou, le tronc et la queue33, ou torsion dystonique du cou et du torse controlatérale à l’hémisphère lésé39); et (3) dyskinésies orolinguales (p. ex. mouvements masticatoires de la bouche vide avec des protubérances de la langue33, ou mastication répétitive ou protubérances de la langue lorsque la bouche du rat était vide et n’était en contact avec aucun objet39). Ces trois catégories comportementales reçoivent un score de gravité basé sur leur fréquence pendant la période d’observation. Le score de gravité représentant le temps qu’un animal a passé à présenter ces comportements, souvent sans caractérisation de la qualité du comportement, est ensuite combiné dans le score final ALO (axial, membre et orolingual).

En revanche, le protocole actuel fournit une échelle plus détaillée qui permet non seulement l’évaluation des AIM globaux, mais permet également l’examen des AIM dans des parties indépendantes du corps (c’est-à-dire le cou, le tronc, les membres antérieurs, les membres postérieurs et la bouche), l’intensité / qualité de l’AIM évaluée, la différenciation de la dystonie des comportements hyperkinétiques et, comme pour d’autres échelles, intègre la fréquence de l’occurrence d’un AIM donné. L’objectif global est de permettre une évaluation complète du comportement LID exprimé dans chaque sujet. Par exemple, pour la lecture comportementale unique de la dystonie du tronc, un rat présentant une dystonie légère du tronc (c.-à-d. une différence de 45° entre le haut et le bas du torse, non prédictive du comportement de rotation) pendant toute une période d’observation est très différent d’un rat présentant une dystonie sévère du tronc (c.-à-d. dystonie / torsion sévère constante, posture en forme de tire-bouchon, approchant 180 °; tête et pieds dans des directions opposées, incapable de se déplacer) pour l’ensemble de l’observation. De plus, étant donné la représentation topographique du corps du rat dans le striatum, la différenciation des attributs individuels des LID peut être informative36.

Un autre élément de ce protocole à examiner attentivement est la conception expérimentale de l’escalade de la posologie de L-DOPA sur une période de traitement prolongée (p. ex., 8 semaines) (figure 1). Une étude utilisant uniquement de faibles doses de L-DOPA (p. ex., 3 à 6 mg/kg) et/ou administrant la dose de son choix pendant une courte période (p. ex., 2 à 4 semaines) peut montrer des signes d’amélioration de la LID avec une intervention thérapeutique chez des rats parkinsoniens; cependant, la pertinence de ces études pour les personnes atteintes de MP, où l’administration chronique et l’augmentation de la dose sont souvent nécessaires, est discutable. De tels protocoles de traitement divergents entre les investigations précliniques et cliniques pourraient être suggérés pour sous-tendre le manque d’efficacité observé dans les essais cliniques entrepris avec des médicaments qui se sont révélés prometteurs dans les études précliniques sur les rongeurs.

Bien que le protocole présenté ici fournisse des instructions sur une approche globale pour évaluer la LID chez les rats parkinsoniens et que le modèle de LID chez le rat ait été établi comme un modèle fiable de LID clinique 3,15,38,42,43, il existe des limites inhérentes à tout modèle. Les modèles animaux sont des outils utiles pour imiter des attributs particuliers de la maladie humaine et faire des prédictions sur, par exemple, l’impact qu’une intervention thérapeutique pourrait avoir sur un ensemble de caractéristiques de la maladie. Une caractéristique des modèles précliniques de LID couramment débattus comme une limitation potentielle est que les rats ont besoin d’un épuisement important de la DA pour exprimer la LID. En outre, il est souvent cité que la LID se développe plus rapidement chez les rongeurs et les modèles de PSN que chez les patients et que, par conséquent, ces caractéristiques du modèle ne reflètent pas la LID clinique. Cependant, il est souvent sous-estimé que, quelle que soit l’espèce (c.-à-d. humain, primate non humain ou rongeur), une perte presque complète de l’innervation de la DA striatale est généralement nécessaire pour que la LID se manifeste. Une fois que la L-DOPA est administrée à des sujets présentant un épuisement sévère de la DA striatale, la PAD est induite 1,19,38,44,45,46. Une deuxième caractéristique qui a favorisé le scepticisme à l’égard des modèles de LID chez les rongeurs vient de l’attente que les signes neurologiques de lid devraient ressembler aux manifestations physiques de LID observées chez les primates (c.-à-d. humains et non humains). En effet, l’apparition des mouvements anormaux classés comme LID chez le rat varie en caractéristiques par rapport à celles observées chez les primates (par exemple, choréoathétose chez les primates vs stéréotypie/hyperkinésie chez les rongeurs). Bien qu’il soit au-delà de cet article d’aborder ce sujet de manière exhaustive, brièvement, de telles différences dans les signes entre les espèces sont basées sur le fait que les humains sont habituellement bipèdes, les non-primates fréquentent les bipèdes et les rongeurs quadrupèdes43,46. Ainsi, diverses espèces ont des répertoires spécifiques de comportements manifestes par des structures ostéoarticulaires et musculaires spécifiques et modulés par des systèmes neuronaux spécifiquesà l’espèce 43. Par conséquent, la modélisation animale des symptômes semblables à ceux de l’homme devrait être fondée principalement sur une attente de similitude fonctionnelle plutôt que sur l’identité physique43. L’interprétation des résultats des modèles animaux avec la prudence requise a fourni et continuera de fournir des prédictions précieuses pour le traitement de la maladie.

Bien qu’il existe actuellement un médicament approuvé par la FDA pour le traitement de la LID dans la MP, l’amantadine et l’intervention chirurgicale de la SCP peut améliorer la LID, l’efficacité et la tolérabilité ne sont pas optimales et tous les patients ne seront pas admissibles à la chirurgie dbS. Comme l’ont examiné avec éloquence Cenci et ses collègues47, certains ont exprimé l’idée que les personnes atteintes de MP préféreraient être ON (c.-à-d. présentant le bénéfice moteur de la L-DOPA) avec des dyskinésies plutôt que OFF. Comme ces auteurs l’affirment de manière poignante: « La vérité plus profonde est que les patients préféreraient de loin être ON sans dyskinésie. En tant que chercheurs et cliniciens, nous devrions aspirer à faire de cet objectif une réalité. À cette fin, la recherche translationnelle sur la LID doit être encouragée et poursuivie de manière persistante. » Dans la poursuite de cet objectif, nous présentons notre méthode d’induction et d’évaluation du LID. Notre échelle d’évaluation est conçue pour combiner une gamme de mesures d’intensité liées à la qualité / gravité des AAM et indique la durée d’affichage de divers attributs de la dyskinésie. L’intention de ce modèle est de permettre la détermination d’une valeur numérique qui reflète avec précision la gravité du LID tout en tenant compte à la fois de l’intensité et de la fréquence. En outre, cette valeur indique la gravité du LID non seulement de manière systémique, mais aussi en référence à des parties spécifiques du corps. Avec ce modèle, nous visons à nous assurer que les thérapies expérimentales peuvent être rigoureusement testées pour leur capacité à modifier les dyskinésies induites par la lévodopa.

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Disclosures

Aucun conflit d’intérêts n’a été déclaré.

Acknowledgments

Nous voulons reconnaître les luttes de tous ceux qui souffrent de la maladie de Parkinson et la force et la résilience dont ils font preuve chaque jour, en particulier le père bien-aimé de KSC, Mark Steece. Les travaux représentés ici ont été soutenus par l’Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux (NS090107, NS110398) et le Programme international de subventions de recherche de la Fondation Parkinson, maintenant la Fondation Parkinson. Nous tenons également à remercier Molly VanderWerp pour son excellente assistance éditoriale.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
 100 Minutes Digital Timer Staples 1111764
 Compass CX Compact Scale Ohaus 30428202
5-(2-aminoethyl)-1,2,4-benzenetriol, monohydrobromide Cayman Chemicals 25330 6-OHDA is a catecholaminergic neurotoxin that is used to induce dopaminergic lesions and parkinsonian symptoms in rodents.
Allentown cages Allentown, LLC Rat900 Allentown cages provide the ability to view the rats from all sides.
BD Allergist Trays with Permanently Attached Needle BD BD 305540 For subcutaneous L-DOPA injections
Benserazide hydrochloride Sigma-Aldrich B7283 Benserazide is a peripheral decarboxylase inhibitor used with L-DOPA to to induce dyskinesia in rodent models of PD.
Glass amber scintillation vials Thermo Scientific B7921 Used for storage of L-DOPA/benserazide at -20 °C until mixed with sterile saline.
L-3,4-Dihydroxyphenylalanine methyl ester hydrochloride Sigma-Aldrich D1507 L-3,4-Dihydroxyphenylalanine methyl ester is a precursor to L-DOPA that crosses the blood-brain barrierand use to treat parkinsonian symptoms in rodents.
Paper Mate Sharpwriter Mechanical Pencils Staples 107250
Rodent nutritionally complete enrichment treats Bio-Serv F05478
Round Ice Bucket with Lid, 2.5 L Corning 432129
Standard Plastic Clipboard Staples 1227770
Steel wired 6' long movable shelving units Uline H9488 Width/Height can be adjusted to need/number of rats per experiment
Sterile Saline 0.9% Covidien/Argyle 1020 For mixing with L-DOPA/benserazide prior to subcutaneous injections.

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Neurosciences Numéro 176 Valeur vide Question
Induction et évaluation des dyskinésies induites par la lévodopa dans un modèle rat de la maladie de Parkinson
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Caulfield, M. E., Stancati, J. A.,More

Caulfield, M. E., Stancati, J. A., Steece-Collier, K. Induction and Assessment of Levodopa-induced Dyskinesias in a Rat Model of Parkinson's Disease. J. Vis. Exp. (176), e62970, doi:10.3791/62970 (2021).

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