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.
Lo sviluppo di nuovi modelli di infortunio o di malattia pediatrica utilizzando roditori è spesso difficile a causa della sorprendente capacità di entrambi i ratti e topi di recuperare rapidamente da lesioni neurologiche. Pertanto, al fine di convalidare qualsiasi nuovo modello di malattia pediatrica, accuratamente esaminando i cambiamenti cellulari e molecolari devono andare di pari passo con esiti comportamentali. In molti modi, il recupero comportamentale funzionale può essere più importante di cambiamenti cellulari sottostanti in termini di rilevanza terapeutica e traslazionale. Come i ricercatori saperne di più sulla ferita nell'adulto e nel neonato, è chiaro che le loro risposte sono molto diversi e non possono essere estrapolati tra i due. Ad esempio, i topi neonati mostrano diversi livelli di fattore di crescita nervoso, fattore neurotrofico derivato dal cervello, neurotrofina-3 e gliali fattore neurotrofico delle cellule linea di derivazione dopo un trauma del midollo spinale 1,2. Inoltre, i neonati hanno una significativa perdita di barriera emato-encefalica dopo l'ictus 3, demonstrate corticale riassetto neurone dopo periferici lesione del nervo 4, e hanno un astrogliosis ritardato o rallentato in seguito a lesione del midollo spinale e ipossia-ischemia 5,6. Pertanto, è importante che traslazionale ricerca pediatrica utilizzare modelli evolutivamente equivalenti e che tali modelli vengono valutati per entrambi i cambiamenti cellulari / molecolari e test comportamentali adatti alla loro età.
Paralisi cerebrale (CP) è un disturbo motorio che colpisce 3: 1000 nati vivi ogni anno (NIH). I bambini con CP presentano una gamma di sintomi e patologie associate, a seconda della gravità della malattia. Difficoltà con il movimento e il coordinamento sono i segni più comuni, insieme a ritardi nel raggiungimento del motore tappe dello sviluppo. Altri segni includono tono muscolare anormale (sia aumentato o diminuito), ridotta capacità motorie, difficoltà a camminare, sbavando eccessiva e la deglutizione, e ritardi del linguaggio (NIH). La causa di fondo di CP si crede di essereuna mancanza di ossigeno e / o il flusso di sangue al cervello durante il periodo di pre o peri-parto, o fino a un anno post-partum. Inoltre, l'infiammazione è ora ritenuta un componente chiave nello sviluppo di CP.
La maggioranza dei casi di CP sono associati con il bianco danno la materia intorno ai ventricoli, noto come leucomalacia periventricolare (PVL). Questa caratteristica neurologica suggerisce che l'insulto iniziale che porta al CP si verifica durante il periodo di sviluppo del cervello quando i oligodendrociti sono più vulnerabili agli insulti. Il periodo di crescita rapida degli oligodendrociti in un essere umano, anche il periodo in cui gli oligodendrociti sono i più sensibili al danno, è tra i 24 – 32 settimane di gestazione. Nel roditore, il periodo equivalente è giorni post-natale 2 – 7 7, ed è quando CP è indotta in questo modello.
Il modello di topo neonatale di CP che è stato utilizzato per effettuare i test descritti qui combina ipossia e ischemia con l'infiammazione di creare un injury che imita meglio la neurodegenerazione visti in CP umana. Questo modello affronta alcune delle principali carenze riscontrate in altri modelli animali di CP, che mancano di deficit motori distinti che assomiglia pazienti in CP umani, così come distinta danni sostanza bianca. Precedenti studi da un collaboratore utilizzando lo stesso modello hanno dimostrato che l'aggiunta di infiammazione aumenta il danno sostanza bianca, così meglio emulare il PVL osservati nei bambini con CP 8. Sulla base dei dati precedenti, questo documento presenta una serie completa di test del motore neonatali al fine di valutare i cambiamenti nel comportamento del motore, come l'età degli animali.
Utilizzando modelli animali per studiare le malattie umane è rilevante solo se vi è sovrapposizione tra la risposta cellulare e molecolare tra uomo e roditori e che i test comportamentali eseguiti hanno rilevanza diretta per i sintomi umani. Uno dei principali problemi con gli studi sulle malattie pediatriche è che molti ricercatori utilizzano roditori adulti per creare il modello, così come la valutazione del comportamento degli adulti roditore, senza considerare le differenze di sviluppo che possono essere importanti per il processo della malattia. A causa di questi problemi, è importante che la ricerca sull'uso malattia pediatrica non solo la rettificato di sviluppo time-punti appropriata (ad esempio, lo sviluppo del sistema nervoso centrale umano a 28 – 32 settimane è equivalente ad un giorno post-natale 2-7 giorni roditore) 7, ma anche test comportamentali che esamineranno motore del caso, i comportamenti di sviluppo sensoriali o riflessivi. Così, come si sviluppa ogni nuovo modello di malattia neonatale, deve essere rigorosamente testati per assicurare che il cellularee risposte comportamentali forniranno i dati traducibili più adeguati tra roditori e umana.
La paralisi cerebrale è un disturbo del motore, che persistono in età adulta. Un problema con molti dei modelli paralisi cerebrale disponibili oggi è la mancanza di ripetibile, test motore normalizzato in grado di correlare con i deficit osservati in pazienti pediatrici. In questo nuovo modello, che unisce ipossia, ischemia e infiammazione in un mouse neonatale, comportamento motorio è stata valutata utilizzando una serie di test specifici per topi neonati. Per ridurre la soggettività e aumentare la segnalazione quantitativa, diverse prove sono state modificate per includere molto specifica, ma facile valutare misure che possono essere standardizzati. Inoltre, le valutazioni anteriori e arti posteriori possono essere eseguiti separatamente, e le differenze sinistra / destra può essere determinato. Questa batteria di test è specifico per topi neonati fino a due settimane di età.
Questo modello CP dimostradifficoltà nel camminare (deambulazione, angolo del piede degli arti posteriori), nonché la debolezza specifici degli arti (sospensione di quattro arti, la sospensione degli arti posteriori), e deficit in riflessi di sviluppo (afferrare reflex). Anche se in questo studio solo un timepoint stato esaminato, questi deficit possono essere monitorati nel corso del tempo.
Ci sono altre batterie di test che possono essere utilizzati sul neonato, come ad esempio la batteria del Fox di test o di valutazione di 15 tappe dello sviluppo di Heyser. Tuttavia, questi test confrontare il neonato all'adulto, il cui risposte non può essere lo stesso, perché il neonato è ancora in via di sviluppo. La batteria di Fox e test assement di Heyser si basano su informazioni soggettive osservazionale con dicotomico valutazione (sì o no), piuttosto che dati oggettivi (angolo, postura basati sulla forza, ecc). A causa della soggettività di questi test, molti scienziati si sono adattati, aggiunto o rimosso criteri, rendendo così i loro risultati incomparabili agli altri e limiteing l'utilità dei dati in termini di stabilire un deficit di base per una particolare malattia o disturbo. Attraverso la creazione di una serie di test standardizzati a motore che sono qualitative e specificamente progettato per testare i neonati, i risultati dei singoli gruppi di ricerca possono essere preciso e affidabile segnalati e confrontati.
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 |