تحليل مشيه الحركية الطائرة السهمي في الفئران C57BL/6 تعرض إلى MOG35-55 التي يسببها التجريبية النخاع المناعة الذاتية
Summary
تحليل مشيه الحركية في الطائرة السهمي تعطي معلومات دقيقة جداً حول كيف يتم تنفيذ الحركة. يصف لنا تطبيق هذه التقنيات على تحديد العجز مشيه للفئران التي تتعرض للمناعة الذاتية بوساطة demyelination. كما يمكن استخدام هذه الأساليب لوصف العجز مشيه لنماذج الماوس أخرى تتميز بضعف الحركة.
Abstract
كثيرا ما استخدمت تحليل مشيه الحركية في الطائرة السهمي لتوصيف حالات العجز الحركي في التصلب المتعدد (MS). يصف لنا تطبيق هذه التقنيات على تحديد العجز مشيه في نموذج الفأر من مرض التصلب العصبي المتعدد، المعروفة باسم النخاع الذاتية التجريبية (ع). يتم تقييم العجز الشلل والحركية في الفئران التي تعرضت إلى ع عادة استخدام مقياس التهديف سريرية. ومع ذلك، هذا المقياس غلة البيانات الترتيبية فقط أن يقدم القليل من المعلومات حول الطبيعة الدقيقة لحالات العجز الحركي. وقسمت أيضا شدة المرض إي بأداء روتارود، الذي يوفر قدرا من التنسيق الحركي العام. على النقيض من ذلك، تحليل مشيه الحركية من أطرافهم هند في الطائرة السهمي يولد معلومات دقيقة جداً عن كيفية حركة البصر. لتنفيذ هذا الإجراء، يتم وضع علامات عاكسة على أطرافهم هند للكشف عن الحركة المشتركة بينما ماوس يسير في حلقة مفرغة. الحركة تحليل البرمجيات المستخدمة لقياس حركة علامات أثناء المشي. معلمات مشيه الحركية ثم مستمدة من البيانات الناتجة. وتبين لنا كيف يمكن استخدام هذه المعلمات مشيه لقياس حركات البصر من مفاصل الورك والركبة والكاحل في ع. يمكن استخدام هذه التقنيات لتحسين فهم آليات المرض وتحديد علاج محتمل لمرض التصلب العصبي المتعدد واضطرابات الأعصاب الأخرى التي تعوق التنقل.
Introduction
مشيه عبارة عن سلسلة من الحركات المتكررة للأطراف المستخدمة لتحقيق الحركة. مشيه يتكون من دورات الخطوة التي تنقسم إلى مرحلتين: المرحلة موقفا، وعندما تتحرك القدم إلى الوراء على الأرض لدفع يرسل الجسم؛ وفي مرحلة سوينغ، حيث القدم الخروج الأرض وتتحرك إلى الأمام. اضطرابات مشيه سمات مميزة للعديد من اضطرابات الأعصاب، مثل إصابات النخاع الشوكي (علوم) والتصلب المتعدد (MS)، والتصلب العضلي الجانبي (المرض)، ومرض باركنسون (PD) والسكتة الدماغية؛ نماذج القوارض الإكلينيكية لهذه الاضطرابات غالباً الخص بهم العاهات مشيه كل منها1. وكانت آليات المراقبة الأساسية للحركة في الفئران دراسة مكثفة2،3. بالإضافة إلى ذلك، هناك نماذج الماوس للعديد من الاضطرابات العصبية البشرية4. ولذلك هو تحليل مشيه في الفئران نهج جذابة لقياس جوانب متعددة من العجز الحركي التي يعرف يرتبط التشريحية. دراسة مشيه في نماذج الفأر قد ثاقبة لاثيل قواعد العجز الحركي في اضطرابات الأعصاب، وتمكين تحديد العلاجات المحتملة.
وتشمل بعض التقنيات التي استخدمت لقياس مشيه في القوارض التفتيش البصري (مثلاً، باسو الماوس مقياس5 وفتح مجال الاختبار6) وتحليل مشيه من الطائرة البطني7. في الآونة الأخيرة، أساليب لقياس الكينماتيكا السهمي الطائرة حركات اللكتات اكتسبت شعبية نظراً لأنها توفر مزيد من المعلومات حول تنفيذ الحركة، وهي بالتالي أكثر حساسية للتغييرات الطفيفة في مشيه8، 9 , 10 , 11-التقنيات الحركية المتقدمة لدراسة حركة اللكتات في الطائرة السهمي بينما كان يسير في حلقة مفرغة9،12 وقد درست على نطاق واسع في سياق الخيال، المرض، الإصابات الرضية القشرية، والسكتة الدماغية، و مرض هنتنغتون8،9،10،11،،من1314،،من1516. وفي المقابل، شهدت هذه التقنيات استخدام محدود في دراسة حالات العجز الحركي لنماذج الماوس من التصلب المتعدد17.
النخاع الذاتية التجريبية (إي) هو النموذج الأكثر استخداماً الماوس من مرض التصلب العصبي المتعدد18. طريقتين الرئيسي لتحريض ع عن طريق التطعيم الإيجابي أو السلبي. وفي EAE نشطة، يتم تحصين الفئران مع المستضدات المايلين وتسبب neuroinflammation تي الخلية بوساطة أوتورياكتيفي وديميليناتيون في الحبل الشوكي والمخيخ. من ناحية أخرى، هو فعل EAE السلبي، نقل الخلايا أوتورياكتيفي تي من ماوس مع EAE النشطة ل ماوس السذاجة19. كما هو موضح في مكان آخر، سير المرض وأمراض الأعصاب تتأثر مستضد الجهاز العصبي المركزي (CNS) وضغط الماوس20،21،،من2223،24 ،25. في التجارب إي، وهي حقن الفئران التحكم الكامل فروند الشعبية adjuvant (CFA) دون مستضد المايلين. EAE تتميز بترتيب تصاعدي الشلل الذي يبدأ مع ضعف الذيل، ويمكن أن تنطوي على الأمامية، أسفر عن ترنح والشلل الذي أصاب20. نحن اتسمت مؤخرا تغييرات مشيه في الفئران C57Bl/6 تعرض لبروتين سكري oligodendrocyte المايلين 35-55 (35-55من موج)-التي يسببها ع. وقد أظهرت هذه الدراسات تحليل مشيه أن تكون متفوقة من التحليل السلوكي الكلاسيكي للانحرافات عن حركة الكاحل طبيعية عالية ترتبط بدرجة فقدان هذه المسألة الأبيض في الحبل الشوكي القطني من الفئران ع26. على النقيض من ذلك، قوة العلاقة بين فقدان هذه المسألة الأبيض واثنين الأخرى السلوكية التدابير التقليدية (التهديف السريرية وروتارود) كان أضعف بكثير26.
يصف لنا هنا في استخدام تحليل مشيه الحركية للكشف عن العجز في الحركة في الطائرة السهمي من الفئران ع المشي في حلقة مفرغة. وضعت خمس علامات عاكسة اللكتات تحديد حركة الورك والركبة، والمفاصل الكاحل في تسجيلات الفيديو عالية السرعة. برمجيات تحليل الحركة استخدمت لاستخراج البيانات الحركية عن الرحلات المشتركة. وتناقش جدوى هذه التقنيات لقياس العجز حركة لنموذج35-55 موج EAE. هذه التقنيات تنطبق أيضا على دراسة العجز مشيه في نماذج أخرى الماوس من اضطرابات الأعصاب.
Protocol
Representative Results
Discussion
في الفئران مع ع، هي التهديف السريرية الطريقتين الأكثر شيوعاً لقياس العجز الحركي وتقع الكمون من27،روتارود28. هذه التقنيات على قيود عدة. سجل السريرية محدودة على الرغم من ملاءمة والمستخدمة على نطاق واسع، التي تسفر عن بيانات المستوى الترتيبي فقط، مما يعني أن حج?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود أن نعترف شدراوي Sid لمساعدته التقنية مع التصوير. وكان هذا العمل مدعومة بتمويل من جمعية مرض التصلب العصبي المتعدد من كندا (EGID 2983).
Materials
| Camera | Nikon | Nikon D750 | Used to film the video |
| Reflective tape | B&L Engineering | MKR-Tape-2 | |
| Fine scissors | Fine Science Tools | 15023-10 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | |
| Glue gun | Craftsmart | E231647 | |
| scalpel handle #4 | Roboz | R5-9884 | |
| Scalpel Blade No.10 | Feather | 2020-12 | |
| C57BL/6 mice | Charles River Laboratories | ||
| Anesthetic machine | EZ Anesthesia | EZ-AF9000 Auto Flow System | |
| Recirculating water heating blanket | Androit | HTP-1500 | |
| topical eye lubricant | Refresh | DIN00210889 | |
| Shaver | Oster | 78997-010 | |
| High speed camera | Fastec | Fastec IL3-100 | |
| High power light | Smith Victor Corporation | Model 700 SG (600 Watt quartz light, 120 Volts) | |
| Light Stand | Promaster | LS1 | |
| Treadmill | Custom built at the Zoological Institute, University of Cologne | ||
| Microsoft Excel 2016 | Microsoft | Version 2016 | |
| KinemaJ | Nicolas Stifani | This is a script generated for use with ImageJ | |
| KinemaR | Nicolas Stifani | This is a script generated for use with Rstudio | |
| Vicon Motus | Vicon Motus | Version 9.00 | |
| GraphPad Prism | GraphPad | Version 6.00 | |
Referencias
- Giladi, N., Horak, F. B., Hausdorff, J. M. Classification of gait disturbances: distinguishing between continuous and episodic changes. Mov Disord. 28 (11), 1469-1473 (2013).
- Kiehn, O. Decoding the organization of spinal circuits that control locomotion. Nat Rev Neurosci. 17 (4), 224-238 (2016).
- Akay, T., Tourtellotte, W. G., Arber, S., Jessell, T. M. Degradation of mouse locomotor pattern in the absence of proprioceptive sensory feedback. Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (47), 16877-16882 (2014).
- Hafezparast, M., Ahmad-Annuar, A., Wood, N. W., Tabrizi, S. J., Fisher, E. M. Mouse models for neurological disease. Lancet Neurol. 1 (4), 215-224 (2002).
- Basso, D. M., et al. Basso Mouse Scale for locomotion detects differences in recovery after spinal cord injury in five common mouse strains. J Neurotrauma. 23 (5), 635-659 (2006).
- Tatem, K. S., et al. Behavioral and locomotor measurements using an open field activity monitoring system for skeletal muscle diseases. J Vis Exp. (91), e51785 (2014).
- Hetze, S., Romer, C., Teufelhart, C., Meisel, A., Engel, O. Gait analysis as a method for assessing neurological outcome in a mouse model of stroke. J Neurosci Methods. 206 (1), 7-14 (2012).
- Preisig, D. F., et al. High-speed video gait analysis reveals early and characteristic locomotor phenotypes in mouse models of neurodegenerative movement disorders. Behav Brain Res. 311, 340-353 (2016).
- Leblond, H., L’Esperance, M., Orsal, D., Rossignol, S. Treadmill locomotion in the intact and spinal mouse. J Neurosci. 23 (36), 11411-11419 (2003).
- Ueno, M., Yamashita, T. Kinematic analyses reveal impaired locomotion following injury of the motor cortex in mice. Exp Neurol. 230 (2), 280-290 (2011).
- Zorner, B., et al. Profiling locomotor recovery: comprehensive quantification of impairments after CNS damage in rodents. Nat Methods. 7 (9), 701-708 (2010).
- Pearson, K. G., Acharya, H., Fouad, K. A new electrode configuration for recording electromyographic activity in behaving mice. J Neurosci Methods. 148 (1), 36-42 (2005).
- Balkaya, M., Krober, J. M., Rex, A., Endres, M. Assessing post-stroke behavior in mouse models of focal ischemia. J Cereb Blood Flow Metab. 33 (3), 330-338 (2013).
- Akay, T. Long-term measurement of muscle denervation and locomotor behavior in individual wild-type and ALS model mice. J Neurophysiol. 111 (3), 694-703 (2014).
- Taylor, T. N., Greene, J. G., Miller, G. W. Behavioral phenotyping of mouse models of Parkinson’s disease. Behav Brain Res. 211 (1), 1-10 (2010).
- Chen, K., et al. Differential Histopathological and Behavioral Outcomes Eight Weeks after Rat Spinal Cord Injury by Contusion, Dislocation, and Distraction Mechanisms. J Neurotrauma. 33 (18), 1667-1684 (2016).
- de Bruin, N. M., et al. Multiple rodent models and behavioral measures reveal unexpected responses to FTY720 and DMF in experimental autoimmune encephalomyelitis. Behav Brain Res. 300, 160-174 (2016).
- Steinman, L., Zamvil, S. S. How to successfully apply animal studies in experimental allergic encephalomyelitis to research on multiple sclerosis. Ann Neurol. 60 (1), 12-21 (2006).
- Emerson, M. R., Gallagher, R. J., Marquis, J. G., LeVine, S. M. Enhancing the ability of experimental autoimmune encephalomyelitis to serve as a more rigorous model of multiple sclerosis through refinement of the experimental design. Comp Med. 59 (2), 112-128 (2009).
- Bittner, S., Afzali, A. M., Wiendl, H., Meuth, S. G. Myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG35-55) induced experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) in C57BL/6 mice. J Vis Exp. (86), (2014).
- Beeton, C., Garcia, A., Chandy, K. G. Induction and clinical scoring of chronic-relapsing experimental autoimmune encephalomyelitis. J Vis Exp. (5), e224 (2007).
- Barthelmes, J., et al. Induction of Experimental Autoimmune Encephalomyelitis in Mice and Evaluation of the Disease-dependent Distribution of Immune Cells in Various Tissues. J Vis Exp. (111), (2016).
- Shaw, M. K., Zhao, X. Q., Tse, H. Y. Overcoming unresponsiveness in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) resistant mouse strains by adoptive transfer and antigenic challenge. J Vis Exp. (62), e3778 (2012).
- Stromnes, I. M., Goverman, J. M. Passive induction of experimental allergic encephalomyelitis. Nat Protoc. 1 (4), 1952-1960 (2006).
- Stromnes, I. M., Goverman, J. M. Active induction of experimental allergic encephalomyelitis. Nat Protoc. 1 (4), 1810-1819 (2006).
- Fiander, M. D., Stifani, N., Nichols, M., Akay, T., Robertson, G. S. Kinematic gait parameters are highly sensitive measures of motor deficits and spinal cord injury in mice subjected to experimental autoimmune encephalomyelitis. Behav Brain Res. 317, 95-108 (2017).
- Jones, M. V., et al. Behavioral and pathological outcomes in MOG 35-55 experimental autoimmune encephalomyelitis. J Neuroimmunol. 199 (1-2), 83-93 (2008).
- van den Berg, R., Laman, J. D., van Meurs, M., Hintzen, R. Q., Hoogenraad, C. C. Rotarod motor performance and advanced spinal cord lesion image analysis refine assessment of neurodegeneration in experimental autoimmune encephalomyelitis. J Neurosci Methods. 262, 66-76 (2016).
- Sasaki, M., Lankford, K. L., Brown, R. J., Ruddle, N. H., Kocsis, J. D. Focal experimental autoimmune encephalomyelitis in the Lewis rat induced by immunization with myelin oligodendrocyte glycoprotein and intraspinal injection of vascular endothelial growth factor. Glia. 58 (13), 1523-1531 (2010).
- Merkler, D., Ernsting, T., Kerschensteiner, M., Bruck, W., Stadelmann, C. A new focal EAE model of cortical demyelination: multiple sclerosis-like lesions with rapid resolution of inflammation and extensive remyelination. Brain. 129 (Pt 8), 1972-1983 (2006).
- Franco-Pons, N., Torrente, M., Colomina, M. T., Vilella, E. Behavioral deficits in the cuprizone-induced murine model of demyelination/remyelination. Toxicol Lett. 169 (3), 205-213 (2007).
- Goldberg, N. R., Hampton, T., McCue, S., Kale, A., Meshul, C. K. Profiling changes in gait dynamics resulting from progressive 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-induced nigrostriatal lesioning. J Neurosci Res. 89 (10), 1698-1706 (2011).
