Summary

Sagittal flyet Kinematisk Gait analyse i C57BL/6 mus utsatt for MOG35-55 indusert eksperimentelle Autoimmune immunsviktvirus

Published: November 04, 2017
doi:

Summary

Kinematisk gait analyse i sagittal flyet gir svært presis informasjon om hvordan bevegelse utføres. Vi beskriver bruk av disse teknikkene for å identifisere gangart underskudd for mus underlegges autoimmune-mediert demyelinisering. Disse metodene kan også brukes til å beskrive gangart underskudd for andre musen modeller med nedsatt bevegelse.

Abstract

Kinematisk gait analyse i sagittal flyet er ofte brukt til å beskrive motor underskudd i multippel sklerose (MS). Vi beskriver bruk av disse teknikkene for å identifisere gangart underskudd i en musemodell av MS, kjent som eksperimentelle autoimmune immunsviktvirus (EAE). Lammelse og motor underskudd i mus underlegges EAE vurderes vanligvis med en klinisk scoring skala. Men gir denne skalaen bare ordenstall data som gir litt informasjon om den nøyaktige naturen av motor underskudd. EAE sykdommens alvorlighetsgrad har også blitt vurdert av rotarod ytelse, som gir et mål på generelle koordinasjon. Derimot genererer Kinematisk gait analyse av baklem i sagittal flyet svært presis informasjon om hvordan bevegelse er svekket. For å utføre denne prosedyren, er reflekterende markører plassert på en hind lem å oppdage felles bevegelse mens en mus er å vandre på en tredemølle. Bevegelse analyseprogramvare brukes til å måle bevegelse av markører ved gåing. Kinematisk gangart parametere er deretter avledet fra resulterende dataene. Vi viser hvordan parameterne gangart kan brukes å kvantifisere svekket bevegelser i hofte og kne ankelen leddene i EAE. Disse teknikkene kan brukes til å bedre forstå sykdom mekanismer og identifisere mulige behandlinger for MS og andre nevrodegenerative sykdommer som forringe mobilitet.

Introduction

Gangart er en serie av repeterende bevegelser av lemmer brukte å oppnå bevegelse. Gangart består av trinn sykluser, som er delt inn i to faser: den holdning fasen, som er når foten går bakover på bakken å drive kroppen fremover; og swing fasen, hvor foten er av bakken og flytte fremover. Forstyrrelser i gangart er kjennemerket kjennetegner mange nevrodegenerative lidelser, som ryggmargsskade (SCI), multippel sklerose (MS), amyotrofisk lateral sklerose (ALS), Parkinsons sykdom (PD) og strøk. prekliniske gnager modeller av disse lidelser recapitulate ofte deres respektive gangart impairments1. Grunnleggende kontrollmekanismer av bevegelse i mus har vært intenst studerte2,3. I tillegg finnes det musen modeller av mange menneskelige nevrologiske lidelser4. Gait analyse i mus er derfor en tiltalende tilnærming til måler flere aspekter av motor underskudd som har kjent anatomiske korrelerer. Studiet av gangart i musen modeller kan gi innsikt i neuropathological baser av locomotor underskudd i nevrodegenerative lidelser, og aktiverer identifisering av potensielle behandlingene.

Noen teknikker som er brukt til å måle gangart i gnagere er visuell inspeksjon (f.eks, Basso musen skala5 og åpne feltet test6) og analyse av gangart fra ventrale flyet7. Flere nylig, metoder for å måle sagittal flyet kinematikk hindlimb bevegelser har vunnet popularitet fordi de gir mer informasjon om gjennomføring av bevegelse, og derfor er mer følsomme for subtile endringer i gangart8, 9 , 10 , 11. Kinematisk teknikker utviklet for å studere hindlimb bevegelse i sagittal fly mens du går på en tredemølle9,12 har vært grundig undersøkt i sammenheng med SCI ALS traumatisk kortikale skader, slag, og Huntingtons sykdom8,9,10,11,13,14,15,16. Disse teknikkene har derimot sett begrenset bruk i studiet av locomotor underskudd musen modeller av multippel sklerose17.

Eksperimentell autoimmune immunsviktvirus (EAE) er den vanligste musen MS18. De to hovedmetoder for å indusere EAE er via aktiv eller passiv vaksinering. I aktive EAE, er mus vaksinert med myelin antigener, forårsaker autoreactive T celle-mediert neuroinflammation og demyelinisering i ryggmargen og lillehjernen. Passiv EAE, derimot, er indusert ved å overføre autoreactive T celler fra en mus med aktive EAE til en naiv musen19. Som beskrevet andre steder, sykdom kurs og neuropathology er påvirket av sentralnervesystemet (CNS) antigen og mus belastning20,21,22,23,24 ,25. EAE eksperimenter, er kontroll mus injisert med komplett Freund’s adjuvant (CFA) uten myelin antigen. EAE er preget av stigende lammelse som begynner med halen svakhet og kan oppstå forelimbs, noe som resulterer i ataksi og lammelser20. Vi har nylig preget gangart endringer i C57Bl/6 mus utsatt for myelin oligodendrocyte glykoprotein 35-55 (MOG35-55)-indusert EAE. Disse studiene har vist gait analyse å være overlegen enn klassisk atferdsanalyse fordi avvik fra normal ankel bevegelse er sterkt korrelert med graden av hvit substans tap i lumbal ryggmargen EAE mus26. Derimot ble styrken på sammenhengen mellom hvit substans tap og to andre tradisjonelle opptreden mål (klinisk scoring og rotarod) mye svakere26.

Her beskriver vi bruk av Kinematisk gait analyse å oppdage bevegelse underskudd i sagittal flyet EAE mus walking på en tredemølle. Fem reflekterende markører ble plassert på en hindlimb til å identifisere bevegelsen hip, kne og ankel leddene i høyhastighets videoopptak. Bevegelse analyseprogramvare ble brukt til å trekke ut Kinematisk data om felles utflukter. Nytten av disse teknikkene å kvantifisere bevegelse underskudd for MOG35-55 modellen av EAE diskuteres. Disse teknikkene gjelder også til studiet av gangart underskudd i andre musen modeller av nevrodegenerative lidelser.

Protocol

denne protokollen er kanadiske Rådet for Animal Care retningslinjer og ble godkjent av Dalhousie University i forsøksdyr. 1. bygge reflekterende markører: ved hjelp av en håndholdt hull punch ønsket antall små sirkler fra et reflekterende papirark. Hvert dyr krever 5 markører for en enkelt opptaket; to store og tre små markører. Bruke fine saks, lage en rett snitt som strekker seg fra perimeteren til midten av sirkelen. Fjern papir backing av merket å …

Representative Results

Figur 1 er en skjematisk fremstilling av prosedyren brukes for Kinematisk gait analyse. Første, reflekterende markører er laget og plassert på en mus på 5 anatomiske punkter. Gangart registreres deretter mens musen er å vandre på en tredemølle. Bevegelse analyseprogramvare brukes til å hente Kinematisk dataene for senere analyse. Figur 2A C representerer trinnet syklusen av kontroll CFA mus for hip, kne og ank…

Discussion

I mus med EAE, de to vanligste måtene å måle motor underskudd er klinisk scoring og falle ventetid fra en rotarod27,28. Disse teknikkene har flere begrensninger. Selv om praktisk og brukte, er klinisk scoring begrenset av gir bare ordenstall nivå data, betyr at omfanget av forskjellene mellom kliniske resultater ikke er kjent. Klinisk scoring også lider av ikke å gi nøyaktig informasjon om naturen av motor underskudd. Rotarod testen forbedrer noen begrensn…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi ønsker å erkjenne Sid Chedrawe for hans kundestøtte med filming. Dette arbeidet ble støttet av finansiering fra MS Society of Canada (GID 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

  1. 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).
  2. Kiehn, O. Decoding the organization of spinal circuits that control locomotion. Nat Rev Neurosci. 17 (4), 224-238 (2016).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Leblond, H., L’Esperance, M., Orsal, D., Rossignol, S. Treadmill locomotion in the intact and spinal mouse. J Neurosci. 23 (36), 11411-11419 (2003).
  10. Ueno, M., Yamashita, T. Kinematic analyses reveal impaired locomotion following injury of the motor cortex in mice. Exp Neurol. 230 (2), 280-290 (2011).
  11. Zorner, B., et al. Profiling locomotor recovery: comprehensive quantification of impairments after CNS damage in rodents. Nat Methods. 7 (9), 701-708 (2010).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Beeton, C., Garcia, A., Chandy, K. G. Induction and clinical scoring of chronic-relapsing experimental autoimmune encephalomyelitis. J Vis Exp. (5), e224 (2007).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Stromnes, I. M., Goverman, J. M. Passive induction of experimental allergic encephalomyelitis. Nat Protoc. 1 (4), 1952-1960 (2006).
  25. Stromnes, I. M., Goverman, J. M. Active induction of experimental allergic encephalomyelitis. Nat Protoc. 1 (4), 1810-1819 (2006).
  26. 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).
  27. Jones, M. V., et al. Behavioral and pathological outcomes in MOG 35-55 experimental autoimmune encephalomyelitis. J Neuroimmunol. 199 (1-2), 83-93 (2008).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
check_url/es/56032?article_type=t

Play Video

Citar este artículo
Fiander, M. D., Chedrawe, M. A., Lamport, A., Akay, T., Robertson, G. S. Sagittal Plane Kinematic Gait Analysis in C57BL/6 Mice Subjected to MOG35-55 Induced Experimental Autoimmune Encephalomyelitis. J. Vis. Exp. (129), e56032, doi:10.3791/56032 (2017).

View Video