אנו מספקים פרוטוקול להערכת התנהגות מוטורית באמצעות סוללת בדיקה התנהגותית בחולדות לאחר פציעת ריסוק עצבים סיאטית.
אינדוקציה של פגיעה עצבית היקפית היא שיטה בשימוש נרחב במדעי המוח להערכת מנגנוני תיקון וכאב בין היתר. בנוסף, בתחום המחקר של הפרעות תנועה, פציעת מעיכה סיאטית הופעלה כדי לעורר פנוטיפ דמוי דיסטוניה במודלים מכרסמים DYT-TOR1A נטייה גנטית של דיסטוניה. כדי להשיג תוצאות עקביות, לשחזור ודומות לאחר פגיעה מעיכה עצבית סיאטית, שיטה סטנדרטית לגרימת ריסוק העצבים היא חיונית, בנוסף לאפיון פנוטיפי סטנדרטי. יש להקדיש תשומת לב לא רק למגוון הספציפי של בדיקות התנהגותיות, אלא גם לדרישות הטכניות, הביצוע הנכון וניתוח נתונים עוקבים. פרוטוקול זה מתאר בפירוט כיצד לבצע פציעת ריסוק עצבית סיאטית ומספק סוללת בדיקה התנהגותית להערכת ליקויים מוטוריים בחולדות הכוללת את מבחן השדה הפתוח, ניתוח ההליכה CatWalk XT, משימת ההליכה בקרן ומשימת ההליכה של שלל הסולם.
מכרסמים הם אורגניזמים מודל מעולה להעמיק את ההבנה של מחלות אנושיות1,2 על ידי בדיקת השערות ברמות ביולוגיות מרובות. רמה ביולוגית בסיסית אחת לאפיון מודלים של מכרסמים היא רמת הפנוטיפ, הנמדדת על ידי הערכות התנהגותיות. בהתאם למודל החי ולשאלת המחקר המדעי, הבחירה בסוללת בדיקה התנהגותית רבת עוצמה ואמינה חיונית לכיסוי מגוון רחב של היבטים התנהגותיים כגון מודלים של בעלי חיים של מחלת פרקינסון ודיסטוניה3,4,5,6.
העצב הסיאטי הוא העצב הגדול ביותר בגוף האדם עם מנוע, כמו גם סיבים חושיים. פציעות של העצב הסיאטי יכולות לנבוע בקלות ממגוון אירועים כגון תאונות דרכים וניתוחים7,8. לכן, פעילויות מחקר באמצעות מודלים מכרסמים עם פציעות עצבים sciatic, הם בעלי ערך רלוונטי תרגום. למרות ההיבט התרגומי של התחדשות עצבים מעכברוש לאדם יש להתייחס באופן ביקורתי9, פציעת ריסוק עצבים sciatic (axonotmesis) במודלים מכרסמים היא שיטה נפוצה לניתוח ניוון ותהליכי התחדשות של עצבים היקפיים10,11. במקרה של פציעת מעיכה העצב אינו מנוכה לחלוטין. זה פוגע באקסון, וכתוצאה מכך בלוק הולכה מיד לאחר פציעת ריסוק ואחריו תהליכים רגנרטיביים 4,12,13.
יתר על כן, במחקר דיסטוניה, פגיעה חד צדדית מעיכה עצבית היא שיטה הוקמה כדי לעורר תנועות כמו דיסטוניה (DLM) במודלים מכרסמים דיסטוניה נטייה גנטית, אשר אינם מראים DLM כשלעצמה4,14. ההנחה היא כי הטראומה העצבית ההיקפית מפריעה לאינטגרציה החושית על ידי השפעה על סיבי העצב הסיאטיים, האחראים לתפקודים מוטוריים וחושיים15.
אנו מספקים תיאור מפורט עבור פציעת ריסוק סטנדרטית של העצב הסיאטי וסוללה של הערכות התנהגות מוטורית המורכבת ממבחן השדה הפתוח (OFT), ניתוח הליכה CatWalk XT, משימת הליכה קרן ומשימת הליכה בסולם דרגות בחולדות סוג פראי נאיבי (n = 8-9) וחולדות wt חמישה שבועות לאחר פציעת ריסוק עצבים סיאטית חד צדדית (n = 10). OFT מספק מידע על פעילות לוקומוטור כללית, בעוד ניתוח הליכה מפורט מושגת על ידי מערכת ניתוח הליכה אוטומטי CatWalk XT. משימת ההליכה בקרן משמשת להערכת התיאום המוטורי על ידי הערכת הזמן לחצות את הקרן ואת מספר שגיאות מיקום כף הרגל. עבור ניתוח ביצועי הליכה משימת ההליכה של סולם דרגה מספקת מידע על מיקום כף הרגל או כף הרגל ושגיאות במנגנון צלצל סולם אופקי עם תבנית צלצל קבועה אך לא סדירה.
פרוטוקול הערכה התנהגותי זה מספק סקירה של יתרונות וחסרונות, כמו גם קריאות אפשריות של סוללת הבדיקה ההתנהגותית שנבחרה במודל מכרסמים לאחר פגיעה במכת עצבית סיאטית.
כדי להשיג תוצאה השוואתית של פציעת ריסוק העצבים הסיאטית, טכניקת ריסוק עקבית היא חובה. השימוש מהדק לא משונן (אולטרה עדין Hemostat) במקום מלקחיים יכול לשפר את העקביות של למחוץ. השתמש באותו מלחציים, כמו גם את אותה תנוחת ריסוק כדי להבטיח דחיסה עצבית שווה. השימוש הבלעדי של המהדק עבור פציעת ריסוק וטיפול של מהדק עם טיפול משפר את העקביות. כמו כן, לבצע את ההליך של פציעת למחוץ בזהירות. נזק נוסף לעצב במהלך ניתוח כגון מתיחה לא רצויה של העצב יכול להוביל לתופעות לוואי לא רצויות כמו automutilation. לכן, הכנת עצב זהיר, כמו גם ממשל של משכך כאבים במשך מינימום של יומיים מומלץ.
הערכה רב-גורמית של התנהגות מוטורית יכולה לאפיין את הפנוטיפ לאחר פגיעה במחץ עצבי בחולדות ברמות שונות. השתמשנו ב- OFT, ניתוח הליכה של CatWalk XT, משימת הליכה קרן ומשימת הליכה בסולם. הליך ניסיוני עיוור וניתוח נתונים לקבוצות ניסיוניות חיוניים לניסויים אלה. לפני הערכת התנהגות, בעלי חיים התאקלמו בחדר הבדיקות בתנאי בדיקה במשך 30 דקות לפחות. כל הבדיקות ההתנהגותיות המיושמות בזאת יש את היתרון כי מזון או מחסור במים אינם נדרשים. באותה קבוצה של בעלי חיים נעשה שימוש בכל הבדיקות ההתנהגותיות המתוארות. לכל היותר בוצעו שני מבחנים התנהגותיים שונים ביום עבור כל בעל חיים. אם בדיקות התנהגותיות מבוצעות במרווחי זמן קבועים, לשים לב להליך דומה, כמו ביצוע הבדיקה באותו סדר בעלי חיים ובאותו זמן של היום. היבט חשוב נוסף לניתוח התנהגותי הוא מחזור הלילה של חולדות. שקול מחזור יום-לילה הפוך כדי להשיג רמות טבעיות וגבוהות יותר של פעילות במחזור היום (מחזור כהה). זה צריך להיחשב במיוחד למדידה של התנהגות ספונטנית, כמו OFT. בניסוי זה לא ניתן היה ליישם מחזור יום-לילה הפוך, אך הובטחה התאקלמות נאותה לתנאי הבדיקה. תאורה מושלמת חיונית לסרטונים ברזולוציה גבוהה למשימת ההליכה של הקרן ולתפקיד ההליכה בסולם. לא ניתן להגיע לאיכות וידאו גבוהה זו בעת ביצוע ניסויים בחושך.
הערכת ההליכה דורשת ביצועי משימה רציפים. ההיבט החשוב הראשון בביצועי משימה רציפים הוא לשכנע את בעלי החיים לחצות את ההתקנה. כדי להגביר את המוטיבציה, במקום כדורי מזון קטנים (45 מ”ג) בסוף ההתקנה. על מנת שבעלי חיים יכירו את כדורי המזון, יש להאכיל אותם בכדורים לפני הבדיקה. כמו כן, תיבת מטרה בסוף ההתקנה יכולה להיות שימושית. ההתקנה של CatWalk כבר כולל תיבת מטרה, אבל חולדות לפעמים מהססים להיכנס לתיבת המטרה. לחלופין, אתה יכול להוסיף כלוב קטן לתוך תיבת המטרה, אבל הכלוב הביתי של חולדות אינו מתאים לתיבת המטרה. תן לחולדה להתמקם בכלוב כמה דקות לפני הרכישה. בנוסף, חולדה נוספת מאותו כלוב ביתי עשויה להיות ממוקמת בתיבת המטרה או לתוך הכלוב בתוך תיבת המטרה. ודא כי החולדה השנייה נשארת בתיבה ואינה חוסמת את הכניסה לתיבת המטרה. יתר על כן, ניתן גם להסיר את תיבת המטרה ממערכת CatWalk ולהניח את כלוב בית החולדה בסוף השביל, המאפשר לחולדה להיכנס ל”טריטוריה הביתית “שלהם לאחר כל ריצה. להגדרה של משימת ההליכה קרן ומשימת הליכה שלב הסולם, אנו ממליצים להוסיף תיבת מטרה או הכלוב הביתי בסוף ההתקנה. כדי להבטיח עקביות, מסלול הדוגמנות, משימת ההליכה של הקרן ומשימת ההליכה של דרגת הסולם צריכים להתבצע לפחות פעם בשבוע עם שש עד עשר ריצות.
למרות שלא כל ניתוח הניב הבדלים משמעותיים במחקר זה, קחו בחשבון כי הכללה של בעלי חיים מהונדסים גנטית או קבוצות טיפול יכולה לייצר נתונים בעלי ערך שיכולים להבחין בין קבוצות מאותן בדיקות התנהגותיות.
הפציעה במחץ העצבים לא השפיעה על פעילות הלוקונוטור של החולדה, שנמדדה בחמש דקות של נת”ט. ניתוח הליכה Catwalk XT הוא כלי אובייקטיבי ורגיש יותר לניתוח מיקום הליכה, כפות רגליים ובהונות. לאחר אימון אינטנסיבי, החולדות לומדות לחצות את שביל ההליכה של מכשיר CatWalk XT להגדרות ברירת המחדל. הפגיעה העצבית אינה מפחיתה את יכולתם של החולדות לחצות את שביל ההליכה. החישוב האוטומטי של פרמטרים שונים מציג את הנתונים באופן אובייקטיבי. מידע נוסף ניתן להשיג באמצעות מודול “מדידות טביעת רגל אינטראקטיבית” ואכן, ניתוחים אלה הניבו הבדלים משמעותיים בפרמטרים שונים של התפשטות בוהן, אורך ההדפסה וזווית כף היד לציר הגוף המשווה חולדות עם וללא פגיעה עצבית.
חולדות ניתן לאמן בקלות למשימת הליכה קרן. הבדלים בזמן ההשהיה לחצות את הקרן ובמספר החלקות הרגליים לכל שלב של ההחלקה האחורית הפגועה עצבית התגלו על ידי השוואת נאיביות עם חולדות פצועות מעיכה. חיסרון בניתוח חולדות פגושי עצבים עם משימת ההליכה של הקרן הוא גודל הקרן. בשבועיים הראשונים לאחר פציעת ריסוק העצבים הסיאטית, החולדות זקוקות לסיוע כדי לחצות את הקרן מכיוון שיווי המשקל שלהן לקוי. למרות שחולדות מסוימות עשויות להיות מסוגלות לחצות את הקרן, הסיכון לפציעות הנגרמות על ידי נפילה הוא גבוה. לכן יש לסייע לבעלי חיים מרוסקי עצבים לחצות את הקרן בשבועיים הראשונים לאחר פציעת ריסוק עצבי סיאטי או יותר, במידת הצורך. עם זאת, קשה להשוות ריצות עם וללא סיוע. כמו כן, האיזון המוטורי הוא פרמטר חשוב המוערך על ידי משימת ההליכה של הקרן. שקלנו את הפרמטר הזה לא להיות רלוונטי למודל עכברוש ריסוק העצבים שלנו. לכן, ציונים המתוארים על ידי Ohwatashi ואח ‘וג’והנסון & Ohlsson לא ניתן להשתמש ורץ עם מעבר קרן שלם לא נכללו לניתוח נתונים18,19.
סולם 7 קטגוריות מ Metz et al. יכול לנתח הן את הקידם והן את hindlimbs ולהבחין בין רמות חומרה שונות של טעויות של כל הגפיים במהלך המשימה הליכה סולם16,17. על ידי ניתוח השגיאות הבולטות ביותר, הכוללות את הקטגוריות מ 0 עד 2, לא ניתן היה לזהות הבדלים של שגיאות בכל צעד ב hindlimb בעת השוואת חולדות wt פגושי עצב עם חולדות wt נאיביות. יתר על כן, זמן ההשהיה של חציית מנגנון שלב הסולם לא היה שונה בין חולדות wt פגועות עצבים וחולדות נאיביות wt. מודלים של למידה עמוקה יכולים לשפר ולהאיץ את ניתוח הנתונים של משימת ההליכה בסולם באמצעות גישה אוטומטית.
חשוב לציין כי הפציעה מעיכה עצבית, כמו גם כל הבדיקות ההתנהגותיות המתוארות ניתן לתרגם בקלות לעכברים, על ידי התאמת ההגדרות והגדלים של ההגדרות. השימוש בעכברים כאורגניזם מודל יש את ההשפעה החיובית כי מודלים מהונדסים עבור מחלות אנושיות רבות קיימות.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי משרד החינוך והמחקר הפדרלי הגרמני (BMBF DysTract ל- C.W.I.) ועל ידי המרכז הבינתחומי למחקר קליני (IZKF) באוניברסיטת וירצבורג (N-362 עד C.W.I.; Z2-CSP3 ללוס אנג’לס). בנוסף, פרויקט זה קיבל מימון מתוכנית המחקר והחדשנות Horizon 2020 של האיחוד האירופי במסגרת EJP RD COFUND-EJP N° 825575 (EurDyscover ל- J.V.), וקרן VERUM. יתר על כן C.W.I. ממומן על ידי דויטשה Forschungsgemeinschaft (DFG, קרן Reseach הגרמנית) פרויקט-ID 424778381-TRR 295, על ידי דויטשה Stiftung נוירולוגיה ו parkinsonFonds. L.R. נתמך בנוסף על ידי קרן Reseach הרפואית של דיסטוניה.
המחברים מודים לקאלי רם, ורוניקה סנגר, הייקה מנזל ולואיזה פריז על הסיוע הטכני שלהם, כמו גם להלגה ברונר על הטיפול בבעלי חיים.
Acetic acid, ≥99.8% | Sigma-Aldrich | 33209-1L | |
Appose ULC skin stapler 35W | Covidien | 8886803712 | |
Beam | self made | ||
Bepanthen eye cream | Bayer Vital GmbH | 81552983 | |
Box for OFT | self made | ||
Camcorder GC-PX100 | JVC | ||
Catwalk XT | Noldus | setup and software | |
Chamber for isofluran | GT-Labortechnik | custom made | |
Disposable scalpel No. 11 | Feather | 20.001.30.011 | |
Dräger Vapor 19.3 isoflurane system | Dr. Wilfried Müller GmbH | ||
Dumont #2 – laminectomy forceps | Fine Science Tools | 11223-20 | |
Dumont #5 forceps | Fine Science Tools | 11251-30 | super-fine |
Dustless precision pellets 45 mg | Bio-Serv | F0021 | |
EthoVision XT | Noldus | setup and software | |
Forceps 160 mm | Hartenstein | PZ09 | |
Gas anesthesia mask, rat | Dr. Wilfried Müller GmbH | ||
Goal box for ladder rung walking task apparatus | self made | ||
Hair clipper Magnum 5000 | Wahl GmbH | ||
Hardened fine scissors | Fine Science Tools | 14090-11 | |
Heating table | MEDAX | 13801 | |
Isofluran CP 1ml/ml, 250 ml | cp-pharma | 1214 | prescription needed |
Kinovea | www.kinovea.org | ||
Ladder rung walking task apparatus | self made | ||
Needleholder | KLS Martin | 20-526-14-07 | |
Octeniderm | Schülke | 118211 | |
Rimadyl 50 mg/ml, injectable | Zoetis | Carprofen, prescription needed | |
Rubber band retractors | self made | ||
Spacer for beam | self made | ||
Spacer for ladder rung walking task apparatus | self made | ||
Suture Silkam 4/0 DS 19 | B. Braun | C0762202 | |
Ultra fine hemostats (non-serrated clamp) | Fine Science Tools | 13020-12 |