우리는 상주 신경 호감 부상 후 쥐의 행동 테스트 배터리를 통해 모터 행동의 평가를위한 프로토콜을 제공합니다.
말초 신경 손상의 유도는 다른 사람의 사이에서 수리 및 통증 메커니즘의 평가를위한 신경 과학에서 널리 사용되는 방법입니다. 또한, 운동 장애의 연구 분야에서, 상반호감 손상은 근긴장 이상증의 유전적 걸리기 쉬운 DYT-TOR1A 설치류 모델에서 난독증과 같은 표현형을 유발하는 데 사용되었습니다. 상주 신경 호감 부상 후 일관되고 재현 가능하며 유사한 결과를 얻으려면 표준화된 현상전특성화 외에도 신경 호감을 유도하는 표준화된 방법이 필수적입니다. 특정 행동 테스트 구색뿐만 아니라 기술적 요구 사항, 올바른 실행 및 연속적인 데이터 분석에주의를 기울여야 합니다. 이 프로토콜은 상주 신경 호감 부상을 수행하는 방법을 자세히 설명하고 오픈 필드 테스트, CatWalk XT 걸음걸이 분석, 빔 워킹 작업 및 사다리 렁 워킹 작업을 포함하는 쥐의 모터 적자 평가를위한 행동 테스트 배터리를 제공합니다.
설치류는 여러 생물학적 수준에서 가설을 테스트하여 인간 질환1,2의 이해를 심화하는 우수한 모델 유기체이다. 설치류 모델의 특성화를 위한 한 가지 근본적인 생물학적 수준은 행동 평가에 의해 측정된 표현형 수준입니다. 동물 모델및 과학적 연구 질문에 따라, 강력하고 신뢰할 수 있는 행동 테스트 배터리의 선택은 파킨슨병 및근긴장이상증3,4,5,6의동물 모델과 같은 광범위한 행동 측면을 커버하는 데 필수적이다.
상주 신경은 운동뿐만 아니라 감각 섬유와 인체에서 가장 큰 신경이다. 상골 신경의 부상은 교통사고 및 수술등다양한 사건으로부터 쉽게 발생할 수 있습니다7,8. 따라서, 상골 신경 상해를 가진 설치류 모형을 이용한 연구 활동은 번역적으로 관련있는 가치입니다. 쥐에서 인간으로의 신경 재생의 번역적 측면이 비판적으로간주되어야 하지만,설치류 모델에서 의상 신경 호감 손상(axonotmesis)은 말초 신경 의 변성 및 재생 과정을 분석하는 데 일반적으로 사용되는 방법이다10,11. 호감 부상의 경우 신경이 완전히 대위되지 않습니다. 그것은 축하를 손상, 재생 과정 다음에 호감 부상 직후 직접 전도 블록의 결과4,12,13.
더욱이, 근긴장이상 연구에서, 일방적인 상반신경 호감 상해는 유전자 적으로 걸리기 쉬운 근긴장이상 성 소성 모델에서 근긴장 이상과 같은 운동(DLM)을 유발하는 확립된 방법이며, 이는 se4,14당DLM을 나타내지 않는다. 말초 신경 외상은 모터 및 감각기능(15)을담당하는 상골 신경 섬유에 영향을 줌으로써 감각적 통합을 방해한다고 가정한다.
우리는 여기에 원내 신경의 표준화 된 호감 부상과 오픈 필드 테스트 (OFT), CatWalk XT 걸음걸이 분석, 빔 보행 작업 및 사다리 렁 워킹 작업순진한 야생 유형 (wt) 랫트 (n = 8-9) 및 일방적 인 신경 호감 부상 후 5 주 후 wt 쥐의 표준화 된 호감 부상에 대한 자세한 설명을 제공합니다(n= 10=10). OFT는 일반 운동 활동에 대한 정보를 제공하며, 자동 걸음걸이 분석 시스템 CatWalk XT에 의해 상세한 걸음걸이 분석을 달성합니다. 빔 보행 작업은 빔을 교차하는 시간과 발 배치 오류수를 평가하여 모터 조정을 평가하는 데 사용됩니다. 걸음걸이 성능 분석을 위해 사다리 렁 워킹 작업은 일정하지만 불규칙한 횡선 패턴을 가진 수평 사다리 횡선 장치의 발 또는 발 배치 및 오류에 대한 정보를 제공합니다.
이 행동 평가 프로토콜은 상반신 신경 호감 부상 후 설치류 모델에서 선택한 행동 테스트 배터리의 가능한 판독뿐만 아니라 장점과 단점에 대한 개요를 제공합니다.
상신경 호감 부상의 비교 결과를 얻으려면 일관된 호감 기술이 필수적입니다. 집게 대신 톱니 모양의 클램프(울트라 파인 헤모스타트)를 사용하면 호감의 일관성을 향상시킬 수 있습니다. 동일한 클램프뿐만 아니라 동일한 호감 위치를 사용하여 동일한 신경 압축을 보장하십시오. 클램프를 단독으로 사용하면 클램프를 케어하여 사용하여 일관성을 향상시킵니다. 또한, 호감 부상의 절차를 주의하셔도 한다. 신경의 원치 않는 견인과 같은 수술 도중 신경에 추가 손상은 자동 절단 같이 원치 않는 부작용으로 이끌어 낼 수 있습니다. 따라서, 최소 2일 동안 진통제의 투여뿐만 아니라 신중한 신경 제제를 권장한다.
모터 행동의 다인자 평가는 다양한 수준에서 쥐의 신경 호감 부상 후 표현형을 특성화 할 수 있습니다. 우리는 OFT, CatWalk XT 걸음걸이 분석, 빔 워킹 작업 및 사다리 렁 워킹 작업을 사용했습니다. 실험 그룹에 대한 맹목적인 실험 절차 및 데이터 분석은 이러한 실험에 필수적입니다. 행동 평가 전에, 동물은 적어도 30 분 동안 시험 조건하에서 시험장에 적응했습니다. 본 원에 적용되는 모든 행동 시험은 음식 이나 물 박탈이 필요하지 않다는 장점이 있습니다. 동물의 동일한 그룹 세트는 모든 설명 된 행동 테스트에서 사용되었다. 각 동물에 대해 하루에 최대 2개의 다른 행동 검사가 수행되었습니다. 행동 테스트가 일정한 간격으로 수행되는 경우 동일한 동물 순서와 하루 중 동시에 테스트를 수행하는 것과 같은 유사한 절차에주의를 기울이면 됩니다. 행동 분석을 위한 또 다른 중요한 양상은 쥐의 주야간 주기입니다. 하루 주기 (어두운 주기)에서 활동의 더 자연적이고 높은 수준을 얻기 위해 반전 된 주야간 주기를 고려하십시오. 이것은 특히 OFT와 같은 자발적인 행동의 측정을 위해 고려되어야 합니다. 이 실험에서는 반전된 주야간 주기를 구현할 수 없었지만 테스트 조건에 대한 적절한 적응이 보장되었습니다. 빔 워킹 작업과 사다리 렁 워킹 작업을 위한 고해상도 비디오에 완벽한 조명이 필수적입니다. 어둠 속에서 실험을 수행할 때이 높은 비디오 품질에 도달 할 수 없습니다.
걸음걸이 평가에는 지속적인 작업 성능이 필요합니다. 연속 작업 성능의 첫 번째 중요한 측면은 동물이 설정을 교차하도록 설득하는 것입니다. 동기 부여를 증가 하려면, 작은 음식 펠 릿 (45 mg) 설치의 끝에 배치. 동물이 음식 펠릿에 익숙해지기 위해서는 펠릿을 테스트하기 전에 공급해야합니다. 또한 설정 끝에 있는 골 상자가 도움이 될 수 있습니다. CatWalk의 설정에는 이미 골 상자가 포함되어 있지만 쥐는 때때로 골 상자에 들어가는 것을 주저합니다. 또는 골 상자에 작은 케이지를 추가할 수 있지만 쥐의 홈 케이지가 골 상자에 맞지 않습니다. 쥐가 수집하기 전에 몇 분 동안 케이지에서 습관화하자. 또한 동일한 홈 케이지의 다른 쥐를 골 상자 또는 골 상자 내부의 케이지에 넣을 수 있습니다. 두 번째 쥐가 상자에 남아 있고 골 상자 입구를 막지 않았는지 확인합니다. 또한 CatWalk 시스템에서 골 상자를 제거하고 각 실행 후 쥐가 “홈 영토”에 들어갈 수있는 보도 끝에 쥐 홈 케이지를 배치 할 수도 있습니다. 빔 워킹 작업과 사다리 렁 워킹 작업의 설정을 위해 설정 끝에 골 상자 또는 홈 케이지를 추가하는 것이 좋습니다. 일관성을 보장하기 위해 CatWalk, 빔 워킹 작업 및 사다리 렁 워킹 작업은 적어도 일주일에 한 번 수행되어야 하며 6~10개의 런이 실행됩니다.
비록 모든 분석이 이 연구 결과에 있는 중요한 다름을 산출하지는 않더라도, 유전자 변형된 동물 또는 처리 단의 포함이 동일한 행동 시험에서 단을 구별할 수 있는 귀중한 데이터를 생성할 수 있었다는 것을 고려하십시오.
신경 호감 부상은 5 분 OFT에서 측정 된 쥐의 운동 활동에 영향을 미치지 않았습니다. Catwalk XT 걸음걸이 분석은 걸음걸이, 발 및 발가락 배치를 분석하는 보다 객관적이고 민감한 도구입니다. 집중 훈련 후, 쥐는 기본 설정에 CatWalk XT 장치의 보도를 교차하는 법을 배웁니다. 신경 부상은 통로를 건너쥐의 능력을 감소시키지 않습니다. 다양한 매개 변수의 자동 계산은 데이터를 객관적으로 제공합니다. 추가 정보는 “대화형 발자국 측정” 모듈을 사용하여 얻을 수 있으며, 실제로 이러한 분석은 발가락 확산, 인쇄 길이 및 발 각도의 다양한 매개 변수에서 신경 손상 및 신경 손상 없이 쥐를 비교하는 신체 축에 상당한 차이를 산출했습니다.
쥐는 빔 워킹 작업을 위해 쉽게 훈련 할 수 있습니다. 광선을 가로지르는 대기 시간 및 신경 부상 뒷다리의 단계당 발 미끄러짐의 수에 있는 차이는 순진함을 호감 부상 쥐와 비교하여 검출되었다. 빔 보행 작업으로 신경 부상 쥐를 분석하는 단점은 빔의 크기입니다. 상주 신경 호감 부상 후 처음 2 주 이내에, 쥐는 균형이 손상으로 빔을 교차하는 도움이 필요합니다. 일부 쥐는 빔을 교차 할 수 있지만, 추락으로 인한 부상의 위험이 높다. 따라서 신경 분쇄 된 동물은 필요한 경우 좌골 신경 호감 부상 후 처음 2 주 동안 빔을 교차하는 데 도움이되어야합니다. 그러나 도움 없이는 달리기를 비교하기가 어렵습니다. 또한, 모터 밸런스는 빔 보행 작업에 의해 평가되는 중요한 파라미터이다. 우리는 이 매개 변수가 우리의 신경 호감 쥐 모형과 관련이 없다고 고려했습니다. 따라서 오와타시 외와 요한슨&올슨에 의해 기술된 점수는 사용할 수 없었고 불완전한 빔 트래버스로 실행하여 데이터 분석18,19에대해 제외되었다.
Metz 외에서 7 범주 척도는 앞다리와 뒷다리를 모두 분석하고 사다리 가루 워킹작업(16,17)동안 모든 사지의 오차 의 다른 심각도 수준을 구별할 수 있다. 0에서 2까지의 범주를 포함하는 가장 눈에 띄는 오류를 분석함으로써 신경 부상 wt 쥐와 순진한 wt 쥐를 비교할 때 단계당 오류의 차이가 뒷다리에서 감지 될 수 없습니다. 더욱이, 사다리 횡선 장치를 통과하는 대기 시간은 신경 부상 wt 쥐와 wt 순진한 쥐 사이에 다르지 않았다. 딥 러닝 모델은 자동화된 접근 방식을 통해 래더 런보킹 작업의 데이터 분석을 개선하고 가속화할 수 있습니다.
신경 호감 부상뿐만 아니라 모든 설명 된 행동 테스트는 쉽게 설정의 설정 및 크기를 적응하여 마우스로 번역 할 수 있음을 언급하는 것이 중요합니다. 모형 유기체로 마우스의 사용은 많은 인간적인 질병을 위한 형질 생성 모델이 존재하는 유익한 효력이 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
이 연구는 독일 연방 교육부 (BMBF DysTract to C.W.I.)와 뷔르츠부르크 대학 (N-362 ~ C.W.I.)의 임상 연구 간 센터 (IZKF)에 의해 지원되었습니다. Z2-CSP3 – L.R.). 또한, 이 프로젝트는 EJP RD COFUND-EJP N° 825575(유디스커버에서 J.V.까지) 및 VERUM 재단으로부터 유럽 연합의 호라이즌 2020 연구 및 혁신 프로그램으로부터 자금을 지원받았습니다. 또한 C.W.I.는 도이치 스티퉁 신경과 파킨슨폰에 의해 도이치 포르스충스게마인샤프트(DFG, 독일 레시치 재단) 프로젝트-ID 424778381-TRR 295의 자금을 지원한다. L.R.은 근긴장 이상 의료 Reseach 재단에 의해 추가로 지원됩니다.
저자들은 케알리 뢰름, 베로니카 센거, 하이케 멘젤, 루이자 프리스에게 기술적인 도움을 준 것에 대해, 헬가 브룬너에게 동물 관리를 해준 것에 대해 감사드립니다.
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 |