המטוס Sagittal קנטית והרצתי ניתוח בעכברים C57BL/6 נתון MOG35-55 המושרה חיסון ניסיוני של דלקת המוח וחוט השדרה
Summary
קנטית והרצתי ניתוח הליכה במישור sagittal התשואות מידע מאוד מדויק על איך מתבצעת התנועה. אנו מתארים את היישום של טכניקות אלה כדי לזהות הילוך חסרונות עבור עכברים נתון demyelination אוטואימונית בתיווך. שיטות אלה עשוי לשמש גם לאפיין הילוך גירעונות למודלים אחרים העכבר שמציעות ומכניקה לקוי.
Abstract
קנטית והרצתי ניתוח הליכה במישור sagittal שימש לעתים קרובות כדי לאפיין לגירעונות מנוע טרשת נפוצה (MS). אנו מתארים את היישום של טכניקות אלה כדי לזהות הילוך גירעונות במודל של עכברים של MS, המכונה הניסיונית אוטואימוניות דלקת המוח וחוט השדרה (EAE). הגירעונות שיתוק ובעיות מוטורי בעכברים נתון EAE הם העריכו בדרך כלל באמצעות סרגל ניקוד קליניים. עם זאת, מידה זו מניבה רק הנתונים סודר המספק מידע קטן בנוגע לאופי המדויק של הגירעונות מנוע. חומרת המחלה EAE יש גם להיות מוערך על-ידי ביצועים rotarod, אשר מספק מידה של קואורדינציה כללית. לעומת זאת, קנטית והרצתי ניתוח של האיבר הינד במטוס sagittal מפיק מידע מאוד מדויק על איך התנועה הוא לקוי. כדי לבצע הליך זה, סמני רפלקטיביים ממוקמות על איבר האחוריות כדי לזהות תנועה משותפת בזמן עכבר הוא הליכה על הליכון. ניתוח תנועה התוכנה משמשת כדי למדוד תנועה של הסמנים במהלך הליכה. דהירה קנטית פרמטרים ואז נגזרים מתוך נתוני מערכת תוצאות. אנו מראים כמה פרמטרים אלה הילוך יכול לשמש כדי לכמת תנועות לקוי של המישקים הירך, הברך והקרסול EAE. טכניקות אלה עשוי לשמש כדאי להבין את מנגנון המחלה ולזיהוי טיפולים פוטנציאליים עבור MS לבין אחרים מחלות ניווניות שפוגעים ניידות.
Introduction
ההליכה היא סדרה של תנועות חוזרות ונשנות של הגפיים כדי להשיג ומכניקה. דהירה מורכבת שלב מחזורים, אשר מחולקים לשני שלבים: שלב העמידה, כאשר כף הרגל הוא זז אחורה על הרצפה כדי להניע את הגוף קדימה; שלב הסווינג, איפה הרגל את לנמענים הקרקע ומרגש. הפרעות של דהירה הן תכונות סימן ההיכר של הפרעות ניווניות רבים, כגון פגיעה בחוט השדרה (מדע), טרשת נפוצה (MS), נוירודגנרטיביות (ALS), מחלת פרקינסון (PD) הקו; במודלים פרה מכרסם של הפרעות אלה מסכם לעיתים קרובות את הדברים שלהם לקויות המתאימות הילוך1. מנגנוני הבקרה הבסיסית של גפיים בעכברים כבר למד באופן אינטנסיבי2,3. בנוסף, ישנם דגמים העכבר של הפרעות נוירולוגיות אנושיים רבים4. והרצתי ניתוח בעכברים לכן גישה אטרקטיבי כדי למדוד את ריבוי הפנים של גירעונות המוטורית לדעת ה”מפה אנטומי. המחקר של דהירה במודלים של העכבר עשוי לספק תובנות בסיסי neuropathological לגירעונות גינקולוגיות הפרעות ניווניות, ולאפשר את הזיהוי של טיפולים פוטנציאליים.
כמה טכניקות השתמשו כדי למדוד הילוך בחולדות כוללות בדיקה ויזואלית (למשל, באסו עכבר סולם5 ושדה פתוח מבחן6) וניתוח של דהירה המטוס הגחון7. לאחרונה, שיטות למדוד את המטוס sagittal קינמטיקה של תנועות hindlimb צברו פופולריות משום שהם מספקים מידע נוסף אודות ביצוע תנועה כתוצאה מכך רגישים יותר לשינויים עדינים הילוך8, 9 , 10 , 11. קנטית בטכניקות שפותחו כדי ללמוד hindlimb תנועה במישור sagittal תוך כדי הליכה על הליכון9,12 נחקרו בהרחבה בהקשר של SCI, ALS, פציעות קורטיקלית טראומטי, שבץ מוחי, ו מחלת הנטינגטון8,9,10,11,13,14,15,16. לעומת זאת, שיטות אלה ראו שימוש מוגבל במחקר של גירעונות גינקולוגיות לדגמי העכבר של טרשת נפוצה17.
ניסיוני אוטואימוניות דלקת המוח וחוט השדרה (EAE) הוא המודל הנפוץ ביותר העכבר של MS18. שתי השיטות העיקריות של גרימת EAE היא דרך חיסון פעיל או סביל. ב- EAE פעיל, עכברים הם חיסון עם אנטיגנים המיאלין, גרימת autoreactive בתיווך תא T neuroinflammation, demyelination חוט השדרה, המוח הקטן. מצד שני, EAE פסיבי, הנגרמת על ידי העברת תאים autoreactive T מעכבר עם פעיל EAE בעכבר נאיבי19. כמתואר, מהלך המחלה ואת neuropathology מושפעים על ידי אנטיגן מערכת העצבים המרכזית (CNS) וגם העכבר המתח20,21,22,23,24 ,25. בניסויים EAE, בקרת עכברים הם הזריקו מלאה אדג’וונט של פרוינד (CFA) ללא אנטיגן מיאלין. EAE מאופיין בסדר עולה שיתוק זה מתחילה עם הזנב חולשה, באופן פוטנציאלי יכול לכלול את forelimbs, וכתוצאה מכך אטקסיה ושיתוק20. אנחנו לאחרונה שאפיינו שינויים בהליכה. בעכברים C57Bl/6 נתון המיאלין אוליגודנדרוציטים גליקופרוטאין 35-55 (ש א35-55)-induced EAE. מחקרים אלה הראו והרצתי ניתוח להיות מעולה מאשר ניתוח התנהגותי קלאסית כי סטיות מן התנועה בקרסול נורמלי מאוד נמצאים בקורלציה עם רמת איבוד חומר לבן בחוט השדרה המותני של EAE עכברים26. לעומת זאת, כוחו של המתאם בין שני מסורתי התנהגותית אמצעים אחרים (ניקוד קלינית ו rotarod) ואובדן של חומר לבן היה חלש יותר,26.
נתאר כאן את השימוש קנטית והרצתי ניתוח כדי לזהות תנועה גירעונות במישור sagittal של עכברים EAE הליכה על הליכון. חמישה סמנים רפלקטיביים הונחו על hindlimb כדי לזהות תנועה של הירך, הברך, הקרסול המפרקים בהקלטות וידאו במהירות גבוהה. תוכנת ניתוח תנועה שימש כדי לחלץ נתונים קנטית אודות סיורים משותפים. השירות של טכניקות אלה לכמת גירעונות תנועה עבור הדגם35-55 ש א של EAE נידונות. טכניקות אלה חלים גם במחקר של דהירה גירעונות במודלים אחרים של העכבר של הפרעות ניווניות.
Protocol
Representative Results
Discussion
בעכברים עם EAE, שתי השיטות הנפוצות ביותר של מדידה גירעונות מנוע הבקיע קליני, נופלים השהיה27,rotarod28. טכניקות אלה יש מספר מגבלות. למרות הנוח, בשימוש נרחב, הבקיע קליני מוגבל על ידי מניב נתונים ברמת רק סודר, כלומר סדר הגודל של ההבדלים בין הציונים קליניים לא ידועים. הנ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ברצוננו להודות סיד Chedrawe לסיוע טכני שלו עם הצילומים. עבודה זו נתמכה על ידי מימון החברה MS של קנדה (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 | |
References
- 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).
