Sagittal düzlem kinematik yürüyüş analizi MOG35-55 için tabi C57BL/6 farelerde deneysel otoimmun ensefalomiyelit indüklenen
Summary
Kinematik yürüyüş analizi sagittal düzlemde hareket nasıl yürütüleceğini konusunda son derece hassas bilgi verir. Biz yürüyüş açıkları otoimmün aracılı demiyelinizasyon tabi fareler için tanımlamak için bu tekniklerin uygulanması açıklanmaktadır. Bu yöntemler, yürüyüş açıkları Engelli hareket featuring diğer fare modelleri için karakterize etmek için de kullanılabilir.
Abstract
Sagittal düzlemde kinematik yürüyüş analizi, multipl skleroz (MS) motor açıkları karakterize etmek için sık sık kullanılmıştır. Biz yürüyüş açıkları, MS, deneysel otoimmun ensefalomiyelit (EAE) bilinen bir fare modeli tanımlamak için bu tekniklerin uygulanması açıklanmaktadır. EAE için tabi farelerde felç ve motor açıkları genellikle klinik bir puanlama ölçeği kullanarak değerlendirilir. Ancak, bu ölçekte yalnızca sıralı veri sunan motor açıkları hassas doğası hakkında az bilgi verir. EAE hastalık şiddeti genel motor koordinasyon, ölçütü sağlar rotarod performansı da değerlendirildi. Buna karşılık, kinematik yürüyüş analizi, arka bacak sagittal düzlemde hareket Engelli olduğu hakkında son derece hassas bilgileri oluşturur. Bu yordamı gerçekleştirmek için yansıtıcı işaretleri zor durumda iken bir fare koşu bandında yürüyüş eklem hareketi algılamak için hind yerleştirilir. Hareket analiz yazılımı yürüyüş sırasında veri işaretleyicilerini hareket ölçmek için kullanılır. Kinematik yürüyüş parametreleri sonra sonuç verilerden elde edilmiştir. Bu yürüyüş parametreler Engelli EAE kalça, diz ve ayak bileği eklem hareketlerinin ölçmek için nasıl kullanılabileceğini göstermektedir. Bu tekniklerin daha iyi hastalık mekanizmaları anlamak ve MS ve hareketlilik zarar diğer nörodejeneratif hastalıklar için olası tedavileri belirlemek için kullanılabilir.
Introduction
Yürüyüş tekrarlanan hareketleri ekstremitelerin hareket elde etmek için kullanılan bir dizi var. Yürüyüş iki safhaya ayrılır adım döngüleri oluşur: ayak geriye doğru yere vücut ileten; itmek için hareketli olan tutumunu faz ve ayak zemin ve hareketli ileriye nerede salıncak faz. Yürüyüş bozuklukları Medulla Spinalis Yaralanmalarında (SCI), multipl skleroz (MS), amyotrofik lateral skleroz (ALS), Parkinson hastalığı (PD) ve inme gibi birçok nörodejeneratif hastalıkların hallmark şekil are; Preklinik kemirgen modelleri bu bozuklukların sık sık onların anılan sıraya göre yürüyüş bozuklukları1özetlemek. Farelerde hareket temel kontrol mekanizmaları çalışılmış2,3olmuştur. Ayrıca, birçok insan nörolojik bozukluklar4fare modelleri vardır. Yürüyüş analizi farelerde bu nedenle birden fazla anatomik ilişkilendirir bilinen motor açıkları yönlerini ölçmek için çekici bir yaklaşımdır. Yürüyüş fare modellerinde çalışmanın nörodejeneratif hastalıklarda Lokomotor açıkları neuropathological üsleri içgörü sağlamak ve olası tedavileri tanımlaması etkinleştirin.
Yürüyüş Rodents ölçmek için kullanılan bazı teknikler görsel denetim (örneğin, Basso fare ölçek5 ve açık alan testi6) ve yürüyüş ventral uçak7analizini içerir. Hareket yürütme hakkında bilgi sağlar ve sonuç olarak daha ince değişiklikleri yürüyüş8, duyarlı olduğundan daha yakın zamanlarda, sagittal düzlem kinematik hindlimb hareketlerinin ölçmek için yöntemleri popülerlik kazanmıştır 9 , 10 , 11. kinematik Teknikleri hindlimb hareketi sagittal düzlemde bir koşu bandı9,12 tarihinde yürürken eğitim için geliştirilen adamları kapsamlı bir şekilde inceledik SCI, ALS, travmatik beyin yaralanmaları, inme, bağlamında ve Huntington hastalığı8,9,10,11,13,14,15,16. Buna ek olarak, bu teknikleri multipl skleroz17fare modelleri için sınırlı kullanım Lokomotor açıkları çalışmada gördük.
Deneysel otoimmun ensefalomiyelit (EAE) MS18en sık kullanılan fare modeldir. EAE inducing iki ana yöntem aktif ya da pasif aşılama yolu ile var. Etkin EAE içinde fareler miyelin antijenleri, neden autoreactive neuroinflammation T Hücre-aracılı ve spinal kord ve beyincik demiyelinizasyon ile aşı. Pasif EAE, öte yandan, autoreactive T hücreleri aktif EAE fareyle bir saf fare19‘ a geçiş yapan tarafından indüklenen. Başka bir yerde de açıklandığı gibi hastalık sahası ve nevropatoloji merkezi sinir sistemi (MSS) antijen tarafından etkilenmiştir ve fare süzün20,21,22,23,24 ,25. EAE deneylerde kontrol fare ile miyelin antijen olmadan tam Freund’s adjuvan (CFA) enjekte edilir. EAE kuyruk zayıflık ile başlayan ve potansiyel olarak ön ayakları, içerebilir felç artan tarafından ataksi ve felç20dakikaya kaynaklanan karakterizedir. Son zamanlarda yürüyüş değişiklik miyelin oligodendrocyte glikoprotein 35-55 (MOG35-55) tabi C57Bl/6 farelerde nitelendirmiştir-EAE indüklenen. Bu çalışmalar sapmalar normal ayak bileği hareketinden çok beyaz madde kayıp lomber spinal kord EAE fareler26ile correlated çünkü klasik davranış analizi üstün olmak için yürüyüş analizi göstermiştir. Buna karşılık, beyaz madde kaybı ve diğer geleneksel davranış ve iki ölçümlerini (klinik puanlama rotarod) arasındaki korelasyon gücünü çok zayıf26oldu.
Biz burada bir koşu bandı üzerinde yürüme EAE farelerin sagittal düzlemde hareket açıkları tespit etmek için kinematik yürüyüş analizi nasıl kullanılacağını açıklar. Beş yansıtıcı işaretleyicileri hareket kalça, diz ve ayak bileği dururken, yüksek hızlı video kayıtları tanımlamak için bir hindlimb üzerine yerleştirildi. Hareket analiz yazılımı ortak geziler hakkında kinematik veri ayıklamak için kullanıldı. Belgili tanımlık yarar hareketi açıkları EAE MOG35-55 model ölçmek için bu tekniklerin ele alınmıştır. Bu teknikler de yürüyüş açıkları diğer fare modelleri nörodejeneratif hastalıkların incelenmesi için geçerlidir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Farelerde EAE ile motor açıkları ölçme iki en yaygın yöntemleri klinik puanlama ve gecikme süresi bir rotarod27,28düşmek. Bu teknikler bazı sınırlamaları vardır. Her ne kadar rahat ve yaygın olarak kullanılan, klinik puanlama klinik puanları arasındaki farklar büyüklüğü değil, bilinen anlamı yalnızca sıralı düzeyinde veri verimli tarafından sınırlıdır. Klinik puanlama da motor açıkları yapısı hakkında kesin bilgi sağlamak…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Sid Chedrawe filme ile onun teknik yardım için kabul etmek istiyoruz. Bu eser MS Society of Canada (EGID 2983) fon tarafından desteklenmiştir.
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).
