تقييم الأداء الوظيفي في<em> MDX</em> نموذج الفأر
Summary
قياس النتيجة الأولية في التجارب السريرية لاضطرابات العصبية والعضلية وتحسين وظيفة العضلات عموما. وبالتالي، وتقييم تأثير المركبات العلاجية المحتملة على أداء العضلات سريريا قبل في نماذج الماوس هو من أهمية كبيرة. نحن هنا تصف عدة اختبارات وظيفية لمعالجة هذا الأمر.
Abstract
ضمور العضلات دوشين (DMD) هو شديد في العضلات والهزال التدريجي اضطراب والتي لا يوجد علاج متاح. ومع ذلك، قد تقدمت العديد من المركبات الدوائية المحتملة والنهج العلاج الجيني في التجارب السريرية. مع تحسن في وظيفة العضلات كونها نقطة النهاية الأكثر أهمية في هذه التجارب، تم وضع الكثير من التركيز على إنشاء موثوق بها، قابلة للتكرار، وسهلة لأداء الاختبارات الوظيفية إلى ما قبل سريريا تقييم وظيفة عضلة، والقوة، والشرط، والتنسيق في MDX نموذج الفأر لDMD. تتوفر كل من اختبارات الغازية وغير الغازية. الاختبارات التي لا تؤدي إلى تفاقم المرض يمكن أن تستخدم لتحديد التاريخ الطبيعي للمرض وآثار التدخلات العلاجية (على سبيل المثال. اختبار قوة قبضة forelimb، اختبارين شنقا مختلفة سواء باستخدام الأسلاك أو شبكة وrotarod تشغيل). بدلا من ذلك، اضطر تشغيل مفرغه يمكن استخدامها لتعزيز تطور المرض و / أو تقييمآثار وقائية من التدخلات العلاجية في أمراض الأمراض. نحن هنا تصف كيفية أداء هذه الاختبارات الوظيفية الأكثر استخداما بطريقة موثوق بها وقابلة للتكرار. باستخدام هذه البروتوكولات على أساس إجراءات التشغيل القياسية تمكن مقارنة البيانات بين المختبرات المختلفة.
Introduction
ضمور العضلات دوشين (DMD) هو اضطراب عصبي عضلي الأكثر شيوعا التي تؤثر 1:5،000 الأولاد حديثي الولادة. ويتسبب هذا المرض الشديد والهزال العضلات التدريجي عن طريق الطفرات في الجين DMD التي تعطل الإطار القراءة المفتوحة ومنع تخليق البروتين الدستروفين الوظيفية. ألياف العضلات التي تفتقر إلى الدستروفين عرضة لممارسة الأضرار التي يسببها. عند استنفاد قدرة العضلات على التجدد، ويرجع ذلك إلى التهاب مزمن في العضلات التالفة، يتم استبدال الألياف عن طريق النسيج الضام والدهون، مما يؤدي لاحقا إلى فقدان وظيفة. عموما، والمرضى DMD تفقد التمشي في الأطراف السفلية في وقت مبكر من العقد الثاني. في وقت لاحق، وكذلك عضلات الذراعين والكتف حزام هي المتضررة والمرضى وغالبا ما تضع صدري قطني جنف بسبب ضعف في عضلات غير المتماثلة دعم الحبل الشوكي. التهوية المساعدة هو مطلوب عموما في أواخر سن المراهقة أو في أوائل العشرينات. الجهاز التنفسي وفشل القلب الرصاصحتى الموت في العقد الثالث أو الرابع 1.
على الرغم من أن الجين المسبب للمرض تم اكتشافه منذ أكثر من 25 عاما 2، لا يوجد علاج متاح لDMD. ومع ذلك، وتحسين الرعاية الصحية واستخدام الكورتيزون وزيادة متوسط العمر المتوقع في العالم الغربي 3. مع استخدام نماذج حيوانية مثل الماوس MDX، إلى الأمام خطوات كبيرة في اكتشاف استراتيجيات العلاجية المحتملة بذلت. الماوس MDX هو نموذج الفأر DMD الأكثر استخداما. لديها طفرة نقطة في اكسون 23 من الجينات DMD الفئران وبالتالي يفتقر الدستروفين 4. على مدى العامين الماضيين، قد حققت تقدما العديد من الاستراتيجيات المقترحة في التجارب السريرية 5-9. في هذه التجارب، وتحسين وظيفة العضلات هو نقطة النهاية الأولية، التي يقوم عليها أهمية اختبار فائدة من المركبات على وظيفة العضلات في الفئران خلال مرحلة ما قبل السريرية لاختبار.
مثل DMDالمرضى، وأيضا الألياف العضلية السلبية الدستروفين من الفئران MDX عرضة للضرر الناجم عن ممارسة واختلال وظائف العضلات مقارنة C57BL/10ScSnJ الفئران نوع البرية. ويمكن تقييم هذا الانخفاض مع مجموعة متنوعة من الاختبارات الوظيفية. بعض هذه الاختبارات موسع ولا تتداخل مع أمراض العضلات (مثل forelimb قوة قبضة، واختبارات شنقا وrotarod تشغيل). وبالتالي يمكن أن تستخدم لرصد التاريخ الطبيعي للمرض أو تحديد آثار المركبات على تطور المرض. للحصول على الصورة في عمق تأثير المركبات على وظيفة العضلات في الفئران MDX، نظام اختبار وظيفي أن لا تتداخل مع تطور المرض تتكون من كل هذه التجارب يمكن استخدامها 10.
بدلا من ذلك، اضطر تشغيل مفرغه يمكن استخدامها لتفاقم عمدا تطور المرض واختبار القدرات الوقائية للمركبات 11. ويمكن أيضا أن تكون حلقة مفرغةتستخدم قياس النتيجة التي تشغل الوقت حتى استنفاد يقاس 12، أو كأداة لالتعب الفئران MDX بحيث أداء أقل بشكل جيد في اختبار وظيفي لاحقة ضمان أكبر الاختلافات في الأداء بين مجموعات العلاج 13. عند اختيار الاختبارات الوظيفية، يجب أن تبقى تأثيرها على تطور المرض في الاعتبار خاصة عند اختبار الفئران التصنع مثل الماوس MDX 14.
نحن هنا تصف بالتفصيل كيفية تنفيذ الاختبارات الوظيفية الأكثر استخداما بطريقة موثوق بها وقابلة للتكرار على أساس إجراءات التشغيل القياسية المتوفرة من شبكة TREAT NMD. اضغط هنا لزيارة TREAT-NMD .
Protocol
Representative Results
Discussion
الاختبارات الفنية المعروضة هنا هي استنساخه، وسهلة لأداء وتنطبق على نوع البرية والفئران التصنع مستقلة عن سنهم. الاختبارات توفير أدوات مفيدة لتقييم ما قبل السريرية وظيفة العضلات، والقوة، والشرط، والتنسيق. عند اختبار آثار مركب على التاريخ الطبيعي للمرض، ووصف الاختبا…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود أن نشكر مارغريت Hulsker لمساعدتها التصوير الفوتوغرافي والمساعدة في الحصول على الصور من الفئران والمراجعين على تعليقاتها البناءة جدا. وأيد هذا العمل من قبل ZonMw، وعلاج، NMD (العقد رقم LSHM-CT-2006-036825) ومشروع الرئيسي دوشين.
Materials
| Mouse grip strength meter | Chatillon DFE (re-sold by Columbus Instruments) | # 80529 | |
| Hanging wire 2 limbs device | Cloth hanger or custom made device | ||
| Hanging wire 4 limbs device | Lid of rat cage or custom made device | ||
| Rotarod | Ugo Basil | # 47600 | |
| Treadmill for mice Exer 3/6 | Columbus Instruments | # 1055SRM |
References
- Blake, D. J., Weir, A., Newey, S. E., Davies, K. E. Function and genetics of dystrophin and dystrophin-related proteins in muscle. Physiol. Rev. 82, 291-329 (2002).
- Hoffman, E. P., Brown, R. H., Kunkel, L. M. Dystrophin: the protein product of the Duchenne muscular dystrophy locus. Cell. 51, 919-928 (1987).
- Bushby, K., et al. Diagnosis and management of Duchenne muscular dystrophy, part 1: diagnosis, and pharmacological and psychosocial management. Lancet Neurol. 9, 77-93 .
- Bulfield, G., Siller, W. G., Wight, P. A., Moore, K. J. X chromosome-linked muscular dystrophy (mdx) in the mouse. Proc. Natl. Acad. Sci U.S.A. 81, 1189-1192 (1984).
- Bowles, D. E., et al. Phase 1 gene therapy for Duchenne muscular dystrophy using a translational optimized AAV vector. Mol. Ther. 20, 443-455 (2012).
- Cirak, S., et al. Exon skipping and dystrophin restoration in patients with Duchenne muscular dystrophy after systemic phosphorodiamidate morpholino oligomer treatment: an open-label, phase 2, dose-escalation study. Lancet. 378, 595-605 .
- Goemans, N. M., et al. Systemic administration of PRO051 in Duchenne’s muscular dystrophy. N. Engl. J. Med. 364, 1513-1522 (2011).
- Malik, V., et al. Gentamicin-induced readthrough of stop codons in Duchenne muscular dystrophy. Ann. Neurol. 67, 771-780 (2010).
- Skuk, D., et al. First test of a "high-density injection" protocol for myogenic cell transplantation throughout large volumes of muscles in a Duchenne muscular dystrophy patient: eighteen months follow-up. Neuromuscul. Disord. 17, 38-46 (2007).
- van Putten, M., et al. A 3 months mild functional test regime does not affect disease parameters in young mdx mice. Neuromuscul. Disord. 20, 273-280 (2010).
- De Luca, A., et al. Gentamicin treatment in exercised mdx mice: Identification of dystrophin-sensitive pathways and evaluation of efficacy in work-loaded dystrophic muscle. Neurobiol. Dis. 32, 243-253 (2008).
- Radley-Crabb, H., et al. A single 30min treadmill exercise session is suitable for ‘proof-of concept studies’ in adult mdx mice: A comparison of the early consequences of two different treadmill protocols. Neuromuscul. Disord. , (2011).
- van Putten, M., et al. The effects of low levels of dystrophin on mouse muscle function and pathology. PLoS.One. , (2012).
- Willmann, R., et al. Enhancing translation: Guidelines for standard pre-clinical experiments in mdx mice. Neuromuscul. Disord. 1, 43-49 (2011).
- Connolly, A. M., Keeling, R. M., Mehta, S., Pestronk, A., Sanes, J. R. Three mouse models of muscular dystrophy: the natural history of strength and fatigue in dystrophin-, dystrophin/utrophin-, and laminin alpha2-deficient mice. Neuromuscul. Disord. 11, 703-712 (2001).
- Rafael, J. A., Nitta, Y., Peters, J., Davies, K. E. Testing of SHIRPA, a mouse phenotypic assessment protocol on Dmd(mdx) and Dmd(mdx3cv) dystrophin-deficient mice. Mamm. Genome. 11, 725-728 (2000).
- Chapillon, P., Lalonde, R., Jones, N., Caston, J. Early development of synchronized walking on the rotorod in rats. Effects of training and handling. Behav. Brain Res. 93, 77-81 (1998).
- Massett, M. P., Berk, B. C. Strain-dependent differences in responses to exercise training in inbred and hybrid mice. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 288, 1006-1013 (2005).
- Lerman, I., et al. Genetic variability in forced and voluntary endurance exercise performance in seven inbred mouse strains. J. Appl. Physiol. 92, 2245-2255 (2002).
- Sharp, P. S., Jee, H., Wells, D. J. Physiological characterization of muscle strength with variable levels of dystrophin restoration in mdx mice following local antisense therapy. Mol. Ther. 19, 165-171 (2011).
- Klein, S. M., et al. Noninvasive in vivo assessment of muscle impairment in the mdx mouse model–a comparison of two common wire hanging methods with two different results. J. Neurosci. Methods. 203, 292-297 (2012).
