Neurodesarrollo pruebas de reflejos neonatales en crías de rata
Summary
las pruebas de comportamiento es el estándar de oro para la determinación de los resultados después de una lesión cerebral, y puede identificar la presencia de discapacidades del desarrollo en los bebés y los niños. reflejos del neurodesarrollo son un indicador precoz de estas anomalías. Una gran cantidad de pruebas de reflejos de desarrollo logra fácilmente en el roedor neonatal se desarrollaron y se describe aquí.
Abstract
prueba de reflejo del desarrollo neurológico se utiliza comúnmente en la práctica clínica para evaluar la maduración del sistema nervioso. reflejos del desarrollo neurológico también se les conoce como los reflejos primitivos. Son sensibles y coherentes con los resultados posteriores. Reflejos anormales se describen como una ausencia, la persistencia, la reaparición, o latencia de los reflejos, que son índices de predicción de los bebés que están en alto riesgo para los trastornos del neurodesarrollo. Los modelos animales de discapacidades del desarrollo neurológico, como parálisis cerebral, a menudo muestran reflejos de desarrollo aberrantes, como sería observado en los bebés humanos. Las técnicas descritas en evaluar una variedad de reflejos del desarrollo neurológico en ratas neonatales. prueba de reflejo del desarrollo neurológico ofrece al investigador un método de prueba que no está disponible de otra manera en este tipo de animales jóvenes. La metodología que aquí se presenta tiene como objetivo ayudar a los investigadores en el examen de los hitos del desarrollo en ratas recién nacidas como un método de detección de ancho de inicio tempranolesión ain y / o la determinación de la efectividad de las intervenciones terapéuticas. La metodología que aquí se presenta tiene como objetivo proporcionar una guía general para los investigadores.
Introduction
reflejos del desarrollo neurológico, o hitos del desarrollo, son una de las primeras evaluaciones que se usan en los recién nacidos y los bebés humanos. reflejos neurológicos son movimientos involuntarios y repetitivos que demuestran tronco cerebral y los reflejos de la médula espinal. La maduración de las redes corticales superiores caracterizadas por la evolución de la migración, la mielinización, y la sinaptogénesis promover el control voluntario y la inhibición cortical. Las alteraciones en la progresión normal de la evolución del sistema nervioso central pueden interrumpir el desarrollo del cerebro, lo que resulta en el cableado anormal cortical, el funcionamiento y la mielinización, provocando retrasos o ausencias reflejo del desarrollo neurológico. Los bebés humanos con alto riesgo de trastornos del neurodesarrollo a menudo muestran reflejos tempranos anormales. reflejos anormales pueden presentar como un retraso en la adquisición, la ausencia, la presencia prolongada, o la reaparición más tarde en la vida, y son predictivos de discapacidades del desarrollo. 1, 2 Por lo tanto, Es importante para imitar retrasos reflejas en modelos experimentales de discapacidades del desarrollo neurológico.
Los roedores se emplean comúnmente como modelos experimentales. crías de rata son altricial al nacer, y por lo tanto demasiado inmaduro para emprender motor específico o complejo, comportamiento tareas sensoriales y / o cognitivas. En este sentido, su inmadurez evolutiva se refiere tanto a su desarrollo físico y órgano. Las ratas nacen sin pelo con una incapacidad para regular la temperatura, son ciegos, y no podía caminar. Con referencia al desarrollo del cerebro, la maduración cortical sustancial se produce después del nacimiento. cachorros de rata recién nacidos (día de nacimiento denominan día postnatal 1; PD1) se han sugerido para alcanzar un nivel maduración del cerebro que es similar a un cerebro humano prematuro de 23 – 28 semanas de gestación, mientras que PD7-10 cachorros son equivalentes a NEAR cerebro humano plazo. 3, 4, 5, 6Esta correlación se basa en análisis anatómicos brutos, sin embargo, también se han descrito otras medidas de la maduración del cerebro tales como electroencefalogramas mielinización y amplitud integrado. 5, 7, por ejemplo, pre-oligodendrocitos son las células predominantes en el desarrollo del cerebro fetal humano de 23 – 32 semanas en el útero, y esta etapa de maduración corresponde a un roedor PD1-3. 5, 8, 9, 10 Por otra parte, la mielinización comienza en el útero en los seres humanos, mientras que en crías de rata aparece en el cerebro anterior alrededor PD7-10; el cerebro de roedores recién nacido permanece en gran parte no-mielinizadas. 11, 12 Tucker et al. se encontró que el patrón de electroencefalograma amplitud integrado de una rata P1 a ser similar a un 23-semanas gestación feto humano, mientras que un cachorro PD7 y PD10 es similar a un 30 – semana y recién nacido de término de 32 años, respectivamente. 7 Por estas razones, las pruebas de reflejos recién nacido en crías de rata neonatales proporciona una oportunidad para la captura de la ontogenia y / o la interrupción del desarrollo del cerebro.
La batería de reflejos se describen a continuación están adaptadas a partir de estudios por WM Fox y A. Lubics 13, 14 WM Fox fue uno de los primeros investigadores con respecto a la ontogenia de los reflejos en el ratón. 13 Estos reflejos incluyen, pero no se limitan a, de agarre del miembro y colocación, la evitación del acantilado, enderezamiento, Accelerated enderezamiento, la marcha, de sobresalto auditivo, la postura y la abertura del ojo. Tanto extremidad anterior y miembro posterior comprensión (referido como palmar y plantar asimiento en los seres humanos, respectivamente) son facilitadas por los reflejos espinales y la inhibición corticoespinal de áreas motoras no primarios. 15, 16 del miembro posterior colocación (reflejo plantar) refleja la maduración del tracto corticoespinal. 16, 17, 18 de evitación del acantilado (respuestas protectoras), enderezamiento (laberinto), y acelerado enderezamiento implican la integración y la comunicación entre la entrada sensorial y la salida del motor (tales como los implicados en las vibrisas y sistemas vestibulares). 19, 20, 21 de la marcha refleja la locomoción. 14 sobresalto auditivo evalúa la estimulación acústica y conexiones sinápticas de neuronas gigantes en el núcleo reticularis caudalis pontis. 21 Postura implica / proyecciones apropiadas corticales-espinal espinales-cortical, fuerza muscular, y la inervación neuromuscular. 22, 23 Maturation de los receptores del ácido aminobutírico gamma se puede correlacionar con la abertura del ojo. 24 Es importante tener en cuenta que los reflejos reflejan una red mucho más complicado y aquí proporcionada tiene una correlación general. Por otra parte, estos reflejos proporcionan un método rápido y fácil de evaluar el desarrollo neurológico a edades muy tempranas, donde las pruebas de comportamiento más complejo no es factible.
El objetivo de este documento es proporcionar una guía general para la prueba de reflejo del neurodesarrollo que se puede incorporar fácilmente en estudios en ratas neonatales experimentales. La metodología descrita se llevó a cabo en Long-Evans crías de rata neonatal y cuantificación de los resultados se basa en el primer día de aparición. El día que reflejo de pruebas se inicia y el equipo utilizado puede ser modificado para adaptarse mejor a un modelo experimental diferente (tal como, por diferentes cepas y especies). Mediante el establecimiento de la progresión fisiológica normal de refMaduración de lex en un modelo animal específico, los investigadores pueden evaluar los efectos de factores de estrés externos, manipulaciones endógenas y / o intervenciones terapéuticas en el neurodesarrollo en modelos de ratas neonatales. En general, el uso de los reflejos como determinación de la madurez cerebral es ventajoso para predecir la lesión cerebral perinatal y es un reflejo de los resultados posteriores del desarrollo neurológico.
Protocol
Representative Results
Discussion
prueba de reflejo del desarrollo neurológico es una medida predictiva del desarrollo cortical anormal y la maduración, que puede ser de importancia en circunstancias en neuropatología abierta no es evidente. Durante las pruebas de neurodesarrollo, es fundamental para asegurar que los cachorros son examinados al mismo tiempo diario. Las ratas son nocturnos y por lo tanto, su ritmo circadiano pueden alterar el rendimiento si la prueba se realiza en diferentes momentos durante el día. 34 La prue…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer a los organismos de financiación, que incluyen NeuroDevNet (unos centros nacionales de excelencia), la Fundación ALVA, el Instituto de Investigación de Salud Infantil y de la Mujer, y la Universidad de Alberta.
Materials
| Breeding | |||
| Transfer pipettes | Fisherbrand | 12-711-9AM | Used for vaginal flushes. |
| Sterile Saline | Hospira | 7983254 | The solution used to collect cells during vaginal flushes. |
| 400 µl Microcentrifuge tubes | Fisherbrand | 05-408-120 | Used to hold the saline solution. |
| Light microscope | Leica | Leica ATC 2000 | For observation of the saline solution. Can be any light microscope used in the lab. |
| Slides | Fisherbrand | 12-552-5 | The saline solution is placed on the slide. Can be any slides used in the lab. |
| Coverslips | Fisherbrand | 12-545-F | To coverslip the slides. Can use any coverslips used in the lab. |
| Dietary Supplementation | |||
| Broccoli Sprouts seeds | Mumm's Sprouting Seeds | Broccoli sprouts seeds are ordered and grown in the lab. | |
| Countertop Seed Sprouter Box | Mumm's Sprouting Seeds | A box is used to germinate and grow the seeds prior to harvest. | |
| 250 mL beaker | The beaker is used to soak the seed. Any size beaker that would fit can be used. | ||
| Maternal Inflammation | |||
| Lipoplysaccharide (LPS) | Sigma | L3129 | The endotoxin used to mimic maternal inflammation. |
| 1 mL Syringe | BD Syringe | 309659 | Used to inject the pregnant rat. |
| Gauge (30G X 1/2) | BD PrecisionGlide Needle | 305106 | Use the smallest needle to avoid pain and discomfort. |
| Sterile Saline (0.9% Sodium Chloride, USP) | Hospira | Saline is used to dissolve LPS. | |
| Weights | |||
| Scale | Denver Instrument | For recording the weights. Can be any scale with 2 decimal places used in the lab. | |
| Neurodevelopmental Reflexes | |||
| Thin blunt rod | Can be a paperclip or toothpick. This is for forelimb and hindlimb grasping. | ||
| Round filter paper | Whatman | 1001 150 | 15 cm diameter paper used for gait analysis. |
| Timer | Fisher Scientific | 06-662-51 | For timing the time allocated to righting and gait. |
| Blunt surface | Can be an edge of a table. This is for hindlimb placing and cliff avoidance. | ||
| Foam landing | For when the pups perform accelerated righting. | ||
| Video recorder | Sony | VCT-D580RM | To record all reflexes tested. Must be able to record at 1/1000 fps |
| Bell | For auditory startle. | ||
| Heat lamp or pad | To maintain the body temperature of the pups underoing examination. |
References
- Farber, J. M., Shapiro, B. K., Palmer, F. B., Capute, A. J. The diagnostic value of the neurodevelopmental examination. Clin Pediatr (Phila. 24 (7), 367-372 (1985).
- Zafeiriou, D. I. Primitive reflexes and postural reactions in the neurodevelopmental examination). Pediatr. Neurol. 31 (1), 1-8 (2004).
- Clancy, B., Finlay, B. L., Darlington, R. B., Anand, K. J. S. Extrapolating brain development from experimental species to humans. Neurotoxicology. 28 (5), 931-937 (2007).
- Dobbing, J., Sands, J. Comparative aspects of the brain growth spurt. Early Hum. Dev. 3 (1), 79-83 (1979).
- Semple, B. D., Blomgren, K., Gimlin, K., Ferriero, D. M., Noble-Haeusslein, L. J. Brain development in rodents and humans: Identifying benchmarks of maturation and vulnerability to injury across species. Prog. Neurobiol. , (2013).
- Dobbing, J., Sands, J. Quantitative growth and development of human brain. Arch. Dis. Child. 48 (10), 757-767 (1973).
- Tucker, A. M., Aquilina, K., Chakkarapani, E., Hobbs, C. E., Thoresen, M. Development of amplitude-integrated electroencephalography and interburst interval in the rat. Pediatr. Res. 65 (1), 62-66 (2009).
- Dean, J. M., et al. Strain-specific differences in perinatal rodent oligodendrocyte lineage progression and its correlation with. Dev. Neurosci. 33 (3-4), 251-260 (2011).
- Back, S. A., Riddle, A., McClure, M. M. Maturation-dependent vulnerability of perinatal white matter in premature birth. Stroke. 38, 724-730 (2007).
- Back, S. A., et al. Late oligodendrocyte progenitors coincide with the developmental window of vulnerability for human perinatal white matter injury. J. Neurosci. 21 (4), 1302-1312 (2001).
- Downes, N., Mullins, P. The development of myelin in the brain of the juvenile rat. Toxicol. Pathol. 42 (5), 913-922 (2014).
- Jakovcevski, I., Filipovic, R., Mo, Z., Rakic, S., Zecevic, N. Oligodendrocyte development and the onset of myelination in the human fetal brain. Front. Neuroanat. 3 (5), (2009).
- Fox, W. M. Reflex-ontogeny and behavioural development of the mouse. Anim. Behav. 13 (2), 234-241 (1965).
- Lubics, A., et al. Neurological reflexes and early motor behavior in rats subjected to neonatal hypoxic-ischemic injury. Behav. Brain Res. 157 (1), 157-165 (2005).
- Futagi, Y., Toribe, Y., Suzuki, Y. The grasp reflex and moro reflex in infants: hierarchy of primitive reflex responses. Int. J. Pediatr. , 191562 (2012).
- Hashimoto, R., Tanaka, Y. Contribution of the supplementary motor area and anterior cingulate gyrus to pathological grasping phenomena. Eur. Neurol. 40 (3), 151-158 (1998).
- Isaza Jaramillo, S. P., et al. Accuracy of the Babinski sign in the identification of pyramidal tract dysfunction. J. Neurol. Sci. 343 (1-2), 66-68 (2014).
- Donatelle, J. M. Growth of the corticospinal tract and the development of placing reactions in the postnatal rat. J. Comp. Neurol. 175 (2), 207-231 (1977).
- Palanza, P., Parmigiani, S., vom Saal, F. S. Effects of Prenatal Exposure to Low Doses of Diethylstilbestrol, o,p’DDT and Methoxychlor on Postnatal Growth and Neurobehavioral Development in Male and Female Mice. Horm. Behav. 40 (2), 252-265 (2001).
- Pantaleoni, G. C., et al. Effects of maternal exposure to polychlorobiphenyls (PCBs) on F1 generation behavior in the rat. Fundam. Appl. Toxicol. 11 (3), 440-449 (1988).
- Yeomans, J. S., Frankland, P. W. The acoustic startle reflex: neurons and connections. Brain Res. Rev. 21 (3), 301-314 (1995).
- Vinay, L., Brocard, F., Clarac, F. Differential maturation of motoneurons innervating ankle flexor and extensor muscles in the neonatal rat. Eur. J. Neurosci. 12 (12), 4562-4566 (2000).
- Geisler, H. C., Westerga, J., Gramsbergen, A. Development of posture in the rat. Acta Neurobiol. Exp.(Wars. 53 (4), 517-523 (1993).
- Heinen, K., et al. Gabaa receptor maturation in relation to eye opening in the rat visual cortex). Neuroscience. 124 (1), 161-171 (2004).
- Whishaw, I. Q., Gorny, B., Foroud, A., Kleim, J. A. Long-Evans and Sprague-Dawley rats have similar skilled reaching success and limb representations in motor cortex but different movements: some cautionary insights into the selection of rat strains for neurobiological motor research. Behav. Brain Res. 145 (1-2), 221-232 (2003).
- Prusky, G. T., Harker, K. T., Douglas, R. M., Whishaw, I. Q. Variation in visual acuity within pigmented, and between pigmented and albino rat strains. Behav. Brain Res. 136 (2), 339-348 (2002).
- Wu, L., et al. Dietary approach to attenuate oxidative stress, hypertension, and inflammation in the cardiovascular system. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101 (18), 7094-7099 (2004).
- Machholz, E., Mulder, G., Ruiz, C., Corning, B. F., Pritchett-Corning, K. R. Manual restraint and common compound administration routes in mice and. J. Vis. Exp. (67), (2012).
- Rousset, C. I., et al. Maternal exposure to lipopolysaccharide leads to transient motor dysfunction in neonatal rats. Dev. Neurosci. 35 (2-3), 172-181 (2013).
- Nguyen, A. T., Bahry, A. M. A., Shen, K. Q., Armstrong, E. A., Yager, J. Y. Consumption of broccoli sprouts during late gestation and lactation confers protection against developmental delay induced by maternal inflammation. Behav. Brain Res. 307, 239-249 (2016).
- Black, A. M., Armstrong, E. A., Scott, O., Juurlink, B. J., Yager, J. Y. Broccoli sprout supplementation during pregnancy prevents brain injury in the newborn rat following placental insufficiency. Behav. Brain Res. 291, 289-298 (2015).
- Wainwright, P. E. Issues of design and analysis relating to the use of multiparous species in developmental nutritional studies. J. Nutr. 128 (3), 661-663 (1998).
- Lazic, S. E., Essioux, L. Improving basic and translational science by accounting for litter-to-litter variation in animal models. BMC Neurosci. 14, 14-37 (2013).
- Sergio, D. P., Sanchez, S., Ruben, V. R., Ana, B. R., Barriga, C. Changes in behaviour and in the circadian rhythms of melatonin and corticosterone in rats subjected to a forced-swimming test. J Appl Biomed. 1 (47), (2005).
- Castelhano-Carlos, M., Baumans, V. The impact of light, noise, cage cleaning and in-house transport on welfare and stress of laboratory rats. Lab. Anim. 43 (4), 311-327 (2009).
- Zimmerberg, B., Ballard, G. A., Riley, E. P. The development of thermoregulation after prenatal exposure to alcohol in rats. Psychopharmacology (Berl. 91 (4), 479-484 (1987).
- Fan, L. W., et al. Hypoxia-ischemia induced neurological dysfunction and brain injury in the neonatal rat). Behav. Brain Res. 165 (1), 80-90 (2005).
- Smart, J. L., Dobbing, J. Vulnerability of developing brain. VI. Relative effects of foetal and early postnatal undernutrition on reflex ontogeny and development of behaviour in the rat. Brain Res. 33 (2), 303-314 (1971).
- Fox, M. W. Neuro-Behavioral ontogeny: A synthesis of ethological and neurophysiological concepts. Brain Res. 2 (1), 3-20 (1966).
- Piper, M. C., Mazer, B., Silver, K. M., Ramsay, M. Resolution of neurological symptoms in high-risk infants during the first two years of life. Dev. Med. Child Neurol. 30 (1), 26-35 (1988).
- Shiotsuki, H., et al. A rotarod test for evaluation of motor skill learning. J. Neurosci. Methods. 189 (2), 180-185 (2010).
- Vorhees, C. V., Williams, M. T. Morris water maze: procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nat. Protoc. 1 (2), 848-858 (2006).
- Walf, A. A., Frye, C. A. The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents. Nat. Protoc. 2 (2), 322-328 (2007).
