Ganganalyse altersabhängigen motorische Beeinträchtigungen bei Mäusen mit neurodegenerativen Erkrankungen

Neurodegenerative Erkrankungen eine erhebliche Belastung für Patienten, Familien und Gesellschaft zu verhängen, und werden noch besorgniserregender als die Lebenserwartung steigt, und die Weltbevölkerung wächst weiter, Alter. Eines der häufigsten Symptome von neurodegenerativen Erkrankungen sind Balance und Mobilität Probleme. So, Charakterisierung der motorischen Verhalten im Altern Säugetieren (z. B. Nagetier) Modelle und/oder Modelle zeigen Neurodegenerative Phänotypen, ist ein wertvolles Werkzeug zu zeigen, die in Vivo -Bedeutung von den bestimmten tierischen Modelle oder therapeutische Behandlungen, die darauf abzielen, die Krankheitssymptome zu verbessern. Fast jeder Ansatz zur Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen erfordert letztlich in einem Tiermodell vor Beginn einer klinischen Prüfung am Menschen getestet. Daher ist es wichtig, zuverlässige, reproduzierbare Verhalten Tests haben, die konsequent quantifizieren krankheitsrelevante Phänotypen entlang alter Fortschreiten, um sicherzustellen, dass ein Kandidat-Medikament, das Potenzial in einem in Vitro -Modell zeigte, kann verwendet werden den Phänotyp in ein lebendes Tier effektiv zu verbessern.

Ein Aspekt der motorischen Verhalten Beurteilung bei Nagetieren ist kinematische Ganganalyse, die von VPI (auch genannt ventrale Flugzeug Videografie)^1,2ausgeführt werden können. Diese bewährte Methode nutzt die kontinuierliche Aufnahme von der Unterseite der Nagetiere zu Fuß auf eine transparente und motorisiertes Laufband Gürtel^1,2,3,4. Analyse des Videos Datenfeed erzeugt “digitale pfotenabdrücken” von allen vier Gliedmaßen, die dynamisch und zuverlässig das Nagetier Gangbild, als ursprünglich von Kale Et Al. beschrieben rekapitulieren ² und Amende Et al. ³.

Das Prinzip der Imaging-basierte Ganganalyse ist um die Pfote Fläche in Kontakt mit dem Laufband Gürtel im Laufe der Zeit für jeden einzelnen Pfote zu messen. Jede Haltung wird durch eine Erhöhung der Pfote Bereich (in der Bremsphase) und eine Abnahme der Pfote Bereich (in der Antriebs-Phase) dargestellt. Darauf folgt der Schwungphase in dem kein Signal erkannt wird. Schwung- und Standphase zusammen bilden eine Schrittlänge. Neben gangartparameter Dynamik können Körperhaltung Parameter auch die aufgenommenen Videos entnommen werden. Vorbildliche Parameter und deren Definition sind in Tabelle 1 aufgeführten und gehören Haltung Breite (SW; der kombinierten Abstand von der vorderen oder hinteren Pfoten auf die Schnauze-Tail-Achse), Länge (SL; durchschnittliche Entfernung zwischen zwei Schritte von der gleichen Pfote) schreiten oder Pfote Platzierung Winkel (der Winkel von der Pfote auf die Schnauze-Tail-Achse). Die Körperhaltung und Gangart Dynamik Daten ermöglichen Schlussfolgerungen auf tierische Balance (durch Körperhaltung Parameter und ihre Variabilität über mehrere Stufen) und Koordination (von Dynamik gangartparameter). Andere Parameter, wie z. B. Ataxie-Koeffizient (SL Variabilität berechnet, indem [(Max.) SL−min. SL) bedeuten SL /]), Hind Gliedmaßen Haltung (Zeit, die beide Hinterbeine in Kontakt mit dem Gürtel sind), geteilt oder Pfote ziehen (Gesamtfläche von der Pfote auf den Riemen aus volle Haltung, Lift-Off Pfote) auch extrahiert werden können, und berichtet in verschiedenen neurodegenerativen di geändert werden zu^5,6,7,8 -Modelle (siehe Tabelle 1).

Tabelle 1. Definition der wichtigsten gangartparameter, die durch ventrale Flugzeug Bildgebung getestet werden können.

Beurteilung der motorischen Verhaltens der Nager-Modelle für Neurodegenerative Erkrankungen kann abhängig von der Schwere des Phänotyps eines bestimmten Modells in einem bestimmten Alter schwierig sein. Mehrere Krankheiten, vor allem PD zeigen starke motor Verhalten (Fortbewegung) Defizite, sowohl bei Patienten als auch in Tiermodellen. Eines der vier wichtigsten Symptome bei Morbus Parkinson ist Bradykinesie, die mit dem Altern fortschreitet und manifestiert sich in schweren Gang Beeinträchtigungen bereits in frühen Stadien der PD⁹. Studien über die akute PD Modell, Nagetiere mit 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP) behandelt wurden bereits VPI Gangart Analyse^10,11,12eingesetzt. Jedoch sprechen angesichts der akuten Art dieses Modells, diese Studien die altersbedingte Fortschreiten der motorischen Defizite nicht. Mehrere Studien haben Ganganalyse bei gealterten Mäusen mit Neurodegenerative Veränderungen, zum Beispiel^13,14,15, betont die Relevanz des Verständnisses der Progression der Erkrankung mit zunehmendem Alter durchgeführt. .

Neben motorischen Defizite Tiermodelle neurodegenerativer Erkrankungen oft haben Schwierigkeiten mit Schwerpunkt auf die Prüfungsaufgaben und prominente kognitive Beeinträchtigungen, insbesondere mit zunehmendem Alter zeigen. Solch ein Phänotyp beeinflussen das Ergebnis von Tests der motorischen Verhalten. Eines der am häufigsten verwendeten Tests zu prüfen, motorische Defizite, die Rotarod Test¹⁶, hängt nämlich, Wahrnehmung, Aufmerksamkeit und Stress^17,18. Während die Bereitschaft, sich auf ein motorisiertes Laufband gehen auch von diesen Faktoren abhängt, die aufgezeichneten Auslesen läuft, die zeichnet sich mehr standardisiert und weit weniger durch veränderte Wahrnehmung beeinflusst. Auswirkungen von Stress und Aufmerksamkeit möglicherweise in bestimmten Parametern, wie Swing/Haltung Zeit für Stress und SL für Aufmerksamkeit^19,20, aber nicht im laufenden Gesamtergebnis sichtbar.

Des kinematischen Gangart Analyseansatzes weiter bietet den Vorteil, dass Optionen zum Anpassen der Herausforderung für Nager-Modelle. Das Laufband mit einstellbarer Winkel und die Geschwindigkeit ermöglicht es wenige Geschwindigkeiten von 0,1 – 99,9 cm/s, so dass Nagetiere mit schweren Beeinträchtigungen zu Fuß noch mit langsamer Geschwindigkeit ausgeführt werden können (~ 10 cm/s). Nicht beeinträchtigte Tiere auf schnelleres laufen Geschwindigkeiten gemessen werden (30 – 40 cm/s). Die Beobachtung der unabhängig davon, ob die getesteten Tiere mit einer bestimmten Geschwindigkeit ausführen können liefert ein Ergebnis von selbst. Darüber hinaus kann der Nager zusätzlich eine Steigung oder unten einen Rückgang durch das Laufband in einem gewünschten Winkel mit Hilfe eines goniometers kippen oder durch Anhängen einen gewichteten Schlitten an Maus oder Ratte Hinterbeine laufen angefochten werden.

Neben zahlreichen Studien der einzelnen Proteine, die bei Patienten mutiert sind, ist eine aktuelle Sensibilisierung der Verbindungen zwischen defekten Endozytose Prozess- und Neurodegeneration^{13,21,22, 23,24,25,26,27,28}. Maus-Modelle mit verringerte Niveaus des Endophilin-A (nunmehr Endophilin), ein wichtiger Akteur in beiden Clathrin-vermittelte Endozytose^{13,21,29,30,31 , 32 , 33 , 45} und Clathrin-unabhängige Endozytose³⁴, erwiesen sich als Neurodegeneration und altersabhängigen Beeinträchtigungen im motorischen Aktivität^13,21zeigen. Drei Gene kodieren die Familie von Proteinen, Endophilin: Endophilin 1, Endophilin 2, und 3 Endophilin. Vor allem der Phänotyp infolge Erschöpfung der Endophilin Proteine variiert stark abhängig von der Anzahl der fehlenden Endophilin Gene^13,21. Während triple Knock Out (KO) aller Endophilin Gene tödlich nur wenige Stunden nach der Geburt und Mäuse ohne beide Endophilin 1 und 2 nicht gedeihen und innerhalb von 3 Wochen nach der Geburt sterben ist, zeigt einzelne KO für eines der drei Endophilins keine offensichtlichen Phänotyp für getestet Bedingungen-²¹. Andere Endophilin mutierte Genotypen zeigen geringere Lebensdauer und motorische Beeinträchtigungen mit zunehmendem Alter¹³zu entwickeln. Z. B. Endophilin 1KO 2HT 3KO Mäuse Anzeige zu Fuß Veränderungen und feinmotorische Koordinationsprobleme (wie durch kinematische Ganganalyse und Rotarod getestet) bereits nach 3 Monaten des Alters, während ihren wurfgeschwistern zeigen Endophilin 1KO 2WT 3KO Tiere eine signifikante Rückgang der motorischen Koordination nur auf 15 Monate alter¹³. Aufgrund der großen Vielfalt der Phänotypen in diesen Modellen ist es notwendig zu erkennen und anwenden ein Tests, das eine Vielzahl von Herausforderungen, die das Tier Motor und Kognition Fähigkeiten sowie dem Alter entsprechend integrieren können. Hier zeigen wir die experimentellen Verfahren, die auf die kinematische Ganganalyse zur Bewertung der Entstehung und Progression von motorischen Beeinträchtigungen in einem Mausmodell, die Neurodegenerative Veränderungen (z. B. Endophilin Mutanten) zeigt. Dazu gehören die Messung gangartparameter bei verschiedenen Alters und unterschiedlicher Schweregrade der Fortbewegung Beeinträchtigungen.