توليد نماذج تجريبية حادة ومزمنة للتعبير الحركي في الفئران
Summary
نحن نقدم بروتوكولات لتوليد نماذج تجريبية حادة ومزمنة للتعبير عن التشنج اللاستيكي في الفئران التي تتصرف بحرية. وتستند النماذج على زرع القنية سترياتال و GABAاللاحقة تطبيق خصم. يستخدم النموذج الحاد الحقن العابرة في حين يستخدم النموذج المزمن التسريبات المطولة عبر مضخة صغيرة التناضح المزروعة تحت الجلد.
Abstract
التشنجات اللاإرادية الحركية هي حركات مفاجئة وسريعة ومتكررة هي الأعراض الرئيسية لمتلازمة توريت وغيرها من الاضطرابات اللاإرادية. يرتبط الفيزيولوجيا المرضية للجيل اللاتكي بتثبيط غير طبيعي للغنجلية القاعدية ، وخاصة هيكل الإدخال الأساسي ، المخطط. في النماذج الحيوانية من كل من القوارض والرئيسيات غير البشرية, التطبيق المحلي للخصوم GABAA, مثل بيكوكلين وpicrotoxin, في الأجزاء الحركية من المخطط يحفز التثبيط المحلي مما أدى إلى التعبير عن التشنجات اللاإرادية الحركية.
هنا، نقدم نماذج حادة ومزمنة من التشنجات اللاإرادية الحركية في الفئران. في النموذج الحاد ، تثير الميكروبات البيكوكلينية من خلال قنية مزروعة في المخطط الظهري التعبير عن العرات التي تستمر لفترات زمنية قصيرة تصل إلى ساعة. النموذج المزمن هو بديل يمكن من تمديد التعبير اللاستيكي لفترات عدة أيام أو حتى أسابيع ، وذلك باستخدام التسريب المستمر للبيكوكلين عبر مضخة صغيرة التناضح تحت الجلدي.
تمكن النماذج من دراسة الآليات السلوكية والعصبية للجيل اللاتكي في جميع أنحاء مسار العقد القاعدية القشرية. تدعم النماذج زرع أجهزة تسجيل وتحفيز إضافية بالإضافة إلى قنية الحقن ، مما يسمح بمجموعة واسعة من الاستخدامات مثل التحفيز الكهربائي والبصري والتسجيلات الكهربية. كل طريقة لها مزايا وأوجه قصور مختلفة: النموذج الحاد يتيح مقارنة الخصائص الحركية للحركة والتغيرات الكهربية المقابلة قبل وأثناء وبعد التعبير اللاستيكي وآثار المغيرات قصيرة الأجل على التعبير اللاجي. وهذا النموذج الحاد بسيط التثبت؛ ومع ذلك، يقتصر على فترة قصيرة من الزمن. النموذج المزمن ، على الرغم من تعقيده ، يجعل من الممكن دراسة الديناميكيات اللاتكية والآثار السلوكية على التعبير اللاتشيكي على مدى فترات طويلة. وهكذا، فإن نوع الاستعلام التجريبي يدفع الاختيار بين هذين النموذجين التكميليين للتعبير اللاستيك.
Introduction
التشنجات اللاإرادية هي الأعراض المميزة لمتلازمة توريت (TS) وغيرها من الاضطرابات اللاإرادية. وتوصف التشنجات اللاإرادية والحركات المفاجئة والسريعة والمتكررة (التشنجات اللاإرادية الحركية) ، أو غناء (التشنجات اللاإرادية الصوتية)1. يتقلب التعبير التشغي عادة في الصدغي (التردد)2 والمكاني (الكثافة، موقع الجسم)3 خصائص على نطاقات زمنية متعددة (ساعات وأيام وأشهر وسنوات). تتأثر هذه التغيرات بعوامل مختلفة، مثل السمات البيئية4و5و الحالات السلوكية6و7و القمع الطوعي و المؤقت8.
على الرغم من أن آلية الخلايا العصبية التي تحكم التشنجات اللاإرادية الحركية لا تزال غير مفهومة تماما ، فقد قدم عدد متزايد من الدراسات النظرية والتجريبية أدلة جديدة على طبيعتها9. حاليا، ويعتقد أن الفيزيولوجيا المرضية للجيل تيك لإشراك حلقة العقدة القشرية القاعدية (CBG)، ويرتبط على وجه التحديد مع تثبيط غير طبيعي للم المخطط، والنوة الأساسية مدخلات العقد القاعدية10،11،12. وقد أظهرت الدراسات السابقة في القوارض والرئيسيات أن المخطط يمكن أن يكون مثبطا من خلال التطبيق المحلي لمختلف الخصوم GABAA, مثل بيكوكلين وpicrotoxin13,14,15,16,17,18. هذا التدخل الدوائي يؤدي إلى التعبير الحركي العابر في الجانب المقابل للحقن ، وبالتالي إنشاء نموذج حاد قوي للاضطرابات اللاإرادية مع صحة الوجه والبناء. النموذج الحاد بسيط للحث ويجعل من الممكن دراسة آثار التشكيل على المدى القصير مثل التحفيز الكهربائي والبصري المتزامن مع التسجيلات الكهربية والحركية قبل وأثناء وبعد التعبير اللاستيك. ومع ذلك ، يقتصر النموذج الحاد على الفترة الزمنية القصيرة التالية للحقن. استنادا إلى النموذج الحاد، اقترحنا مؤخرا نموذجا مزمنا من توليد التشنج اللاستيك في الفئران التي تستخدم ضخ طويلة، ومعدل ثابت من بيكوكلين إلى المخطط عن طريق مضخة صغيرة التناضح تحت الجلد المزروعة19. هذا النموذج يمتد فترة التعبير عن تيك لعدة أيام / أسابيع. الإفراج المستمر من بيكوكلين على مدى فترة طويلة من الزمن يسمح لفحص آثار مجموعة متنوعة من العوامل مثل العلاجات الدوائية والدول السلوكية على التعبير عن التشنج اللاستيك.
هنا، نقدم بروتوكولات لتوليد النماذج الحادة والمزمنة للتعبير عن التشنج اللاستيك في الفئران. كدالة لمسألة البحث المحددة ، تمكن البروتوكولات من ضبط المعلمات بما في ذلك الزرع الأحادي مقابل الثنائي ، وموقع العرات (وفقا للتنظيم السوماتاتونية للمرحلة)18 وزاوية قنية الزرع (اعتمادا على موقع الأجهزة المزروعة الإضافية). وتستند الطريقة المستخدمة في النموذج المزمن جزئيا على المنتجات التجارية ولكن مع تعديلات حاسمة لتناسب نموذج تيك. هذه المقالة تفاصيل التعديلات اللازمة لتخصيص هذه النماذج تيك.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذه المخطوطة، قمنا بتفصيل بروتوكولات النماذج الحادة والمزمنة للتحريض اللاتكي في فأر يتصرف بحرية. تصف هذه البروتوكولات إعداد جميع المكونات والجراحة والعملية التجريبية التي يمكن تكييفها للتخصيص لتلبية احتياجات بحثية محددة. المبدأ الأساسي الكامن وراء هذه النماذج هو التطبيق المحلي الم?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد دعمت هذه الدراسة جزئيا بمنحة من مؤسسة العلوم الإسرائيلية (297/18). يشكر المؤلفان م. برونفيلد على تأسيس نموذج القوارض الحادة والسيد إسرائيلاشفيلي على تعليقاتها.
Materials
| Anchor screws | Micro Fasteners | SMPPS0002 | #0 x 1/8 – Pan Head Sheet Metal Screws |
| Bicuculline methiodide | Sigma Aldrich | 14343 | |
| Cyanoacrylate (CA) accelerator | Zap | PT29 | |
| Cyanoacrylate (CA) glue | BSI | IC-2000 | This glue was found to be stronger than others |
| Dental cement | Coltene | H00322 | Hygenic Perm Repair Material Reline Resin Self Cure |
| Glue gel | Loctite | Ultra Gel Control | |
| Hemostat | WPI | 501242 | Any hemostat sized approximately 14 cm would be sufficient |
| Hypo-tube, extra-thin wall 25G | Component supply company | HTX-25X | |
| Hypo-tube, regular wall 22G | Component supply company | HTX-22R | |
| Hypo-tube, regular wall 30G | Component supply company | HTX-30R | |
| Infusion pump machine | New Era Pump Systems | NE-1000 | |
| Mini-osmotic pump | ALZET | 2001 | 1.0µl per hour, 7 days |
| PE compatible adhesive | CEYS | Special difficult plastics (suitable for PE) | |
| PE-10 Catheter Tubing | ALZET | PE-10 | ID = 0.28mm, OD = 0.61mm |
| Precision glass microsyringe, 10µl | Hamilton | 80065 | 1701 RNR 10µl syr (22s/51/3) |
| Tissue adhesive | 3M | 1469Sb | Vetbond |
| Tubing-adapter | CMA | 3409500 | |
| Tygon micro bore tubing, 0.02 inch ID * 0.06 OD | Component supply company | TND80-020 | |
| Wire 0.005-inch | Component supply company | GWX-0050 | |
| Wire 0.013-inch | Component supply company | GWX-0130 |
References
- American Psychiatric Association. DSM-5. American Psychiatric Association. , (2013).
- Peterson, B. S., Leckman, J. F. The temporal dynamics of tics in Gilles de la Tourette syndrome. Biol.Psychiatry. 44, 1337-1348 (1998).
- Ganos, C., et al. The somatotopy of tic inhibition: where and how much. Movement Disorders. , (2015).
- Barnea, M., et al. Subjective versus objective measures of tic severity in Tourette syndrome – The influence of environment. Psychiatry Research. 242, 204-209 (2016).
- Silva, R. R., Munoz, D. M., Barickman, J., Friedhoff, A. J. Environmental Factors and Related Fluctuation of Symptoms in Children and Adolescents with Tourette’s Disorder. Journal of Child Psychology and Psychiatry. 36 (2), 305-312 (1995).
- Rothenberger, A., et al. Sleep and Tourette syndrome. Advances in Neurology. 85, 245-259 (2001).
- Conelea, C. a., Woods, D. W., Brandt, B. C. The impact of a stress induction task on tic frequencies in youth with Tourette Syndrome. Behaviour Research and Therapy. 49 (8), 492-497 (2011).
- Ganos, C., Rothwell, J., Haggard, P. Voluntary inhibitory motor control over involuntary tic movements. Movement Disorders. 33 (6), 937-946 (2018).
- Yael, D., Vinner, E., Bar-Gad, I. Pathophysiology of tic disorders. Movement Disorders. 30 (9), 1171-1178 (2015).
- Kurvits, L., Martino, D., Ganos, C., Eddy, C. M. Clinical Features That Evoke the Concept of Disinhibition in Tourette Syndrome. Frontiers in Psychiatry. 11, 1-10 (2020).
- Mink, J. W. Basal ganglia dysfunction in Tourette’s syndrome: a new hypothesis. Pediatric Neurology. 25, 190-198 (2001).
- Bronfeld, M., Bar-Gad, I. Tic disorders: what happens in the basal ganglia. The Neuroscientist. 19 (1), 101-108 (2013).
- Tarsy, D., Pycock, C. J., Meldrum, B. S., Marsden, C. D. Focal contralateral myoclonus produced by inhibition of GABA action in the caudate nucleus of rats. Brain. 101 (1), 143-162 (1978).
- Crossman, A. R., Mitchell, I. J., Sambrook, M. A., Jackson, A. Chorea and Myoclonus in the Monkey Induced By Gamma-Aminobutyric Acid Antagonism in the Lentiform Complex. Brain. 111 (5), 1211-1233 (1988).
- McCairn, K. W., Bronfeld, M., Belelovsky, K., Bar-Gad, I. The neurophysiological correlates of motor tics following focal striatal disinhibition. Brain. 132 (8), 2125-2138 (2009).
- Worbe, Y., et al. Behavioral and movement disorders induced by local inhibitory dysfunction in primate striatum. Cerebral Cortex. 19 (8), 1844-1856 (2009).
- Pogorelov, V., Xu, M., Smith, H. R., Buchanan, G. F., Pittenger, C. Corticostriatal interactions in the generation of tic-like behaviors after local striatal disinhibition. Experimental Neurology. 265, 122-128 (2015).
- Bronfeld, M., Yael, D., Belelovsky, K., Bar-Gad, I. Motor tics evoked by striatal disinhibition in the rat. Frontiers in Systems Neuroscience. 7, 50 (2013).
- Vinner, E., Israelashvili, M., Bar-Gad, I. Prolonged striatal disinhibition as a chronic animal model of tic disorders. Journal of Neuroscience Methods. 292, 20-29 (2017).
- Paxinos, G., Watson, C. . The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. 6, (2007).
- Flecknell, P. Analgesia and Post-Operative Care. Laboratory Animal Anaesthesia. , (2016).
- Israelashvili, M., Bar-Gad, I. Corticostriatal divergent function in determining the temporal and spatial properties of motor tics. Journal of Neuroscience. 35 (50), 16340-16351 (2015).
- Bronfeld, M., Belelovsky, K., Bar-Gad, I. Spatial and temporal properties of tic-related neuronal activity in the cortico-basal ganglia loop. Journal of Neuroscience. 31 (24), 8713-8721 (2011).
- McCairn, K. W., et al. A Primary Role for Nucleus Accumbens and Related Limbic Network in Vocal Tics. Neuron. 89 (2), 300-307 (2016).
- Rizzo, F., et al. Aripiprazole Selectively Reduces Motor Tics in a Young Animal Model for Tourette’s Syndrome and Comorbid Attention Deficit and Hyperactivity Disorder. Frontiers in Neurology. 9, 1-11 (2018).
- Vinner, E., Matzner, A., Belelovsky, K., Bar-gad, I. Dissociation of tic expression from its neuronal encoding in the striatum during sleep. bioRxiv. , (2020).
- Webster, K. E. Cortico-striate interrelations in the albino rat. Journal of Anatomy. 95, 532-544 (1961).
- Ebrahimi, A., Pochet, R., Roger, M. Topographical organization of the projections from physiologically identified areas of the motor cortex to the striatum in the rat. Neuroscience Research. 14, 39-60 (1992).
- Brown, L. L., Sharp, F. R. Metabolic mapping of rat striatum: somatotopic organization of sensorimotor activity. Brain Research. 686, 207-222 (1995).
- Brown, L. L., Smith, D. M., Goldbloom, L. M. Organizing principles of cortical integration in the rat neostriatum: Corticostriate map of the body surface is an ordered lattice of curved laminae and radial points. Journal of Comparative Neurology. 392 (4), 468-488 (1998).
- Yael, D., Tahary, O., Gurovich, B., Belelovsky, K., Bar-Gad, I. Disinhibition of the nucleus accumbens leads to macro-scale hyperactivity consisting of micro-scale behavioral segments encoded by striatal activity. The Journal of Neuroscience. , 3120 (2019).
- Obeso, J. A., Rothwell, J. C., Marsden, C. D. The spectrum of cortical myoclonus. From focal reflex jerks to spontaneous motor epilepsy. Brain. 108, 124-193 (1985).
- Bronfeld, M., et al. Bicuculline-induced chorea manifests in focal rather than globalized abnormalities in the activation of the external and internal globus pallidus. Journal of Neurophysiology. 104 (6), 3261-3275 (2010).
