Sıçanlarda Motor Tic Ekspresyonunun Akut ve Kronik Deneysel Modellerinin Oluşturulması
Summary
Özgürce davranan sıçanlarda akut ve kronik deneysel tik ekspresyon modelleri üretmek için protokoller sunuyoruz. Modeller striatal kanül implantasyonu ve sonraki GABAA antagonist uygulamasına dayanmaktadır. Akut model geçici enjeksiyonlar kullanırken, kronik model deri altı implante edilmiş bir mini-ozmotik pompa aracılığıyla uzun süreli infüzyonlar kullanır.
Abstract
Motor tikler Tourette sendromunun ve diğer tik bozukluklarının temel belirtileri olan ani, hızlı, tekrarlayan hareketlerdir. Tik kuşağının patofizyolojisi bazal gangliyonun anormal inhibisyonu ile ilişkilidir, özellikle birincil giriş yapısı olan striatum. Hem kemirgenlerin hem de insan olmayan primatların hayvan modellerinde, gabaA antagonistlerinin, bikükülin ve pikrotoksin gibi yerel uygulamaları, striatumun motor kısımlarına yerel disinhibisyona neden olur ve motor tiklerin ifade edilir.
Burada sıçanlarda akut ve kronik motor tik modelleri sunuyoruz. Akut modelde, dorsal striatuma yerleştirilen bir kanül yoluyla biküküllin mikroenjections, bir saate kadar kısa süreler süren tiklerin ekspresyonunu ortaya çıkarır. Kronik model, tik ekspresyonunun birkaç gün hatta hafta dönemlerine uzatılmasını sağlayan, bir alt kese altı mini ozmotik pompa aracılığıyla biküküllin sürekli infüzyonunu kullanan bir alternatiftir.
Modeller, kortiko-bazal gangliyon yolu boyunca tik kuşağının davranışsal ve sinirsel mekanizmalarının incelenmesini sağlar. Modeller, enjeksiyon kolaylarına ek olarak ek kayıt ve stimülasyon cihazlarının implantasyonunu destekler, böylece elektrik ve optik stimülasyon ve elektrofizyolojik kayıtlar gibi çok çeşitli kullanımlara izin verir. Her yöntemin farklı avantajları ve eksiklikleri vardır: akut model, hareketin kinematik özelliklerinin ve buna karşılık gelen elektrofizyolojik değişikliklerin tik ekspresyonu öncesi, sırasında ve sonrasında karşılaştırılması ve kısa süreli modülatörlerin tic ekspresyonu üzerindeki etkilerinin karşılaştırılmasına olanak tanır. Bu akut modelin kurulması kolaydır; ancak, kısa bir süre ile sınırlıdır. Kronik model, daha karmaşık olmakla birlikte, uzun süreler boyunca tik dinamiği ve davranışsal etkilerin tik ekspresyolu üzerinde incelenmesini mümkün kılar. Bu nedenle, ampirik sorgu türü, bu iki tamamlayıcı tic ifade modeli arasındaki seçimi yönlendirir.
Introduction
Tikler Tourette sendromunun (TS) ve diğer tik bozukluklarının belirleyici belirtisidir. Tikler ani, hızlı, tekrarlayan hareketler (motor tikler) veya vokalizasyonlar (vokal tikleri)1olarak tanımlanır. Tic ifadesi genellikle zamansal (frekans)2 ve uzamsal (yoğunluk, vücut konumu)3 özelliğinde birden çok zaman ölçeğinde (saat, gün, ay ve yıl) dalgalanır. Bu değişiklikler, çevresel özellikler 4,5 , davranış durumları6,7ve gönüllü ve geçici bastırma8gibi farklı faktörlerden etkilenir.
Motor tikleri yöneten nöronal mekanizma hala tam olarak anlaşılamasa da, giderek artan sayıda teorik ve deneysel çalışma doğasına dair yeni kanıtlar sağlamıştır9. Şu anda, tic kuşağının patofizyolojisinin kortiko-bazal gangliyon (CBG) döngüsünü içerdiği düşünülmektedir ve özellikle striatumun anormal inhibisyonu ile ilişkilidir, birincil bazal gangliyon giriş çekirdeği10,11,12. Kemirgenler ve primatlarda yapılan önceki çalışmalar, striatumun bikükülin ve picrotoksin 13 ,14 , 15 , 16,17,18gibi farklı GABAA antagonistlerinin lokal uygulaması ile sınır dışı edilebileceğini göstermiştir. Bu farmakolojik müdahale, enjeksiyonun kontrallateral tarafında geçici motor tik ekspresyonuna yol açar, böylece yüz ve yapı geçerliliği olan tik bozukluklarının sağlam bir akut modelini oluşturur. Akut modelin indüklenmesi kolaydır ve elektriksel ve optik stimülasyon gibi kısa süreli modülasyonun etkilerinin elektrofizyolojik ve kinematik kayıtlarla eşzamanlı olarak tik ekspresyonu öncesinde, sırasında ve sonrasında incelenmesini mümkün kılar. Ancak akut model enjeksiyonu takip eden kısa süre ile sınırlıdır. Akut modele dayanarak, son zamanlarda sıçanlarda, deri altı implante edilmiş bir mini-ozmotik pompa19aracılığıyla striatum için biküküllin uzun süreli, sabit oranlı infüzyonunu kullanan kronik bir tik üretimi modeli önerdik. Bu model, tic ifade süresini birden çok güne/haftaya genişletir. Biküküllin’in uzun bir süre boyunca sürekli salınması, farmakolojik tedaviler ve davranışsal durumlar gibi çeşitli faktörlerin tik ekspresyonu üzerindeki etkilerinin incelenmesini sağlar.
Burada, sıçanlarda akut ve kronik tik ekspresyon modellerini üretmek için protokoller sunuyoruz. Özel araştırma sorusunun bir fonksiyonu olarak, protokoller tek taraflı ve bilateral implantasyon, tiklerin yeri (striatumun somatotopik organizasyonuna göre)18 ve implant-canül açısı (ek implante cihazların konumuna bağlı olarak) dahil olmak üzere parametrelerin ince ayarını sağlar. Kronik modelde kullanılan yöntem kısmen ticari ürünlere dayanmaktadır, ancak tic modeline uyacak kritik ayarlamalarla. Bu makalede, bu tic modellerini özel olarak uyarlamak için gereken ayarlamalar ayrıntılı olarak ayrıntılı olarak yer alıyor.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yazıda, özgürce davranan bir sıçanda tik indüksiyonu için akut ve kronik modellerin protokollerini ayrıntılı olarak detaylandırdık. Bu protokoller, tüm bileşenlerin hazırlanmasını, ameliyatı ve özel araştırma ihtiyaçlarını karşılamak için özelleştirmeye uyarlanabilecek deneysel süreci açıklar. Bu modellerin altında kalan birincil ilke, tic bozuklukların patofizyolojisinde kilit rol oynadığı bilinen striatumun motor bölgelerine biküküllin doğrudan lokal uygulamasıdır<sup class…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma kısmen bir İsrail Bilim Vakfı (ISF) hibesi (297/18) tarafından desteklendi. Yazarlar, akut kemirgen modelini kurduğu için M. Bronfeld’e ve yorumları için M. Israelashvili’ye teşekkür ediyor.
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).
