Verhaltensbewertung der visuellen Funktion über optomotorische Reaktion und kognitive Funktion über Y-Maze bei diabetischen Ratten

Über 463 Millionen Menschen leben mit Diabetes, was ihn zu einer der größten globalen Krankheitsepidemien ^macht1. Eine der schwerwiegenden Komplikationen, die sich aus Diabetes ergeben, ist die diabetische Retinopathie (DR), eine der Hauptursachen für Blindheit bei amerikanischen Erwachsenen im erwerbsfähigen ^Alter2. In den nächsten 30 Jahren wird sich der Prozentsatz der Bevölkerung, der für DR gefährdet ist, voraussichtlich verdoppeln, daher ist es von entscheidender Bedeutung, neue Wege zur Diagnose von DR in seinen früheren Stadien zu finden, um die DR-Entwicklung zu verhindern und zu mildern3. DR wurde herkömmlicherweise für eine Gefäßerkrankung ^{gehalten4,5,6}. Jetzt, mit Hinweisen auf neuronale Dysfunktion und Apoptose in der Netzhaut, die der vaskulären Pathologie vorausgeht, ist DR definiert, um neuronale und vaskuläre Komponenten zu haben4,5,6,7,8,9. Eine Möglichkeit, DR zu diagnostizieren, wäre die Untersuchung neuronaler Anomalien in der Netzhaut, einem Gewebe, das anfälliger für oxidativen Stress und metabolische Belastung durch Diabetes sein kann als anderes nervenaufreibendes ^Gewebe10.

Ein Rückgang der kognitiven und motorischen Funktion tritt auch bei Diabetes auf und korreliert oft mit Netzhautveränderungen. Ältere Personen mit Typ-II-Diabetes zeichnen sich durch eine schlechtere kognitive Leistungsfähigkeit zu Studienbeginn aus und zeigen einen stärkeren kognitiven Verfall als ^{Kontrollteilnehmer11}. Darüber hinaus wurde die Netzhaut als Erweiterung des zentralen Nervensystems etabliert und Pathologien können sich in der Netzhaut ^{manifestieren12}. Klinisch wurde die Beziehung zwischen Netzhaut und Gehirn im Zusammenhang mit Alzheimer und anderen Krankheiten untersucht, wird aber nicht häufig mit Diabetes untersucht12,13,14,15,16. Veränderungen im Gehirn und in der Netzhaut während des Fortschreitens von Diabetes können anhand von Tiermodellen untersucht werden, einschließlich der STZ-Ratte (ein Modell für Typ-I-Diabetes, bei dem das Toxin Streptozotocin oder STZ verwendet wird, um Betazellen der Bauchspeicheldrüse zu schädigen) und der Goto-Kakizaki-Ratte (ein polygenes Modell von Typ-II-Diabetes, bei dem Tiere im Alter von etwa 3 Wochen spontan eine Hyperglykämie entwickeln). In diesem Protokoll wird eine Beschreibung für das Y-Labyrinth und die optomotorische Reaktion zur Beurteilung kognitiver und visueller Veränderungen bei diabetischen Nagetieren gegeben. Die optomotorische Reaktion (OMR) bewertet die Ortsfrequenz (ähnlich der Sehschärfe) und die Kontrastempfindlichkeit, indem sie charakteristische reflexive Kopfverfolgungsbewegungen überwacht, um die visuellen Schwellenwerte für jedes Auge zu ^messen17. Die Ortsfrequenz bezieht sich auf die Dicke oder Feinheit der Balken, und die Kontrastempfindlichkeit bezieht sich darauf, wie viel Kontrast zwischen den Balken und dem Hintergrund besteht (Abbildung 1E). In der Zwischenzeit testet das Y-Labyrinth das räumliche Kurzzeitgedächtnis und die explorative Funktion, die durch spontane Wechsel und Eintritte durch die Arme des Labyrinths beobachtet werden.

Beide Tests können bei wachen, nicht betäubten Tieren durchgeführt werden und haben den Vorteil, dass sie aus den angeborenen Reaktionen der Tiere Kapital schlagen, was bedeutet, dass sie kein Training benötigen. Beide sind relativ empfindlich, da sie verwendet werden können, um Defizite früh im Fortschreiten von Diabetes bei Nagetieren zu erkennen, und zuverlässig, da sie Ergebnisse liefern, die mit anderen visuellen, netztinalen oder Verhaltenstests korrelieren. Darüber hinaus kann die Verwendung der OMR und des Y-Labyrinths in Verbindung mit Tests wie Elektroretinogramm- und optischen Kohärenztomographie-Scans Informationen darüber liefern, wann sich netzhautale, strukturelle und kognitive Veränderungen relativ zueinander in Krankheitsmodellen entwickeln. Diese Untersuchungen könnten nützlich sein, um neuronale Degenerationen zu identifizieren, die aufgrund von Diabetes auftreten. Letztendlich könnte dies zu neuen diagnostischen Methoden führen, die DR in frühen Stadien der Progression effektiv identifizieren.

Die OMR- und Y-Labyrinth-Systeme, die zur Entwicklung dieses Protokolls verwendet wurden, sind in der Materialtabelle beschrieben. Frühere Forschungen zur OMR von Prusky et ^al.18 und zum Y-Labyrinth von Maurice et ^al.19 wurden als Ausgangspunkt für die Entwicklung dieses Protokolls verwendet.