Nous fournissons un protocole pour l’évaluation du comportement de moteur par l’intermédiaire d’une batterie comportementale d’essai chez les rats après des dommages d’écrasement de nerf sciatique.
L’induction d’une lésion nerveuse périphérique est une méthode largement utilisée en neurosciences pour l’évaluation des mécanismes de réparation et de douleur, entre autres. En outre, dans le domaine de recherche des troubles du mouvement, des dommages sciatiques d’écrasement ont été employés pour déclencher un phénotype dystonia-like dans les modèles génétiquement prédisposés de rongeur dYT-TOR1A de dystonia. Pour obtenir des résultats cohérents, reproductibles et comparables après une blessure d’écrasement de nerf sciatique, une méthode normalisée pour induire l’écrasement de nerf est essentielle, en plus d’une caractérisation phénotypique normalisée. Une attention particulière doit être accordée non seulement à l’assortiment spécifique de tests comportementaux, mais également aux exigences techniques, à l’exécution correcte et à l’analyse des données consécutives. Ce protocole décrit en détail comment exécuter une blessure d’écrasement de nerf sciatique et fournit une batterie comportementale d’essai pour l’évaluation des déficits de moteur chez les rats qui inclut l’essai en plein champ, l’analyse de démarche de CatWalk XT, la tâche de marche de faisceau, et la tâche de marche d’échelon d’échelle.
Les rongeurs sont d’excellents organismes modèles pour approfondir la compréhension des maladies humaines1,2 en testant des hypothèses à plusieurs niveaux biologiques. Un niveau biologique fondamental pour la caractérisation des modèles de rongeurs est le niveau de phénotype, mesuré par des évaluations comportementales. En fonction du modèle animal et de la question de recherche scientifique, la sélection d’une batterie de test comportemental puissante et fiable est essentielle pour couvrir un large éventail d’aspects comportementaux tels que pour les modèles animaux de la maladie de Parkinson et de la dystonie3,4,5,6.
Le nerf sciatique est le plus grand nerf du corps humain avec des fibres motrices et sensorielles. Les blessures du nerf sciatique peuvent résulter facilement d’une variété d’événements tels que les accidents de la circulation et les chirurgies7,8. Par conséquent, les activités de recherche utilisant des modèles de rongeurs présentant des lésions du nerf sciatique sont d’une valeur translationnellement pertinente. Même si l’aspect translationnel de la régénération nerveuse du rat à l’homme doit être considéré de manière critique9,la lésion d’écrasement du nerf sciatique (axonotmesis) dans les modèles de rongeurs est une méthode couramment utilisée pour analyser les processus de dégénérescence et de régénération des nerfs périphériques10,11. En cas de blessure par écrasement, le nerf n’est pas complètement transecté. Il endommage l’axone, entraînant un bloc de conduction directement après une blessure par écrasement suivie de processus de régénération 4,12,13.
D’ailleurs, dans la recherche de dystonia, la blessure unilatérale d’écrasement de nerf sciatique est une méthode établie pour déclencher des mouvements dystonia-comme (DLM) dans les modèles génétiquement prédisposés de rongeur de dystonia, qui ne montrent pas DLM en soi4,14. On suppose que le traumatisme nerveux périphérique perturbe l’intégration sensorimotrice en affectant les fibres nerveuses sciatiques, qui sont responsables des fonctions motrices et sensorielles15.
Nous fournissons ici une description détaillée pour une blessure normalisée d’écrasement du nerf sciatique et une batterie d’évaluations de comportement moteur qui se compose de l’essai en plein champ (OFT), de l’analyse de démarche de CatWalk XT, de la tâche de marche de faisceau et de la tâche de marche d’échelon d’échelle chez les rats naïfs de type sauvage (poids) (n = 8-9) et les rats de poids cinq semaines après la blessure unilatérale d’écrasement de nerf sciatique (n = 10). L’OFT fournit des informations sur l’activité locomotrice générale, tandis qu’une analyse détaillée de la démarche est réalisée par le système automatisé d’analyse de la démarche CatWalk XT. La tâche de marche du faisceau est utilisée pour évaluer la coordination motrice en évaluant le temps de traversée du faisceau et le nombre d’erreurs de placement du pied. Pour l’analyse de la performance de la démarche, la tâche de marche de l’échelon d’échelle donne des informations sur le placement du pied ou de la patte et les erreurs sur un appareil d’échelon d’échelle horizontal avec un motif d’échelon constant mais irrégulier.
Ce protocole d’évaluation comportementale fournit une vue d’ensemble des avantages et des inconvénients aussi bien que des lectures possibles de la batterie comportementale choisie de test dans un modèle de rongeur après des dommages d’écrasement de nerf sciatique.
Pour obtenir des résultats comparatifs des dommages d’écrasement de nerf sciatique, une technique cohérente d’écrasement est obligatoire. L’utilisation d’une pince non dentelée (Ultra Fine Hemostat) au lieu de pinces peut améliorer la consistance de l’écrasement. Utilisez la même pince ainsi que la même position d’écrasement pour garantir une compression nerveuse égale. L’utilisation exclusive de la pince pour la blessure par écrasement et la manipulation de la pince avec soin améliore la cohérence. En outre, effectuez la procédure de la blessure par écrasement avec soin. Des dommages supplémentaires au nerf pendant la chirurgie, comme une traction indésirable du nerf, peuvent entraîner des effets secondaires indésirables comme l’automutilation. Par conséquent, une préparation nerveuse minutieuse ainsi qu’une administration d’un analgésique pendant au moins deux jours sont recommandées.
L’évaluation multifactorielle du comportement de moteur peut caractériser le phénotype après des dommages d’écrasement de nerf chez les rats à de divers niveaux. Nous avons utilisé l’OFT, l’analyse de la démarche CatWalk XT, la tâche de marche de faisceau et la tâche de marche d’échelon d’échelle. Une procédure expérimentale en aveugle et une analyse des données aux groupes expérimentaux sont essentielles pour ces expériences. Avant l’évaluation du comportement, les animaux ont été acclimatés dans la salle d’essai dans des conditions d’essai pendant au moins 30 minutes. Tous les tests comportementaux appliqués ici ont l’avantage que la privation de nourriture ou d’eau n’est pas requise. Le même groupe d’animaux a été utilisé dans tous les tests comportementaux décrits. Un maximum de deux tests comportementaux différents par jour ont été effectués pour chaque animal. Si les tests comportementaux sont effectués à intervalles réguliers, faites attention à une procédure comparable, comme effectuer le test dans le même ordre animal et à la même heure de la journée. Un autre aspect important pour l’analyse comportementale est le cycle jour-nuit des rats. Envisagez un cycle jour-nuit inversé pour obtenir des niveaux d’activité plus naturels et plus élevés au cycle de jour (cycle sombre). Cela doit être considéré en particulier pour la mesure du comportement spontané, comme l’OFT. Dans cette expérience, un cycle jour-nuit inversé n’a pas pu être mis en œuvre, mais une acclimatation adéquate aux conditions d’essai a été assurée. Un éclairage parfait est essentiel pour les vidéos haute résolution pour la tâche de marche de faisceau et la tâche de marche d’échelon d’échelle. Cette qualité vidéo élevée ne peut pas être atteinte lors de l’exécution d’expériences dans l’obscurité.
L’évaluation de la démarche nécessite une exécution continue des tâches. Le premier aspect important d’une exécution continue d’une tâche est de convaincre les animaux de traverser la configuration. Pour augmenter la motivation, placez de petites granulés alimentaires (45 mg) à la fin de la configuration. Pour que les animaux se familiarisent avec les granulés alimentaires, ceux-ci doivent leur être donnés avant l’essai. En outre, une boîte d’objectif à la fin de la configuration peut être utile. La configuration du CatWalk comprend déjà une boîte de but, mais les rats hésitent parfois à entrer dans la boîte de but. Alternativement, vous pouvez ajouter une petite cage dans la boîte de but, mais la cage à domicile des rats ne rentre pas dans la boîte de but. Laissez le rat s’habituer dans la cage pendant quelques minutes avant l’acquisition. De plus, un autre rat de la même cage à domicile peut être placé dans la boîte de but ou dans la cage à l’intérieur de la boîte de but. Assurez-vous que le deuxième rat reste dans la boîte et ne bloque pas l’entrée de la boîte de but. De plus, il est également possible de retirer la boîte à buts du système CatWalk et de placer la cage d’accueil du rat à la fin de la passerelle, ce qui permet au rat d’entrer dans son « territoire d’origine » après chaque course. Pour la configuration de la tâche de marche de faisceau et de la tâche de marche d’échelon d’échelle, nous vous recommandons d’ajouter une boîte de but ou la cage à domicile à la fin de la configuration. Pour assurer la cohérence, la passerelle, la tâche de marche de faisceau et la tâche de marche d’échelle doivent être effectuées au moins une fois par semaine avec six à dix courses.
Bien que toutes les analyses n’ont pas donné lieu à des différences significatives dans cette étude, considérez qu’une inclusion d’animaux génétiquement modifiés ou de groupes de traitement pourrait produire des données précieuses qui peuvent distinguer les groupes des mêmes tests comportementaux.
Les dommages d’écrasement de nerf n’ont eu aucun effet sur l’activité locomotrice du rat, qui a été mesurée dans un OFT de cinq minutes. L’analyse de la démarche Catwalk XT est un outil plus objectif et sensible pour analyser le placement de la démarche, des pattes et des autres. Après un entraînement intensif, les rats apprennent à traverser la passerelle de l’appareil CatWalk XT aux paramètres par défaut. La lésion nerveuse ne réduit pas la capacité des rats à traverser la passerelle. Le calcul automatique de divers paramètres présente les données de manière objective. Des informations supplémentaires peuvent être obtenues en utilisant le module « Mesures interactives de l’empreinte » et, en effet, ces analyses ont donné des différences significatives dans divers paramètres de propagation des orteils, de longueur d’impression et d’angle des pattes par rapport à l’axe du corps en comparant les rats avec et sans lésion nerveuse.
Les rats peuvent être entraînés facilement pour la tâche de marche du faisceau. Des différences dans le temps de latence pour traverser le faisceau et dans le nombre de glissements de pied par étape de l’arrière-train nerf-blessé ont été détectées en comparant naïfs avec les rats écrasement-blessés. Un inconvénient de l’analyse des rats blessés par les nerfs avec la tâche de marche du faisceau est la taille du faisceau. Dans les deux premières semaines après la blessure d’écrasement du nerf sciatique, les rats ont besoin d’aide pour traverser le faisceau car leur équilibre est altéré. Bien que certains rats puissent être capables de traverser la poutre, le risque de blessures causées par une chute est élevé. Les animaux écrasés par les nerfs doivent donc être aidés à traverser la poutre pendant les deux premières semaines après une blessure par écrasement du nerf sciatique ou plus longtemps, si nécessaire. Cependant, il est difficile de comparer les courses avec et sans assistance. En outre, l’équilibre moteur est un paramètre important évalué par la tâche de marche du faisceau. Nous avons considéré que ce paramètre n’était pas pertinent pour notre modèle de rat d’écrasement nerveux. Par conséquent, les scores décrits par Ohwatashi et al. et Johansson &Ohlsson n’ont pas pu être utilisés et les essais avec une traversée de faisceau incomplète ont été exclus pour l’analyse des données18,19.
L’échelle de 7 catégories de Metz et al. peut analyser à la fois les pattes avant et arrière et distinguer les différents niveaux de gravité des erreurs de tous les membres au cours de la tâche de marche de l’échelon de l’échelle16,17. En analysant les erreurs les plus importantes, qui incluent les catégories de 0 à 2, aucune différence d’erreurs par étape n’a pu être détectée dans l’arrière-train en comparant les rats de poids blessés aux nerfs avec les rats de poids naïfs. En outre, le temps de latence de traverser l’appareil d’échelon d’échelle n’a pas différé entre les rats nerf-blessés de poids et les rats naïfs de poids. Les modèles d’apprentissage profond pourraient améliorer et accélérer l’analyse des données de la tâche de marche échelon d’échelle grâce à une approche automatisée.
Il est important de mentionner que la blessure par écrasement des nerfs ainsi que tous les tests comportementaux décrits peuvent facilement se traduire chez les souris, en adaptant les paramètres et les tailles des configurations. L’utilisation de souris comme organisme modèle a pour effet bénéfique d’exister des modèles transgéniques pour de nombreuses maladies humaines.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été soutenu par le ministère fédéral allemand de l’Éducation et de la Recherche (BMBF DysTract to C.W.I.) et par le Centre interdisciplinaire de recherche clinique (IZKF) de l’Université de Wurtzbourg (N-362 à C.W.I.; Z2-CSP3 à L.R.). En outre, ce projet a reçu un financement du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne dans le cadre de l’EJP RD COFUND-EJP N° 825575 (EurDyscover to J.V.), et de la Fondation VERUM. En outre, C.W.I. est financé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fondation allemande de recherche) Project-ID 424778381-TRR 295, par la Deutsche Stiftung Neurologie et ParkinsonFonds. L.R. est également soutenu par la Dystonia Medical Reseach Foundation.
Les auteurs remercient Keali Röhm, Veronika Senger, Heike Menzel et Louisa Frieß pour leur assistance technique ainsi que Helga Brünner pour les soins aux animaux.
Acetic acid, ≥99.8% | Sigma-Aldrich | 33209-1L | |
Appose ULC skin stapler 35W | Covidien | 8886803712 | |
Beam | self made | ||
Bepanthen eye cream | Bayer Vital GmbH | 81552983 | |
Box for OFT | self made | ||
Camcorder GC-PX100 | JVC | ||
Catwalk XT | Noldus | setup and software | |
Chamber for isofluran | GT-Labortechnik | custom made | |
Disposable scalpel No. 11 | Feather | 20.001.30.011 | |
Dräger Vapor 19.3 isoflurane system | Dr. Wilfried Müller GmbH | ||
Dumont #2 – laminectomy forceps | Fine Science Tools | 11223-20 | |
Dumont #5 forceps | Fine Science Tools | 11251-30 | super-fine |
Dustless precision pellets 45 mg | Bio-Serv | F0021 | |
EthoVision XT | Noldus | setup and software | |
Forceps 160 mm | Hartenstein | PZ09 | |
Gas anesthesia mask, rat | Dr. Wilfried Müller GmbH | ||
Goal box for ladder rung walking task apparatus | self made | ||
Hair clipper Magnum 5000 | Wahl GmbH | ||
Hardened fine scissors | Fine Science Tools | 14090-11 | |
Heating table | MEDAX | 13801 | |
Isofluran CP 1ml/ml, 250 ml | cp-pharma | 1214 | prescription needed |
Kinovea | www.kinovea.org | ||
Ladder rung walking task apparatus | self made | ||
Needleholder | KLS Martin | 20-526-14-07 | |
Octeniderm | Schülke | 118211 | |
Rimadyl 50 mg/ml, injectable | Zoetis | Carprofen, prescription needed | |
Rubber band retractors | self made | ||
Spacer for beam | self made | ||
Spacer for ladder rung walking task apparatus | self made | ||
Suture Silkam 4/0 DS 19 | B. Braun | C0762202 | |
Ultra fine hemostats (non-serrated clamp) | Fine Science Tools | 13020-12 |