En ny tilgang til Vurdere Motor Resultat af Deep Brain Stimulation Effekter i Hemiparkinsonian Rat: Staircase og Cylinder Test

Summary

Deep brain stimulation (DBS) is an effective treatment option for Parkinson’s disease. We established a study design to screen novel stimulation paradigms in rats. The protocol describes the use of the staircase test and cylinder test for motor outcome assessment in DBS treated hemiparkinsonian rats.

Abstract

Deep brain stimulation af nucleus subthalamicus er en effektiv behandling mulighed for Parkinsons sygdom. I vores laboratorium har vi etableret en protokol til at screene forskellige Nervestimulerings- mønstre i hemiparkinsonian (ensidig læsioner) rotter. Den består i at skabe en ensidig Parkinsons læsion ved at injicere 6-hydroxydopamin (6-OHDA) i højre mediale forhjernebundt, implantere kroniske stimulation elektroder i nucleus subthalamicus og evaluere motoriske resultater ved udgangen af ​​24 timers perioder med kabel-bundne ekstern neurostimulation . Stimuleringen blev udført med konstant strøm stimulation. Amplituden blev sat 20% lavere end det individuelle tærskel for bivirkninger. Motoren resultatevaluering blev gjort ved vurderingen af ​​spontan pote brug i cylinderen testen ifølge Shallert og ved vurderingen af ​​dygtige nå i trappen testen ifølge Montoya. Denne protokol beskriver i detaljer, træningen i trappen boksen, cylinder test, samt anvendelsen af ​​både i hemiparkinsonian rotter. Brugen af ​​begge tests er nødvendig, fordi trappen test synes at være mere følsomme for finmotorisk færdighed værdiforringelse og udviser større følsomhed over for ændringer i løbet af neurostimulation. Kombinationen af ​​den ensidige Parkinson-modellen og de to adfærdsmæssige tests muligt at vurdere forskellige stimuleringsparametre på en standardiseret måde.

Introduction

Deep brain stimulation af nucleus subthalamicus (STN) er en effektiv behandling mulighed for Parkinsons sygdom ¹ og andre bevægelsesforstyrrelser. De underliggende mekanismer er stadig dårligt forstået og multifaktoriel, men et centralt element er modulering af neuronal netværk aktivitet ved gentagne depolarisering af axoner i nærheden af stimulerende elektrode ^2-4. Højfrekvens (> 100 Hz) stimulation er nødvendig for en gavnlig virkning i de fleste hjerneområder mål og for de fleste indikationer af DBS. Bivirkninger af deep brain stimulation resultat fra utilsigtet coactivation af andre fibre, der er dækket af stimulering volumen, og som subserve forskellige funktioner, såsom pyramideformede tarmkanalen. Derfor ville det være ønskeligt at udvikle stimuleringsparametre, som fortrinsvis aktiverer gavnlige neurale elementer, og samtidig undgå den coactivation af bivirkningsindberetninger elementer ^5,6. Selvom neurofysiologi kan tilbyde sådanne fine Tuning muligheder for DBS, har været minimal de videnskabelige fremskridt i løbet af de seneste to årtier, fordi programmering strategier primært er blevet vurderet af "trial and error" i patienter og begrænset af de begrænsede programmering muligheder for kommercielt tilgængelige DBS enheder, frem for at bruge neurofysiologisk indsigt og defineret eksperimentelle indstillinger til systematisk at udforske den fulde parameter rummet.

For at overvinde den translationelle vejspærring i DBS forskning vi foreslår en protokol til at screene alternative stimuleringsparametre i gnaver modeller af parkinsonisme forud for klinisk udforskning. Ensidig Parkinsons sygdom i rotter er modelleret ved anvendelse af 6-hydroxydopamin injektioner i højre mediale forhjernebundt ^7,8. Den resulterende læsion, yderligere beskrevet som hemiparkinsonian, vurderes i apomorphin test ved evaluering af rotation stillingen efter lav dosis apomorfin injektion og bekræftet post mortem ved tyrosinhydroxylase immunohistochemistry. Fremgangsmåden er let at anvende og meget reproducerbar, samtidig med en lav dødelighed og sygelighed. De resulterende motoriske mangler er meget diskrete ^7,8; dyrene udviser en svag forringelse af den kontralaterale venstre pote under både spontane udforskning og kompleks gribe adfærd ^9,10.

At vurdere effektiviteten af ​​deep brain stimulation protokoller forsøg er påkrævet, som muliggør måling af en hurtig og pålidelig ændring i motorisk ydeevne og kan gentages over tid med forskellige Nervestimulerings- indstillinger. Flere grupper har foreslået forskellige stimulation tilgange og forskellige test til at vurdere de motoriske funktioner i rotter ¹¹ med meget varierende og inkonsistente resultater ^11-14. Det tvang os til at vælge en række test med høj forudsige gyldighed og komplementaritet. Derudover, for vurdering af motorisk udfald under deep brain stimulation betingelser, tests blev foretrukket som kunne udføres af animals forbundet via kabel på stimulus generator. Til disse formål etablerede vi vores testbatteri bestående af en test for pote brug asymmetri og en test for faglært nå. Undersøgelsen design er illustreret i figur 1.

Til spontan paw brug udførte vi cylindertesten beskrevet af Shallert ^15, som er et meget anvendt test for paw brug under lodret udforskning. Ingen uddannelse af dyret er påkrævet. Til vurdering af mere komplekse greb adfærd etablerede vi trappen test ifølge Montoya ^16. Vores protokol er modificeret ifølge Kloth ^17. Rotterne trænes i en periode på tolv dage at nå pellets fra testen kassen. Efter træningsperioden testen kan anvendes til at måle den komplekse gribe adfærd ved at tælle succesraten beskrevet som antallet af pellets spist. Artiklen præsenterer den detaljerede uddannelse i trappen boksen samt udførelsen af ​​både behavioral tests under naive, hemiparkinsonian og deep brain stimulation forhold.

Protocol

Dyreforsøg blev godkendt af University of Würzburg og juridiske statslige myndigheder i Unterfranken i overensstemmelse med retningslinjerne for dyrebeskyttelse og Europæiske Fællesskaber Rådets retningslinjer (autorisationsnummer: 55,2-2531,01 76/11). blev gjort alt for at minimere smerte eller ubehag af de anvendte dyr. Bemærk: Elektrode implantation blev udført som beskrevet andetsteds 18. 1. Cylinder Test (figur 2) Forbered en kla…

Representative Results

Alle dyr undergik en post mortem histologisk verifikation af både dopaminerge læsion og elektroden placering. Kun dyr med korrekt elektrodeplacering inde i STN (figur 6) og fuldstændig dopaminerg læsion (> 90% tab af dopaminerge neuroner i substantia nigra) blev inkluderet i resultatafsnittet (figur 7). Cylinderen test udføres under læderede tilstand viste, at den læderede forladt br…

Discussion

Denne artikel beskriver en detaljeret træning protokol for cylinderen og trappe test. Sidstnævnte er designet til at vurdere komplekse gribe adfærd og finmotorisk bevægelse på grund af dygtige nå i rotter ^16,17. Resultatet Målingen er udtrykt som antallet af pellets spist under testen, som er en objektiv måling. Protokollen kan bruges i rottemodeller for Parkinsons sygdom og andre motor sygdomsmodeller. Cylinderen test involverer en enkel fremgangsmåde til at evaluere paw anvendelse i rotter. Det kr?…

Materials

Staircase box witout lid	Glas Keil, Germany		custom made
Cylinder box	Glas Keil, Germany		custom made
Dustless precision pellets, 45 mg	Bio Serv	F0021