पार्किंसंस रोग के आनुवंशिक चूहे मॉडल में चाल विश्लेषण के लिए रैटवॉकर सिस्टम को लागू करना
Summary
यहां हम रैटवॉकर सिस्टम का वर्णन करते हैं, जिसे चूहों के बढ़े हुए आकार और वजन को समायोजित करने के लिए माउसवॉकर तंत्र को फिर से डिज़ाइन करके बनाया गया है। यह प्रणाली चाल मापदंडों को ट्रैक करने और निर्धारित करने के लिए निराश कुल आंतरिक प्रतिबिंब (एफटीआईआर), उच्च गति वीडियो कैप्चर और ओपन-एक्सेस विश्लेषण सॉफ्टवेयर का उपयोग करती है।
Abstract
पार्किंसंस रोग (पीडी) एक प्रगतिशील न्यूरोडीजेनेरेटिव विकार है जो सब्सटेंशिया निग्रा पार्स कॉम्पैक्टा में डोपामिनर्जिक (डीए) न्यूरॉन्स के नुकसान के कारण होता है। पीडी रोगियों में हाथ स्विंग में कमी, धीमी चलने की गति और छोटे कदम सहित चाल असामान्यताएं आम हैं और बीमारी के दौरान जल्दी दिखाई देती हैं। इस प्रकार, पीडी के पशु मॉडल में मोटर पैटर्न का परिमाणीकरण रोग पाठ्यक्रम के दौरान और चिकित्सीय उपचार पर फेनोटाइपिक लक्षण वर्णन के लिए महत्वपूर्ण होगा। पीडी के अधिकांश मामले इडियोपैथिक हैं; हालांकि, पीडी के वंशानुगत रूपों की पहचान ने जीन उत्परिवर्तन और वेरिएंट को उजागर किया, जैसे कि पिंक 1 और पार्किन में लॉस-ऑफ-फंक्शन म्यूटेशन, माइटोकॉन्ड्रियल गुणवत्ता नियंत्रण में शामिल दो प्रोटीन जिन्हें पशु मॉडल बनाने के लिए उपयोग किया जा सकता है। जबकि चूहे पिंक 1 और पार्किन (एकल और संयुक्त विलोपन) के नुकसान पर न्यूरोडीजेनेरेशन के लिए प्रतिरोधी होते हैं, चूहों में, पिंक 1 लेकिन पार्किन की कमी से निग्रल डीए न्यूरॉन हानि और मोटर हानि होती है। यहां, हम स्वतंत्र रूप से चलने वाले युवा (2 महीने की उम्र) नर चूहों में चाल परिवर्तनों को उजागर करने के लिए एफटीआईआर इमेजिंग की उपयोगिता की रिपोर्ट करते हैं, जो इन चूहों की उम्र (4-6 महीने में देखी गई) के रूप में पूरी तरह से स्पष्ट मोटर असामान्यता के विकास से पहले पिंक 1 और पार्किन के संयुक्त नुकसान के साथ होता है, जैसा कि पहले पिंक 1 नॉकआउट (केओ) चूहों में बताया गया था।
Introduction
पीडी, सबसे आम उम्र से संबंधित न्यूरोडीजेनेरेटिव आंदोलन विकार, सब्सटेंशिया निग्रा पार्स कॉम्पैक्टा में डीए न्यूरॉन्स के नुकसान के कारण होता है। निग्रल डीए न्यूरॉन्स और स्ट्रेटम में डीए इनपुट के इस नुकसान से पीडी 1,2 वाले रोगियों में देखे गए मोटर फ़ंक्शन हानि देखी जाती है। पीडी के रोगियों की परिभाषित मोटर विशेषताओं, जिन्हें सामूहिक रूप से पार्किंसनिज़्म के रूप में जाना जाता है, में कठोरता, आराम करने वाले कंपकंपी, ब्रैडीकिनेसिया, पोस्टुरल अस्थिरता और माइक्रोग्राफिया 3 शामिलहैं। इसके अलावा, चाल की गड़बड़ी, जो पीडी रोगियों में आम हैं, बीमारी 1,4,5 के दौरान जल्दी दिखाई देती हैं। जबकि पीडी की प्रगति को धीमा करने में मदद करने के लिए कुछ जीवन शैली का सुझाव दिया जाता है, जैसे कि स्वस्थ भोजन और नियमित व्यायाम, वर्तमान में पीडी के लिए कोई इलाज नहीं है, केवल लक्षणों का प्रबंधन करने के लिए दवाएं हैं। यह बेहतर चिकित्सीय की उम्मीद में आगे की जांच की आवश्यकता के लिए जगह छोड़ देता है। इस प्रकार, पीडी पशु मॉडल में चाल पैटर्न का लक्षण वर्णन मॉडल की प्रासंगिकता को चिह्नित करने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है और साथ ही पीडी को नियंत्रित करने के उद्देश्य से चिकित्सीय उपचार मोटर हानि को कैसे रोक रहे हैं या सुधार कर रहे हैं।
विभिन्न पीडी पशु मॉडल हैं जिनका उपयोग चिकित्सीय उपचार का परीक्षण करने के लिए किया गया है, हालांकि प्रत्येक की अपनी सीमाएं हैं। उदाहरण के लिए, न्यूरोटॉक्सिन 1-मिथाइल-4-फिनाइल-1,2,3,6-टेट्राहाइड्रोपाइरिडीन (एमपीटीपी) के साथ इलाज किए गए पशु मॉडल ने निग्रल डीए न्यूरॉन हानि और बाद में स्ट्रिएटल अनुकूलन के लिए महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं के बारे में जानकारी का एक बड़ा खजाना दिया है, और पीडी रोगजनन में माइटोकॉन्ड्रिया की भूमिका की ओर इशारा किया है; हालांकि, एमपीटीपी मॉडल की पैथोजेनेटिक पृष्ठभूमि मानव पीडी6 में न्यूरोडीजेनेरेटिव प्रक्रिया के बजाय विषाक्त प्रकृति की है। अतिरिक्त रासायनिक रूप से इंड्यूसेबल मॉडल में 6-हाइड्रॉक्सीडोपामाइन (6-ओएचडीए) और रोटेनोन शामिल हैं। 6-ओएचडीए डीए न्यूरॉन्स में दवा के चयनात्मक संचय द्वारा पीडी को प्रेरित करने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला पहला एजेंट था, जो अंततः न्यूरॉन्स को मारता है और पीडी जैसे लक्षणों की ओर जाता है। इस मॉडल का उपयोग पहली बार एम्फ़ैटेमिन और एपोमॉर्फिन7 के जवाब में व्यवहार की जांच करके डीए की कमी की ट्रैकिंग के लिए किया गया था। पीडी प्रेरण की यह विधि औषधीय एजेंटों की स्क्रीनिंग के लिए उपयोगी साबित हुई है जो डीए और इसके रिसेप्टर्स 8 को प्रभावित करतेहैं। जबकि 6-ओएचडीए मॉडल मात्रात्मक मोटर घाटे को ट्रैक करने के लिए एक महान मॉडल है, यह मॉडल यह नहीं दिखाता है कि न्यूरॉन्स के क्रमिक नुकसान और लेवी निकायों का गठन जानवर को कैसे प्रभावित करता है। प्रेरण की अन्य विधि, रोटेनोन, को टायरोसिन हाइड्रॉक्सिलेज और डीए ट्रांसपोर्टर के नुकसान के साथ निग्रोस्ट्रियल न्यूरॉन्स के प्रगतिशील अध: पतन के लिए दिखाया गया है, जिससे समय के साथ न्यूरॉन्स के नुकसान को ट्रैक करने के लिए एक बेहतर मॉडल की अनुमति मिलतीहै। रोटेनोन उपचारित चूहों ने ब्रैडीकिनेसिया, पोस्टुरल अस्थिरता और अस्थिर चाल10 दिखाई। हालांकि, इस विधि को चूहों के विभिन्न उपभेदों के बीच व्यापक रूप से परिवर्तनशील पाया गया है, जिसने यह सवाल उठाया है कि रोटेनोन एक विश्वसनीय पीडी मॉडल 11,12,13 है या नहीं। जबकि चाल विश्लेषण को चूहों में पीडी के प्रेरण से प्रभावित दिखाया गया है, आज तक, आनुवंशिक रूप से प्रेरित पीडी चूहे मॉडल को रनवे पर स्वतंत्र रूप से चलने से चाल विश्लेषण के लिए आसानी से उपयोग नहीं किया गया है।
स्वतंत्र रूप से चलने वाले कृन्तकों में मोटर हानि का विश्लेषण करने का एक तरीका किनेमेटिक चाल विश्लेषण है, जिसे एफटीआईआर इमेजिंग का उपयोग करके किया जा सकता है। यह स्थापित विधि एफटीआईआर पर आधारित एक ऑप्टिकल टच सेंसर का उपयोग करती है, जो कृन्तकों के पैरों के निशान को रिकॉर्ड और ट्रैक करती है क्योंकि वे रनवे 14,15,16 से नीचे जाते हैं। अन्य तरीकों की तुलना में, एफटीआईआर जानवर के शरीर पर किसी भी मार्कर पर निर्भर नहीं करता है जो पंजे के निशान में हस्तक्षेप कर सकता है। वीडियो डेटा की पीढ़ी सभी चार अंगों के डिजिटल पंजे प्रिंट का उत्पादन करती है जिन्हें विभिन्न कृंतक मॉडल के लिए एक गतिशील और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य चलने के पैटर्न बनाने के लिए जोड़ा जा सकता है। इमेजिंग-आधारित चाल विश्लेषण का सिद्धांत प्रत्येक व्यक्तिगत पंजे को लेना और समय के साथ संपर्क क्षेत्र को मापना है क्योंकि कृंतक रनवे से नीचे चलता है। प्रत्येक रुख को पंजे के क्षेत्र (ब्रेकिंग चरण में) में वृद्धि और पंजा क्षेत्र (प्रणोदन चरण में) में कमी द्वारा दर्शाया जाता है। यह स्विंग चरण द्वारा आगे बढ़ता है, जो तब होता है जब कोई पंजा संकेत का पता नहीं चलता है। वीडियो के मूल्यांकन के बाद, कई पैरामीटर उत्पन्न होते हैं जिनका उपयोग वाइल्ड-टाइप (डब्ल्यूटी) बनाम पीडी मॉडल की तुलना करने के लिए किया जा सकता है। मापदंडों के कुछ उदाहरण चरण की लंबाई (एक चरण में पंजे की दूरी को कवर करते हैं), स्विंग अवधि (समय की अवधि जब पंजा रनवे के संपर्क में नहीं है), स्विंग गति (स्विंग अवधि के कार्य के रूप में चरण की लंबाई), और चरण पैटर्न (विकर्ण चरण, पार्श्व चरण, या गर्डल चरण) हैं।
चूहों में शुरुआती चाल पैटर्न परिवर्तनों को उजागर करने के लिए एफटीआईआर की उपयोगिता का प्रदर्शन करने के लिए, हमने पीडी के आनुवंशिक चूहे मॉडल का उपयोग किया। जबकि पीडी के अधिकांश मामले इडियोपैथिक हैं; पीडी के वंशानुगत रूपों की पहचान ने जीन उत्परिवर्तन और वेरिएंट की पहचान की, जैसे कि पिंक 1 और पार्किन में लॉस-ऑफ-फंक्शन म्यूटेशन, माइटोकॉन्ड्रियल गुणवत्ता नियंत्रण17 में शामिल दो प्रोटीन, जिन्हें पशु मॉडल18 बनाने के लिए उपयोग किया जा सकता है। दुर्भाग्य से, चूहे इन प्रोटीनों (एकल और संयुक्त) 19,20,21 के नुकसान पर न्यूरोडीजेनेरेशन के लिए प्रतिरोधी हैं। चूहों में, पिंक 1 लेकिन पार्किन की कमी से निग्रल डीए न्यूरॉन हानि और मोटर हानि22 होती है, लेकिन पूर्ण पेनेट्रेंस के बिना। इसलिए, हमने एक संयुक्त पिंक 1 / पार्किन डबल नॉकआउट (डीकेओ) चूहा मॉडल उत्पन्न किया, जो नर पिंक 1 केओ चूहों22 में रिपोर्ट किए गए स्पष्ट रूप से स्पष्ट हिंदलिम्ब ड्रैगिंग फेनोटाइप को प्रदर्शित करता है, लेकिन अब उच्च दर पर: 4-6 महीने के बीच 100% बनाम 30-50% पुरुष।
जबकि यह विधि चूहों14 में मोटर घाटे का विश्लेषण करने के लिए अच्छी तरह से काम करती है, चूहों के आकार और वजन को समायोजित करने के लिए एफटीआईआर इमेजिंग चाल प्रणाली विनिर्देश पहले गैर-वाणिज्यिक रूप से अनुपलब्ध थे। यहां हम बताते हैं कि चूहों के आकार और वजन को छोड़कर, माउसवॉकर14 के बाद मॉडलिंग की गई एक संशोधित एफटीआईआर चाल इमेजिंग प्रणाली रैटवॉकर का निर्माण कैसे किया जाए। यह प्रणाली विश्लेषण के लिए पशु पदचिह्नों की कल्पना और बाद में रिकॉर्ड करने के लिए एक विधि प्रदान करने के लिए एक ऑप्टिकल प्रभाव, एफटीआईआर का उपयोग करती है। ऑप्टिकल वेवगाइड (प्लेटफॉर्म) के साथ एक जानवर के पैर के संपर्क से प्रकाश पथ में व्यवधान होता है जिसके परिणामस्वरूप एक दृश्य प्रकीर्णन प्रभाव होता है, जिसे ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर का उपयोग करके घरेलू-ग्रेड, हाई-स्पीड वीडियोग्राफी और प्रसंस्करण का उपयोग करके कैप्चर किया जाता है। यह अध्ययन पीडी के आनुवंशिक चूहे मॉडल में चाल परिवर्तनों का अध्ययन करने में एफटीआईआर इमेजिंग की शक्ति को दर्शाता है। उदाहरण के लिए, जबकि पुरुष डीकेओ चूहों में जल्द से जल्द 4 महीने में स्पष्ट मोटर परिवर्तन (यानी हिंदलिम्ब ड्रैगिंग) देखे जाते हैं, एफटीआईआर का उपयोग करके हम 2 महीने की उम्र में पुरुष डीकेओ चूहों में गेट असामान्यताओं को उजागर करने में सक्षम हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
हाथ स्विंग में कमी, धीमी चलने की गति और छोटे कदमों सहित चाल की गड़बड़ी, पीडी की एक परिभाषित विशेषता है, और रोग पाठ्यक्रम 1,5 के दौरान जल्दी होती है। पीडी के कृंतक मॉडल में चाल विश्लेष?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
केएस और एचएफ पार्किंसंस रोग पर अपने काम के समर्थन के लिए पार्किंसंस रिसर्च के लिए माइकल जे फॉक्स फाउंडेशन को धन्यवाद देते हैं।
Materials
| Aluminum | |||
| 1.5” Aluminum Angle (1/8” – 6063) | Dimensions: 8' Qty: 8 |
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| 1” Aluminum Square Tube (1/16” – 6063) | Dimensions: 8' Qty: 4 |
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| 32 Gauge Aluminum Sheet | Dimensions: 10' Qty: 1 |
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| 1” Aluminum Tube (1/8” – 6063) | Dimensions: 8' Qty: 1 |
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| Acrylic | |||
| 7/32” Clear Acrylic Sheet | Dimensions: 4'x8' Qty: 2 |
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| 1/8” White Acrylic Sheet 55% (2447) | Dimensions: 4'x8' Qty: 1 |
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| Mirror | |||
| 7/32” Glass Mirror | Dimensions: 60"x12" Qty: 1 |
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| LED | |||
| 5050 LED Tape Light (Green) | Dimensions: 16.4' Qty: 1 |
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| 5050 LED Tape Light (Red) | Dimensions: 16.4' Qty: 1 |
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| Camera | |||
| GoPro Hero 6 Black | Qty: 1 | ||
| Tripod | Dimensions: 57" Qty: 1 |
References
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