Vurdere Funktionel Performance i<em> Mdx</em> Mus Model
Summary
Det primære effektmål i kliniske forsøg for neuromuskulære lidelser er generelt forbedret muskelfunktion. Derfor vurderer effekten af potentielle terapeutiske forbindelser på muskel ydeevne pre klinisk i musemodeller er af stor betydning. Vi her beskriver flere funktionelle tests for at løse dette.
Abstract
Duchennes muskeldystrofi (DMD) er en alvorlig og progressiv muskelsvind lidelse, som ingen kur tilgængelig. Ikke desto mindre har flere potentielle farmaceutiske forbindelser og genterapi tilgange skred ind kliniske forsøg. Med forbedring i muskel funktion er det vigtigste endepunkt i disse studier, har en masse lagt vægt på etablering af pålidelige, reproducerbare, og let at udføre funktionsprøver at pre klinisk vurdere muskelfunktion, styrke, kondition og koordination i mdx musemodel for DMD. Både invasive og invasive tests er tilgængelige. Tests, der ikke forværrer sygdommen kan anvendes til at bestemme den naturlige historie af sygdommen og virkningerne af terapeutiske interventioner (f.eks. Forben gribestyrke test, to forskellige hængende tests ved hjælp af enten en ledning eller et gitter og rotarod kører). Alternativt kan tvinges løbebånd kører bruges til at forbedre sygdomsprogression og / eller vurderebeskyttende virkninger af terapeutiske interventioner på sygdom patologi. Vi her beskriver, hvordan du udfører disse mest almindeligt anvendte funktionelle tests på en pålidelig og reproducerbar måde. Ved hjælp af disse protokoller er baseret på standard operationelle procedurer muliggør sammenligning af data mellem forskellige laboratorier.
Introduction
Duchennes muskeldystrofi (DMD) er den mest almindelige neuromuskulære lidelse, der rammer 1:5000 nyfødte drenge. Denne alvorlige og progressiv muskelsvind sygdom er forårsaget af mutationer i DMD-genet, der forstyrrer den åbne læseramme og forhindre syntesen af funktionelt dystrophinprotein. Muskelfibre mangler dystrophin er sårbare over for at udøve induceret skade. Ved udmattelse af musklen gendannelseskapacitet, og på grund af kronisk inflammation af beskadigede muskler, er fibre erstattet af bindevæv og fedt, derefter fører til et tab af funktion. Generelt DMD patienter mister ambulation af de nedre lemmer i begyndelsen af andet årti. Senere også musklerne i arme og skulderåget er berørt og patienterne ofte udvikler thoracolumbale skoliose skyldes asymmetrisk svækkelse af muskler, der støtter rygsøjlen. Assisteret ventilation kræves generelt i de sene teenageår eller begyndelsen af tyverne. Respiratoriske og hjertesvigt blytil døden i tredje eller fjerde årti 1.
Selvom det forårsagende gen er blevet opdaget over 25 år siden 2, er der ingen kur til rådighed for DMD. Men bedre sundhedspleje og brug af kortikosteroider har øget levealder i den vestlige verden 3.. Med brugen af dyremodeller som MDX mus, store skridt fremad ind opdagelsen af potentielle terapeutiske strategier er blevet foretaget. MDX mus er det mest almindeligt anvendte DMD musemodel. Det har en punktmutation i exon 23 af det murine Dmd genet og mangler derfor dystrophin 4. I løbet af de sidste par år har mange foreslåede strategier skred ind kliniske forsøg 5-9. I disse forsøg forbedring af muskel funktion er det primære endpoint, der ligger til grund vigtigheden af at teste fordel af forbindelser på muskel funktion i mus under pre kliniske fase af test.
Ligesom DMDpatienter også dystrofin negative muskelfibre af mdx-mus er sårbare over for at udøve induceret skade og deres muskler er svækket i forhold til C57BL/10ScSnJ vildtypemus. Denne forringelse kan vurderes med en række funktionelle tests. Nogle af disse tests er noninvasive og ikke interfererer med muskel patologi (fx forelimb håndtrykskraft hængende tests og rotarod kører). Derfor kan de bruges til at overvåge den naturlige historie af sygdommen eller bestemme virkningerne af forbindelser på sygdomsprogression. For at få en dybtgående billede af den indflydelse af forbindelser på muskel funktion i MDX mus, kan en funktionel test regime, der ikke interfererer med sygdomsprogression bestående af alle disse analyser anvendes 10.
Alternativt kan tvinges løbebånd kørende bruges til forsætligt forværre sygdommen og afprøve de beskyttende kapacitet forbindelser 11. Løbebåndet kan også væreanvendt som effektmål, hvor køretid indtil udmattelse måles 12, eller som et værktøj til træthed MDX-mus, så de klarer sig dårligere i en efterfølgende funktionstest sikrer større forskelle i resultaterne mellem behandlingsgrupper 13. Når du vælger funktionelle tests, skal deres effekt på sygdomsudviklingen skal holdes for øje, især når afprøvning dystrofiske mus som MDX mus 14.
Vi her beskriver i detaljer, hvordan du udfører de mest almindeligt anvendte funktionelle tests i en pålidelig og reproducerbar måde baseret på tilgængelige standard operationelle procedurer fra TREAT-NMD netværk. Klik her for at besøge TREAT-NMD .
Protocol
Representative Results
Discussion
De funktionelle tests præsenteret her, er reproducerbare, let at udføre og som gælder for vildtype og dystrofiske mus uafhængig af deres alder. Testene giver nyttige værktøjer til at pre klinisk vurdere muskelfunktion, styrke, kondition og koordination. Ved afprøvning af virkningerne af en forbindelse på den naturlige historie af sygdommen, de invasive tests beskrevet her (forben gribestyrke begge hængende tests og rotarodtesten) kan pænt kombineres i en funktionel test regime, hvor disse tests udføres på hi…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vil gerne takke Margriet Hulsker for hendes fotografiske assistance og hjælp til at opnå billeder af mus og korrekturlæsere for deres meget konstruktive kommentarer. Dette arbejde blev støttet af ZonMw, TREAT-NMD (kontrakt nummer LSHM-CT-2006 til 036.825) og Duchenne Parent Project.
Materials
| Mouse grip strength meter | Chatillon DFE (re-sold by Columbus Instruments) | # 80529 | |
| Hanging wire 2 limbs device | Cloth hanger or custom made device | ||
| Hanging wire 4 limbs device | Lid of rat cage or custom made device | ||
| Rotarod | Ugo Basil | # 47600 | |
| Treadmill for mice Exer 3/6 | Columbus Instruments | # 1055SRM |
Riferimenti
- Blake, D. J., Weir, A., Newey, S. E., Davies, K. E. Function and genetics of dystrophin and dystrophin-related proteins in muscle. Physiol. Rev. 82, 291-329 (2002).
- Hoffman, E. P., Brown, R. H., Kunkel, L. M. Dystrophin: the protein product of the Duchenne muscular dystrophy locus. Cell. 51, 919-928 (1987).
- Bushby, K., et al. Diagnosis and management of Duchenne muscular dystrophy, part 1: diagnosis, and pharmacological and psychosocial management. Lancet Neurol. 9, 77-93 .
- Bulfield, G., Siller, W. G., Wight, P. A., Moore, K. J. X chromosome-linked muscular dystrophy (mdx) in the mouse. Proc. Natl. Acad. Sci U.S.A. 81, 1189-1192 (1984).
- Bowles, D. E., et al. Phase 1 gene therapy for Duchenne muscular dystrophy using a translational optimized AAV vector. Mol. Ther. 20, 443-455 (2012).
- Cirak, S., et al. Exon skipping and dystrophin restoration in patients with Duchenne muscular dystrophy after systemic phosphorodiamidate morpholino oligomer treatment: an open-label, phase 2, dose-escalation study. Lancet. 378, 595-605 .
- Goemans, N. M., et al. Systemic administration of PRO051 in Duchenne’s muscular dystrophy. N. Engl. J. Med. 364, 1513-1522 (2011).
- Malik, V., et al. Gentamicin-induced readthrough of stop codons in Duchenne muscular dystrophy. Ann. Neurol. 67, 771-780 (2010).
- Skuk, D., et al. First test of a "high-density injection" protocol for myogenic cell transplantation throughout large volumes of muscles in a Duchenne muscular dystrophy patient: eighteen months follow-up. Neuromuscul. Disord. 17, 38-46 (2007).
- van Putten, M., et al. A 3 months mild functional test regime does not affect disease parameters in young mdx mice. Neuromuscul. Disord. 20, 273-280 (2010).
- De Luca, A., et al. Gentamicin treatment in exercised mdx mice: Identification of dystrophin-sensitive pathways and evaluation of efficacy in work-loaded dystrophic muscle. Neurobiol. Dis. 32, 243-253 (2008).
- Radley-Crabb, H., et al. A single 30min treadmill exercise session is suitable for ‘proof-of concept studies’ in adult mdx mice: A comparison of the early consequences of two different treadmill protocols. Neuromuscul. Disord. , (2011).
- van Putten, M., et al. The effects of low levels of dystrophin on mouse muscle function and pathology. PLoS.One. , (2012).
- Willmann, R., et al. Enhancing translation: Guidelines for standard pre-clinical experiments in mdx mice. Neuromuscul. Disord. 1, 43-49 (2011).
- Connolly, A. M., Keeling, R. M., Mehta, S., Pestronk, A., Sanes, J. R. Three mouse models of muscular dystrophy: the natural history of strength and fatigue in dystrophin-, dystrophin/utrophin-, and laminin alpha2-deficient mice. Neuromuscul. Disord. 11, 703-712 (2001).
- Rafael, J. A., Nitta, Y., Peters, J., Davies, K. E. Testing of SHIRPA, a mouse phenotypic assessment protocol on Dmd(mdx) and Dmd(mdx3cv) dystrophin-deficient mice. Mamm. Genome. 11, 725-728 (2000).
- Chapillon, P., Lalonde, R., Jones, N., Caston, J. Early development of synchronized walking on the rotorod in rats. Effects of training and handling. Behav. Brain Res. 93, 77-81 (1998).
- Massett, M. P., Berk, B. C. Strain-dependent differences in responses to exercise training in inbred and hybrid mice. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 288, 1006-1013 (2005).
- Lerman, I., et al. Genetic variability in forced and voluntary endurance exercise performance in seven inbred mouse strains. J. Appl. Physiol. 92, 2245-2255 (2002).
- Sharp, P. S., Jee, H., Wells, D. J. Physiological characterization of muscle strength with variable levels of dystrophin restoration in mdx mice following local antisense therapy. Mol. Ther. 19, 165-171 (2011).
- Klein, S. M., et al. Noninvasive in vivo assessment of muscle impairment in the mdx mouse model–a comparison of two common wire hanging methods with two different results. J. Neurosci. Methods. 203, 292-297 (2012).
