En ny tilnærming til Vurdere Motor utfallet av dyp hjernestimulering Effekter i Hemiparkinsonian Rat: Trapp 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

Dyp hjernestimulering av subthalamic kjernen er en effektiv behandling for Parkinsons sykdom. I vårt laboratorium har vi etablert en protokoll for å skjerme ulike nervestimulering mønstre i hemiparkinsonian (unilateral skadede) rotter. Den består av å lage en ensidig Parkinsons lesjon ved å injisere 6-hydroksydopamin (6-OHDA) inn i den høyre mediale forhjernen bunten, implanterer kroniske stimuleringselektroder i subthalamic kjernen og evaluering av motoriske resultater ved slutten av 24-timers perioder med kabel-bundet ytre neurostimulation . Stimuleringen ble utført med konstant strøm stimulering. Amplituden ble satt 20% under den enkelte terskel for bivirkninger. Motoren utfallet Evalueringen ble gjort ved vurderingen av spontan labben bruk i sylinderen test i henhold til Shallert og ved vurderingen av dyktige nå i trappetest i henhold til Montoya. Denne protokollen beskriver i detalj opplæringen i trappeoppgangen boksen, cylinder test, så vel som anvendelsen av både i hemiparkinsonian rotter. Bruken av begge testene er nødvendig, fordi trappen testen ser ut til å være mer følsomme for motoriske ferdigheter verdifall og viser større følsomhet for endringer i løpet av neurostimulation. Kombinasjonen av den ensidige Parkinson modellen og de to adferdstester tillater vurdering av forskjellige stimuleringsparametere på en standardisert måte.

Introduction

Dyp hjernestimulering av subthalamic nucleus (STN) er en effektiv behandling for Parkinsons sykdom ¹ og andre bevegelsesforstyrrelser. De underliggende mekanismene er fortsatt dårlig forstått og multifaktoriell, men en viktig funksjon er modulering av neuronal nettverk aktivitet av repeterende depolarisering av axoner i nærheten av stimulerende elektrode ^2-4. Høy frekvens (> 100 Hz) stimulering er nødvendig for en gunstig effekt i de fleste hjerne mål og for de fleste indikasjoner på DBS. Bivirkninger av dyp hjernestimulering resultat fra utilsiktet coactivation av andre fibre, som er dekket av stimulering volum og som subserve forskjellige funksjoner, som for eksempel pyramidesystemet. Derfor ville det være ønskelig å utvikle stimuleringsparametere, som fortrinnsvis aktiverer fordelaktige nerveelementene, samtidig som man unngår coactivation av bivirkning elementene ^5,6. Selv om nevrofysiologi kan tilby slike fine tuningng valg av DBS, har vitenskapelige fremskritt vært minimal i løpet av de siste to tiårene, fordi programmering strategier har først og fremst blitt vurdert av "prøving og feiling" pasienter og begrenset av den begrensede programmering av kommersielt tilgjengelige DBS enheter, heller enn å bruke nevrofysiologiske innsikt og definert eksperimentelle innstillinger for å systematisk utforske hele parameter plass.

For å overvinne den translasjonsforskning veisperring i DBS forskning vi foreslår en protokoll for å screene alternative stimuleringsparametre i gnagermodeller av parkinsonisme før klinisk undersøkelse. Unilateral Parkinsons sykdom hos rotter som blir modellert ved anvendelse av 6-hydroksydopamin injeksjoner inn i høyre mediale forhjernen bunt ^7,8. Den resulterende lesjon, nærmere beskrevet som hemiparkinsonian, skal vurderes i apomorphine testen ved evaluering av rotasjons stillingen etter lav dose apomorfin injeksjon og bekreftet post mortem av tyrosin hydroksylase immunohistochemistry. Metoden er enkel å bruke og svært reproduserbare, mens bærer en lav dødelighet og sykelighet. De resulterende motoriske underskudd er veldig diskret ^7,8; dyrene viser en svak svekkelse av den kontralaterale venstre labb under både spontan leting og komplekse fatte oppførsel ^9,10.

For å vurdere effekten av dyp hjernestimulering protokoller tester er nødvendig som tillater å måle en rask og pålitelig endring i motorytelse og kan gjentas over tid med ulike nervestimulering innstillinger. Flere grupper har foreslått ulike stimulerings tilnærminger og ulike tester for å vurdere de motoriske funksjoner hos rotter ¹¹ med svært variable og inkonsistente resultater ^11-14. Dette tvang oss til å velge et sett med tester med høy forutsi gyldighet og komplementaritet. I tillegg, for vurdering av motor resultat henhold dype hjerne stimuleringsbetingelser, tester ble foretrekkes som kan utføres av aniMals koblet via kabel til stimulans generator. For disse formålene etablerte vi vår testbatteri bestående av en test for labb bruk asymmetri og en test for dyktig nå. Studieutformingen er vist i figur 1.

For spontan pote bruk vi utførte sylinderen testen beskrevet av Shallert ^15, som er en mye brukt test for labb bruk under vertikal leting. Ingen trening av dyret er nødvendig. For vurderingen av mer komplekse gripe atferd vi etablert trapp test i henhold til Montoya ^16. Vår protokollen er endret i henhold til Kloth ^17. Rottene trenes i en periode på tolv dager i å nå pellets fra testboksen. Etter opplæringsperioden kan brukes testen for å måle komplekse fatte oppførsel ved å telle suksessraten beskrevet som antall pellets spist. Artikkelen presenterer detaljert opplæring i trapp boksen samt resultatene av både behavioral tester under naive, hemiparkinsonian og dyp hjernestimulering forhold.

Protocol

Dyreforsøk ble godkjent av Universitetet i Würzburg og de juridiske statlige myndigheter i Nedre Franken i samsvar med de retningslinjer dyrevern og europeiske fellesskap Rådets retningslinjer (godkjenningsnummer: 55,2 til 2531,01 76/11). Alle forsøk ble gjennomført for å redusere smerte eller ubehag av dyrene som brukes. Merk: elektrode implantasjon ble utført som beskrevet andre steder 18. 1. Cylinder Test (figur 2) Forbered en klar…

Representative Results

Alle dyr gjennomgikk en post mortem histologisk verifisering av både dopaminerge lesjon og elektroden plassering. Kun dyr med riktig plassering av elektrodene inne i STN (figur 6) og fullstendig dopaminerge lesjon (> 90% tap av dopaminerge nevroner i substantia nigra) ble inkludert i resultatene delen (figur 7). Sylinderen test utført under skadede tilstand viste at skadede venstre labb b…

Discussion

Denne artikkelen beskriver en detaljert protokoll for trening av sylinderen og trapp test. Sistnevnte er laget for å vurdere komplekse fatte oppførsel og fin motor bevegelse på grunn av dyktig nå hos rotter ^16,17. Resultatet Målingen uttrykkes som antall pellets spist i løpet av testen, som er en objektiv måling. Protokollen kan brukes i rottemodeller for Parkinsons sykdom og andre motorsykdomsmodeller. Sylinderen test innebærer en enkel metode for å evaluere pote bruk i rotter. Det krever ingen tren…

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