Avaliação Comportamental da Função Visual via Resposta Optomotor e Função Cognitiva via Y-Maze em Ratos Diabéticos

Summary

A degeneração neural nos olhos e no cérebro como resultado do diabetes pode ser observada através de testes comportamentais realizados em roedores. O labirinto Y, uma medida de cognição espacial, e a resposta optomotor, uma medida da função visual, ambos fornecem insights sobre potenciais diagnósticos e tratamentos.

Abstract

A resposta optomotor e o labirinto Y são testes comportamentais úteis para avaliar a função visual e cognitiva, respectivamente. A resposta optomotor é uma ferramenta valiosa para rastrear mudanças nos limiares de frequência espacial (SF) e sensibilidade ao contraste (CS) ao longo do tempo em vários modelos de doenças da retina, incluindo retinopatia diabética. Da mesma forma, o labirinto Y pode ser usado para monitorar a cognição espacial (medida pela alternância espontânea) e o comportamento exploratório (medido por uma série de entradas) em uma série de modelos de doenças que afetam o sistema nervoso central. As vantagens da resposta optomotor e do labirinto Y incluem sensibilidade, velocidade de teste, uso de respostas inatas (treinamento não é necessário), e a capacidade de ser realizado em animais acordados (não anestesiados). Aqui, os protocolos são descritos tanto para a resposta optomotor quanto para o labirinto Y e exemplos de seu uso mostrados em modelos de diabetes tipo I e Tipo II. Os métodos incluem preparação de roedores e equipamentos, desempenho da resposta optomotor e o labirinto Y, e análise de dados pós-teste.

Introduction

Mais de 463 milhões de pessoas vivem com diabetes, tornando-se uma das maiores epidemias globais de ^doenças1. Uma das complicações graves decorrentes do diabetes é a retinopatia diabética (DR), uma das principais causas de cegueira para adultos americanos em idade de ^trabalho2. Nos próximos 30 anos, projeta-se que o percentual da população em risco de DR dobre, por isso é crucial encontrar novas formas de diagnosticar a DR em seus estágios iniciais para prevenir e mitigar o desenvolvimento da ^DR3. A DR tem sido convencionalmente considerada uma doença ^{vascular4,5,6}. No entanto, agora com evidência de disfunção neuronal e apoptose na retina que precede a patologia vascular, a DR é definida como ter componentes neuronais e vasculares4,5,6,7,8,9. Uma maneira de diagnosticar a DR seria examinar anormalidades neurais na retina, um tecido que pode ser mais vulnerável ao estresse oxidativo e à tensão metabólica do diabetes do que outros tecidos ^neurais10.

Declínios na função cognitiva e motora também ocorrem com diabetes e são frequentemente correlacionados com alterações na retina. Indivíduos mais velhos com diabetes tipo II retratam pior desempenho cognitivo básico e apresentam declínio cognitivo mais exacerbado do que os participantes de ^controle11. Além disso, a retina foi estabelecida como uma extensão do sistema nervoso central e patologias podem se manifestar na ^retina12. Clinicamente, a relação entre retina e cérebro tem sido estudada no contexto do Alzheimer e outras doenças, mas não é comumente explorada com diabetes12,13,14,15,16. Alterações no cérebro e na retina durante a progressão do diabetes podem ser exploradas usando modelos animais, incluindo o rato STZ (um modelo de diabetes tipo I no qual a toxina, estreptozotocina ou STZ, é usada para danificar células beta pancreáticas) e o rato Goto-Kakizaki (um modelo poligênico de diabetes tipo II no qual os animais desenvolvem hiperglicemia espontaneamente por volta das 3 semanas de idade). Neste protocolo, é fornecida uma descrição para o labirinto Y e a resposta optomotor para avaliar alterações cognitivas e visuais em roedores diabéticos, respectivamente. A resposta optomotor (OMR) avalia a frequência espacial (semelhante à acuidade visual) e a sensibilidade ao contraste, monitorando movimentos característicos de rastreamento reflexivo da cabeça para medir limiares visuais para cada ^olho17. A frequência espacial refere-se à espessura ou fineza das barras, e a sensibilidade ao contraste refere-se à quantidade de contraste entre as barras e o fundo (Figura 1E). Enquanto isso, o labirinto Y testa a memória espacial de curto prazo e a função exploratória, observada através de alternâncias espontâneas e entradas através dos braços do labirinto.

Ambos os testes podem ser realizados em animais acordados e não anestesiados e têm a vantagem de capitalizar as respostas inatas dos animais, o que significa que eles não necessitam de treinamento. Ambos são relativamente sensíveis, pois podem ser usados para detectar déficits no início da progressão do diabetes em roedores, e confiáveis, na forma de produzir resultados que se correlacionam com outros testes visuais, retinais ou comportamentais. Além disso, o uso do OMR e do labirinto Y em conjunto com testes como eletroretinograma e tomografia de coerência óptica pode fornecer informações sobre quando alterações retina, estrutural e cognitiva se desenvolvem em relação umas às outras em modelos de doenças. Essas investigações podem ser úteis na identificação de degenerações neurais que ocorrem devido ao diabetes. Em última análise, isso poderia levar a novos métodos de diagnóstico que efetivamente identificam a DR em estágios iniciais de progressão.

Os sistemas OMR e Y-maze usados para desenvolver este protocolo estão descritos na Tabela de Materiais. Pesquisas anteriores sobre o OMR, por Prusky et ^al.18, e o labirinto Y, de Maurice et ^al.19, foram usados como ponto de partida para desenvolver este protocolo.

Protocol

Todos os procedimentos foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais dos Veteranos de Atlanta e conformes com o guia dos Institutos Nacionais de Saúde para o cuidado e uso de animais de laboratório (NIH Publications, 8ª edição, atualizada em 2011). 1. A resposta optomotor (RM) Configurar o aparelho OMR (detalhes sobre aparelhos e software em Tabela de Materiais) Escolha a plataforma de tamanho apropriado para o roed…

Representative Results

O OMR é considerado bem sucedido se limiares de frequência espacial e sensibilidade ao contraste podem ser obtidos a partir de um roedor. Aqui, o uso da RM Para avaliar a frequência espacial é ilustrado no controle ingênuo ratos Brown-Noruega e Long-Evans, ambos jovens (3-6 meses) e envelhecidos (9-12 meses). Ratos da Noruega Marrom normalmente mostram uma frequência espacial mais alta do que os ratos de Long-Evans. Além disso, observou-se um efeito de envelhecimento na frequência espacial nos ratos de Long-Evans…

Discussion

O OMR e o labirinto Y permitem a avaliação não invasiva da função visual e déficits de função cognitiva em roedores ao longo do tempo. Neste protocolo, o OMR e o Labirinto Y foram demonstrados para rastrear déficits visuais e cognitivos em modelos de roedores de diabetes.

Passos críticos no protocolo

A OMR

Alguns pontos importantes a serem considerados ao realizar a OMR para avaliar a função visual são os par…

Materials

OptoMotry HD	CerebralMechanics Inc.		OMR apparatus & software
Timer	Thomas Scientific	810029AR
Y-Maze apparatus	San Diego Instruments	7001-043	Available specifically for rats