JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neurociência

التقييم الحركي لنموذج مرض باركنسون القائم على أسماك الزرد البالغة الذي يسببه 6-هيدروكسي دوبامين

Published: December 28, 2021
doi:
10.3791/63355
, , , , , ,
1Collaborative Drug Discovery Research (CDDR) Group and Brain Degeneration and Therapeutics Group, Faculty of Pharmacy,Universiti Teknologi MARA (UiTM), Cawangan Selangor, Kampus Puncak Alam, 2Department of Medicine, Faculty of Medicine,Universiti Malaya

Summary

يصف هذا البروتوكول الحقن داخل البطين (ICV) لأسماك الزرد البالغة مع السمية العصبية 6-hydroxydopamine (6-OHDA) في الدماغ البطني (Dn) وتقييم الضعف والتعافي اللاحق لآفة سلوك السباحة باستخدام اختبار الخزان المفتوح ، الذي يصاحبه تحليل باستخدام برنامج تتبع الفيديو.

Abstract

القيود المفروضة على العلاجات الحالية في تأخير فقدان الخلايا العصبية الدوبامين في مرض باركنسون (PD) تثير الحاجة إلى العلاجات البديلة التي يمكن أن تستعيد هذه الخلايا العصبية. يتم توجيه الكثير من الجهد حاليا نحو فهم أفضل للتجديد العصبي باستخدام نماذج ما قبل السريرية في الجسم الحي . ومع ذلك ، فإن هذه القدرة التجديدية للإصلاح الذاتي غير فعالة في الثدييات. وهكذا برزت الحيوانات غير الثديية مثل الزرد كنموذج ممتاز للتجديد العصبي بسبب قدرتها على التجديد الذاتي المستمر ولديها تماثل دماغي وثيق مع البشر. كجزء من الجهد المبذول في توضيح الأحداث الخلوية المشاركة في التجديد العصبي في الجسم الحي ، أنشأنا نموذج PD القائم على 6-hydroxydopamine (6-OHDA) القائم على أسماك الزرد البالغة. وقد تحقق ذلك من خلال الحقن المجهري المحسن داخل البطين (ICV) من 99.96 mM 6-OHDA للقضاء على الخلايا العصبية الدوبامينية (DpN) على وجه التحديد في الدماغ البطني (Dn) من دماغ الزرد. أشار التألق المناعي إلى أكثر من 85٪ من استئصال DpN في اليوم الثالث من الآفة والاستعادة الكاملة ل DpN في الموقع المصاب بعد 30 يوما من الآفة. حددت هذه الدراسة ضعف سلوك سباحة الزرد بعد الآفة وتعافيه لاحقا باستخدام اختبار المجال المفتوح الذي تم من خلاله تحديد معلمتين ، المسافة المقطوعة (cm) ومتوسط السرعة (cm/s). تم تقييم الحركة من خلال تحليل تسجيلات الأسماك الفردية لكل مجموعة (n = 6) باستخدام برنامج تتبع الفيديو. أظهرت النتائج انخفاضا معنويا (p < 0.0001) في السرعة (سم / ثانية) والمسافة المقطوعة (سم) لسمك الزرد المصاب 3 أيام بعد الآفة بالمقارنة مع الشام. أظهر الزرد المسبب للآفة تعافيا تاما من سلوك السباحة بعد 30 يوما من الآفة. تشير النتائج الحالية إلى أن أسماك الزرد البالغة المصابة ب 6-OHDA هي نموذج ممتاز بجودة قابلة للتكرار لتسهيل دراسة التجديد العصبي في PD. الدراسات المستقبلية حول الآليات الكامنة وراء التجديد العصبي وكذلك العوامل الداخلية والخارجية التي تعدل العملية قد توفر نظرة ثاقبة مهمة في استراتيجيات علاج استبدال الخلايا الجديدة ضد PD.

Introduction

مرض باركنسون (PD) ، وهو مرض يتميز بشكل مميز بصلابة العضلات ، ورعاش الراحة ، وبطء الحركة ، هو المرض العصبي الأسرع نموا في العالم1,2. يزداد خطر وانتشار مرض باركنسون بسرعة مع تقدم العمر خاصة لدى الأفراد الذين تتراوح أعمارهم بين 50 عاما وما فوق3. لا تزال مسببات مرض باركنسون وإمراضه غير مفهومة بشكل جيد. وقد ترك هذا في كثير من الأحيان بداية مبكرة من PD دون تشخيص. في الوقت الحاضر ، يرتبط نقص الدوبامين وفقدان الخلايا العصبية الدوبامينية (DpN) في مرضى PD ارتباطا وثيقا بمظهر من مظاهر الأعراض الحركية4. بالاستفادة من هذه العلاقة ، تم تصميم العديد من العلاجات إما للعمل مباشرة كبديل للدوبامين (أي ليفودوبا) أو للتعويض عن فقدان DpN (أي التحفيز العميق للدماغ). على الرغم من أن هذه العلاجات تجلب فوائد أعراض، إلا أنها لا تعدل المسار المتدهور للمرض5. في ضوء هذا الضعف الكبير ، تم اقتراح العلاج باستبدال الخلايا. ومع ذلك ، فإن فعالية هذا النهج غير متسقة بالنظر إلى تحديات إعداد الكسب غير المشروع ، والتحكم في نمو الخلايا ، وعدم استقرار النمط الظاهري. كما أن العلاج باستبدال الخلايا، الذي أثار مخاوف أخلاقية، يشكل أيضا خطر تحفيز أورام الدماغ وردود الفعل المناعية غير المرغوب فيها6,7.

أدت القيود المفروضة على الاستراتيجيات العلاجية الحالية إلى زيادة التركيز على تجديد DpN كنهج محتمل في علاج PD. وقد برز تجديد DpN أو التجديد العصبي كواحد من الاختراقات الواعدة في إدارة PD ، ليس فقط بسبب إمكاناته كطريقة علاجية جديدة ولكن أيضا كوسيلة لفهم آلية المرض 8 ، 9. يركز هذا النهج على استعادة وظيفة الخلايا العصبية من خلال التمايز والهجرة ودمج الخلايا السلفية الموجودة في الدوائر المصابة10. من أجل مواصلة استكشاف التجديد العصبي ، تم إجراء دراسات مختلفة في الجسم الحي. وجد أن الفقاريات مثل الثدييات والبرمائيات والزواحف تولد خلايا دماغية جديدة بعد الإصابة11،12. من بين الفقاريات ، يتم البحث عن الثدييات بشكل أكبر نظرا لتشابهها الجيني مع البشر. ومع ذلك، تظهر الثدييات قدرة إصلاحية محدودة وضعيفة في الجهاز العصبي المركزي (CNS) يمكن أن تستمر حتى مرحلة البلوغ بعد آفة الدماغ13. بشكل عام ، الثدييات غير مناسبة كنماذج حيوانية لفهم التجديد العصبي بالنظر إلى أن العدد المنخفض من الخلايا العصبية المنتجة لن يكون كافيا لاستعادة الدوائر العصبية التالفة التي لوحظت في PD. على هذا النحو ، فإن النموذج القائم على teleost ، وتحديدا في أسماك الزرد ، مفضل بشكل كبير لمعدل تكاثره العالي ، وقدرته على التجديد الذاتي المستمر ، وإغلاق تماثل الدماغ مع البشر14,15.

يستخدم سمك الزرد بشكل شائع لدراسة الحركة المضطربة في PD16. عادة ما يتم تحفيز نموذج PD القائم على أسماك الزرد بواسطة السموم العصبية ، والتي تشمل 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) و 6-hydroxydopamine (6-OHDA)17. على الرغم من فعاليتها في إحداث فقدان محدد ل DpN وانخفاض مستويات الدوبامين ، إلا أن النماذج القائمة على MPTP لا تحاكي عن كثب ظروف PD لأن فقدان DpN لا يقتصر فقط على CNS18. عدم قدرة 6-OHDA على عبور الحاجز الدموي الدماغي حد من آثاره على التغيرات الخلوية والوظيفية داخل الدماغ عندما يتم إعطاؤه داخل الجمجمة بدلا من العضل 19. تسبب الإعطاء المحيطي ل 6-OHDA في انخفاض عالمي في مستويات الدوبامين في جميع أنحاء الجهاز العصبي20. في حين أن إعطاء 6-OHDA في السائل الدماغي الشوكي تسبب في استئصال DpN في جميع أنحاء CNS21 ، والذي لا يحاكي الحالة كما هو موضح في PD حيث يحدث فقدان DpN على وجه التحديد في المادة السوداء من الدماغ البشري. على العكس من ذلك ، فإن إعطاء ICV ل 6-OHDA ، على وجه التحديد ، تسبب على وجه التحديد في استئصال كبير ل DpN في منطقة Dn البطنية في دماغ الزرد ، والذي يشبه إلى حد كبير المادة nigra22. ومن المثير للاهتمام ، تم الإبلاغ عن استعادة DpN بعد 30 يوما من الآفة التي يسببها 6-OHDA ونجت هذه الخلايا العصبية على مدار الحياة23,24. وقد ثبت التعافي الوظيفي ل DpN من خلال تقييم حركي للمسافة المقطوعة (cm) ومتوسط السرعة (cm/s) باستخدام نموذج PD القائم على أسماك الزرد البالغة 6-OHDA22.

Protocol

تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل لجنة البحوث والأخلاقيات الحيوانية (CARE) ، جامعة مارا التكنولوجية (UiTM) [رقم المرجع: UiTM CARE 346/2021 ، بتاريخ 7 مايو 2021]. ملاحظة: تم استخدام البروتوكولات المنشورة22،25،26 للتربية القياسية وصيانة نموذ?…

Representative Results

قيمت التجربة الحالية التغيرات في سلوك سباحة أسماك الزرد البالغة بعد الحقن المجهري ICV مع 6-OHDA. ويرجع سبب استخدام 6-OHDA كسم عصبي مفضل إلى عدم قدرته على عبور الحاجز الدموي الدماغي ، مما أدى إلى استئصال محدد ومستهدف ل DpN في منطقة الدماغ البطني (Dn)16. يحمل السكان الفرعيون DpN هنا تشابها تش…

Discussion

وقد أثبت هذا العمل بنجاح التقييم الحركي للنموذج القائم على 6-OHDA والقائم على أسماك الزرد البالغة. تضمنت التجربة بأكملها ثلاث خطوات رئيسية: المستحضرات المجهرية قبل ICV ، والحقن المجهري ICV لأسماك الزرد ، والتقييم الحركي. لضمان الانتعاش الصحي لأسماك الزرد البالغة بعد إجراء الحقن المجهري للقيمة…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل من قبل وزارة التعليم العالي الماليزية في إطار خطة منح البحوث الأساسية [600-IRMI/FRGS 5/3 (033/2019)].

Materials

Materials
6-Hydroxydopamine (6-OHDA) Sigma-Aldrich, Missouri, USA 162957
Ascorbic acid Thermo Fisher Scientific, California, USA FKC#A/8882/53
Disposable pasteur pipette, 3 mL Thermo Fisher Scientific, California, USA FB55348
Microcentrifuge tube, 0.2 mL Eppendorf, Hamburg, Germany 30124332
Nice conical flask, 100 mL Evergreen Engineering & Resources, Semenyih, Malaysia SumYau0200
Phosphate buffered saline (PBS) Sigma-Aldrich, Missouri, USA P4417
Sodium bicarbonate Sigma-Aldrich, Missouri, USA S5761
Sodium chloride Merck, Darmstadt, Germany 106404
Stereomicroscope Nikon, Tokyo, Japan SMZ745
Tricaine methanesulfonate (MS-222) Sigma-Aldrich, Missouri, USA E10521
Equipment
ANY-maze software Stoelting Co., Illinois, USA – version 7.0; video tracking software
Cubis II Micro Lab Balance Sartorius, Göttingen, Germany SE 2
FemtoJet IV microinjector Eppendorf, Hamburg, Germany 5192000035
Femtotip II, sterile injection capillary Eppendorf, Hamburg, Germany 5242957000
InjectMan 4 micromanipulator Eppendorf, Hamburg, Germany 5192000027
LED Portable Lamp MR. DIY, Selangor, Malaysia 9023251 20 mAh
PELCO Pro Superalloy, offset, fine tips Ted Pella, California, USA 5367-12NM
Shanda aquarium heater Yek Fong Aquarium, Selangor, Malaysia SDH-228
Thermometer Sera Precision, Heinsberg, Germany 52525
Video camera Nikon, Tokyo, Japan D3100
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Dorsey, E. R., et al. regional, and national burden of Parkinson’s disease, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. Lancet Neurology. 17 (11), 939-953 (2018).
  2. Maserejian, N., Vinikoor-Imler, L., Dilley, L. Estimation of the 2020 global population of Parkinson’s Disease (PD). Movement Disorder Council. 35 (1), 198 (2020).
  3. Hirsch, L., Jette, N., Frolkis, A., Steeves, T., Pringsheim, T. The Incidence of Parkinson’s Disease: A Systematic Review and Meta-Analysis. Neuroepidemiology. 46 (4), 292-300 (2016).
  4. Przedborski, S. The two-century journey of Parkinson disease research. Nature Review Neuroscience. 18 (4), 251-259 (2017).
  5. Cookson, M. R. . Disease-Modifying Targets in Neurodegenerative Disorders. , 157-174 (2017).
  6. Jamebozorgi, K., et al. Cellular and molecular aspects of Parkinson treatment: Future therapeutic perspectives. Molecular Neurobiology. 56 (7), 1-13 (2018).
  7. Parmar, M., Grealish, S., Henchcliffe, C. The future of stem cell therapies for Parkinson disease. Nature Review Neuroscience. 21 (1), 1-13 (2020).
  8. Foltynie, T. Can Parkinson’s disease be cured by stimulating neurogenesis. Journal of Clinical Investigation. 125 (3), 978-980 (2015).
  9. Winner, B., Winkler, J. Adult neurogenesis in neurodegenerative diseases. Cold Spring Harbour Perspect Biology. 7 (4), 021287 (2015).
  10. Huang, C., et al. Nerve guidance conduits from aligned nanofibers: improvement of nerve regeneration through longitudinal nanogrooves on a fiber surface. ACS Applied Materials & Interfaces. 7 (13), 7189-7196 (2015).
  11. Alunni, A., Bally-Cuif, L. A comparative view of regenerative neurogenesis in vertebrates. Development. 143 (5), 741-753 (2016).
  12. Dietz, V., Schwab, M. E. From the rodent spinal cord injury model to human application: promises and challenges. Journal of Neurotrauma. 34 (9), 1826-1830 (2017).
  13. La Rosa, C., Bonfanti, L. Brain plasticity in mammals: An example for the role of comparative medicine in the neurosciences. Frontiers in Veterinary Science. 5 (274), 1-8 (2018).
  14. Ferretti, P., Prasongchean, W. . Neural Stem Cells in Development, Adulthood and Disease. , 1-21 (2015).
  15. Vijayanathan, Y., et al. Adult endogenous dopaminergic neuroregeneration against Parkinson’s Disease: Ideal animal models. Neurotoxicity Research. 39 (2), 504-532 (2021).
  16. Vaz, R. L., Outeiro, T. F., Ferreira, J. J. Zebrafish as an animal model for drug discovery in Parkinson’s disease and other movement disorders: a systematic review. Frontier Neuroscience. 9, 347 (2018).
  17. Nie, S., et al. Small molecule TrkB agonist deoxygedunin protects nigrostriatal dopaminergic neurons from 6-OHDA and MPTP induced neurotoxicity in rodents. Neuropharmacology. 99, 448-458 (2015).
  18. Schober, A. Classic toxin-induced animal models of Parkinson’s disease: 6-OHDA and MPTP. Cell Tissue Research. 318 (1), 215-224 (2004).
  19. Betarbet, R., Sherer, T. B., Greenamyre, J. T. Animal models of Parkinson’s disease. Bioessays. 24 (4), 308-318 (2002).
  20. Anichtchik, O. V., Kaslin, J., Peitsaro, N., Scheinin, M., Panula, P. Neurochemical and behavioural changes in zebrafish Danio rerio after systemic administration of 6-hydroxydopamine and 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine. Journal of Neurochemistry. 88 (2), 443-453 (2004).
  21. Fiametti, L. O., Correa, C. N., Castro, L. M. d. Peptide profile of zebrafish brain in a 6-OHDA-induced Parkinson model. Zebrafish. 18 (1), 55-65 (2021).
  22. Vijayanathan, Y., et al. 6-OHDA-lesioned adult zebrafish as a useful Parkinson’s disease model for dopaminergic neuroregeneration. Neurotoxicity Research. 32 (3), 496-508 (2017).
  23. Caldwell, L. J., et al. Regeneration of dopaminergic neurons in adult zebrafish depends on immune system activation and differs for distinct populations. Journal of Neuroscience. 39 (24), 4694-4713 (2019).
  24. Zupanc, G. K., Hinsch, K., Gage, F. H. Proliferation, migration, neuronal differentiation, and long-term survival of new cells in the adult zebrafish brain. Journal of Comparative Neurology. 488 (3), 290-319 (2005).
  25. Lawrence, C. The husbandry of zebrafish (Danio rerio): a review. Aquaculture Research. 269 (1-4), 1-20 (2007).
  26. Reed, B., Jennings, M. Guidance on the Housing and Care of Zebrafish Danio rerio. Royal Society for the Prevention of Cruelty to Animals (RSPCA). , 7-53 (2011).
  27. Avdesh, A., et al. Regular care and maintenance of a zebrafish (Danio rerio) laboratory: an introduction. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (69), e4196 (2012).
  28. Altenhofen, S., et al. Tebuconazole alters morphological, behavioral and neurochemical parameters in larvae and adult zebrafish (Danio rerio). Chemosphere. 180, 483-490 (2017).
  29. Bridi, D., Altenhofen, S., Gonzalez, J. B., Reolon, G. K., Bonan, C. D. Glyphosate and Roundup alter morphology and behavior in zebrafish. Toxicology. 392, 32-39 (2017).
  30. Wright, D., Krause, J. Repeated measures of shoaling tendency in zebrafish (Danio rerio) and other small teleost fishes. Nature Protocols. 1 (4), 1828-1831 (2006).
  31. Pienaar, I. S., Götz, J., Feany, M. B. Parkinson’s disease: insights from non-traditional model organisms. Progress in Neurobiology. 92 (4), 558-571 (2010).
  32. Becker, T., Becker, C. G. Axonal regeneration in zebrafish. Current Opinion in Neurobiology. 27, 186-191 (2014).
  33. Collymore, C., Tolwani, A., Lieggi, C., Rasmussen, S. Efficacy and safety of 5 anesthetics in adult zebrafish (Danio rerio). Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 53 (2), 198-203 (2014).
  34. Katz, E. M., et al. The stability and efficacy of tricaine methanesulfonate (MS222) solution after long-term storage. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 59 (4), 393-400 (2020).
  35. Thiele, S. L., Warre, R., Nash, J. E. Development of a unilaterally-lesioned 6-OHDA mouse model of Parkinson’s disease. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (60), e3234 (2012).
  36. Neiffer, D. L., Stamper, M. A. Fish sedation, analgesia, anesthesia, and euthanasia: considerations, methods, and types of drugs. Institute for Laboratory Animal Research. 50 (4), 343-360 (2009).
  37. Barbosa Júnior, A., et al. . Zebrafish Protocols for Neurobehavioral Research. 66, 323-330 (2012).
  38. Cocchiaro, J. L., Rawls, J. F. Microgavage of zebrafish larvae. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (72), e4434 (2013).
  39. Stewart, A., et al. Modeling anxiety using adult zebrafish: a conceptual review. Neuropharmacology. 62 (1), 135-143 (2012).
  40. Sykes, D. J., Suriyampola, P. S., Martins, E. P. Recent experience impacts social behavior in a novel context by adult zebrafish (Danio rerio). PLOS ONE. 13 (10), 0204994 (2018).
  41. Collymore, C., Tolwani, R. J., Rasmussen, S. The behavioral effects of single housing and environmental enrichment on adult zebrafish (Danio rerio). Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (3), 280-285 (2015).
  42. Grossman, L., et al. Characterization of behavioral and endocrine effects of LSD on zebrafish. Behavioural Brain Research. 214 (2), 277-284 (2010).
  43. Stewart, A., et al. Homebase behavior of zebrafish in novelty-based paradigms. Behavioural Processes. 85 (2), 198-203 (2010).
  44. Abozaid, A., Tsang, B., Gerlai, R. The effects of small but abrupt change in temperature on the behavior of larval zebrafish. Physiology and Behavior. 227, 113169 (2020).
  45. Sekhar, M., Singh, R., Bhat, A., Jain, M. Feeding in murky waters: acclimatization and landmarks improve foraging efficiency of zebrafish (Danio rerio) in turbid waters. Biology Letters. 15 (7), 1-5 (2019).
  46. Valcarce, D. G., Martínez-Vázquez, J. M., Riesco, M. F., Robles, V. Probiotics reduce anxiety-related behavior in zebrafish. Heliyon. 6 (5), 03973 (2020).
  47. Tunbak, H., Vazquez-Prada, M., Ryan, T. M., Kampff, A. R., Dreosti, E. Whole-brain mapping of socially isolated zebrafish reveals that lonely fish are not loners. eLife. 9, 55863 (2020).
  48. Shams, S., Seguin, D., Facciol, A., Chatterjee, D., Gerlai, R. Effect of social isolation on anxiety-related behaviors, cortisol, and monoamines in adult zebrafish. Behavioral Neuroscience. 131 (6), 492-504 (2017).
  49. Burghardt, G. M., et al. Perspectives – Minimizing observer bias in behavioral studies: A review and recommendations. Ethology. 118 (6), 511-517 (2012).
  50. Kalueff, A. V., et al. Towards a comprehensive catalog of zebrafish behavior 1.0 and beyond. Zebrafish. 10 (1), 70-86 (2013).
  51. Franco-Restrepo, J. E., Forero, D. A., Vargas, R. A. A review of freely available, open-source software for the automated analysis of the behavior of adult zebrafish. Zebrafish. 16 (3), 223-232 (2019).
  52. Beal, M. F. Parkinson’s disease: a model dilemma. Nature. 466 (7310), 8-10 (2010).
  53. Jha, U., Thirumalai, V. Neuromodulatory selection of motor neuron recruitment patterns in a visuomotor behavior increases speed. Current Biology. 30 (5), 788-801 (2020).
  54. Reimer, M. M., et al. Dopamine from the brain promotes spinal motor neuron generation during development and adult regeneration. Developmental Cell. 25 (5), 478-491 (2013).

Tags

Keywords: ZebrafishParkinson’s Disease6-hydroxydopamineLocomotor AssessmentMotor ImpairmentDopaminergic NeuronsIntracerebroventricular InjectionNeuroregenerationCell ReplacementTricaine MethanesulfonateAnesthesiaMicrocapillary Injector
check_url/pt/63355?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Md Hamzah, N., Lim, S. M., Vijayanathan, Y., Lim, F. T., Abdul Majeed, A. B., Tan, M. P., Ramasamy, K. Locomotor Assessment of 6-Hydroxydopamine-induced Adult Zebrafish-based Parkinson’s Disease Model. J. Vis. Exp. (178), e63355, doi:10.3791/63355 (2021).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image