Presented is a concise battery of mouse neonatal motor tests. Using these tests, neonatal motor deficits can be demonstrated in a variety of neonatal motor disorders. By having a standardized set of tests, results from different studies can be compared, allowing for better and accurate reporting between groups.
As the sheer number of transgenic mice strains grow and rodent models of pediatric disease increase, there is an expanding need for a comprehensive, standardized battery of neonatal mouse motor tests. These tests can validate injury or disease models, determine treatment efficacy and/or assess motor behaviors in new transgenic strains. This paper presents a series of neonatal motor tests to evaluate general motor function, including ambulation, hindlimb foot angle, surface righting, negative geotaxis, front- and hindlimb suspension, grasping reflex, four limb grip strength and cliff aversion. Mice between the ages of post-natal day 2 to 14 can be used. In addition, these tests can be used for a wide range of neurological and neuromuscular pathologies, including cerebral palsy, hypoxic-ischemic encephalopathy, traumatic brain injury, spinal cord injury, neurodegenerative diseases, and neuromuscular disorders. These tests can also be used to determine the effects of pharmacological agents, as well as other types of therapeutic interventions. In this paper, motor deficits were evaluated in a novel neonatal mouse model of cerebral palsy that combines hypoxia, ischemia and inflammation. Forty-eight hours after injury, five tests out of the nine showed significant motor deficits: ambulation, hindlimb angle, hindlimb suspension, four limb grip strength, and grasping reflex. These tests revealed weakness in the hindlimbs, as well as fine motor skills such as grasping, which are similar to the motor deficits seen in human cerebral palsy patients.
Desenvolvimento de novos modelos de lesão ou doença pediátrica usando roedores é muitas vezes difícil, devido à incrível capacidade de ambos os ratos e camundongos para se recuperar rapidamente da lesão neurológica. Portanto, a fim de validar qualquer novo modelo de doença pediátrica, examinando exaustivamente as alterações celulares e moleculares deve ir de mãos dadas com os resultados comportamentais. Em muitos aspectos, a recuperação comportamental funcional pode ser mais importante do que as alterações celulares subjacentes em termos de relevância terapêutica ou de translação. Enquanto os investigadores aprendem mais sobre lesão no adulto e neonatal, é claro que as suas respostas são muito diferentes e não podem ser extrapolados entre os dois. Por exemplo, ratinhos neonatais apresentar diferentes níveis de factor de crescimento de nervo, factor neurotrófico derivado do cérebro, neurotrofina-3 e factor neurotrófico glial da linha de células obtido de acordo com lesão da medula espinal 1,2. Além disso, os neonatos têm fugas barreira hemato-encefálica significativa após acidente vascular cerebral 3, demonstrate cortical neurônio rearranjo após a lesão do nervo periférico 4, e ter um astrogliosis atrasado ou diminuiu após lesão medular e hipóxia-isquemia 5,6. Portanto, é importante que a investigação pediátrica translacional usar modelos developmentally equivalente e que esses modelos são avaliados para ambas as alterações moleculares / celulares e testes comportamentais apropriadas à idade.
Paralisia Cerebral (PC) é um distúrbio motor que afeta 3: 1000 nascidos vivos por ano (NIH). Crianças com PC exibem uma variedade de sintomas e condições co-mórbidas, dependendo da gravidade da doença. Dificuldade de movimento e coordenação são os sinais mais comuns, juntamente com atrasos para alcançar metas de desenvolvimento do motor. Outros sinais incluem o tônus muscular anormal (aumentada ou diminuída), reduziu as habilidades motoras finas, dificuldade para caminhar, salivação excessiva e deglutição, e atrasos de fala (NIH). A causa subjacente da CP se acredita sera falta de oxigênio e / ou fluxo sanguíneo para o cérebro durante o período pré ou periparto, ou até um ano pós-parto. Além disso, a inflamação é agora acreditava ser um componente chave no desenvolvimento de CP.
A maioria dos casos de PC estão associados com lesão da substância branca em torno dos ventrículos, conhecidos como leucomalácia periventricular (PVL). Esta característica neurológica sugere que o insulto inicial levando a CP ocorre durante o período de desenvolvimento do cérebro quando os oligodendrócitos são mais vulneráveis ao insulto. O período de crescimento oligodendrócitos rápida em um ser humano, também o período em oligodendrócitos são os mais suscetíveis a lesões, é entre 24 – 32 semanas de gestação. No roedor, o período é equivalente dias pós-natais 2 – 7 7, e é quando PC é induzida neste modelo.
O modelo de rato neonatal da CP que foi usado para realizar os testes descritos aqui combina hipoxia e isquemia com a inflamação de criar uma injUry que imita melhor a neurodegeneração visto em CP humano. Este modelo aborda algumas das principais deficiências observadas em outros modelos animais de CP, que não possuem déficits motores distintos que se assemelha a pacientes com PC humanos, bem como danos substância branca distinta. Estudos anteriores por um colaborador usando o mesmo modelo demonstraram que a adição de inflamação aumenta a lesão da substância branca, assim, emulando melhor o PVL visto em crianças com CP 8. Com base nos dados anteriores, este trabalho apresenta uma bateria completa de testes motores neonatais, a fim de avaliar as mudanças no comportamento do motor como o animal envelhece.
Usando modelos animais para estudar doenças humanas só é relevante se há uma sobreposição entre a resposta celular e molecular entre humanos e roedores e que os testes comportamentais realizados têm relevância direta para os sintomas humanos. Um dos principais problemas com doença pediátrica estudos é que muitos investigadores utilizar roedores adultos para criar o modelo, assim como a avaliação comportamental adulto roedor, sem ter em conta as diferenças no desenvolvimento que podem ser importantes para o processo da doença. Devido a estes problemas, é importante que a investigação sobre a utilização doença pediátrica, não só o desenvolvimento pontos de tempo apropriado ajustado (por exemplo, desenvolvimento do SNC humano com 28 – 32 semanas são equivalentes a um dia pós-natal 2-7 dias roedor) 7, mas também testes comportamentais que irá analisar motor apropriado, comportamentos de desenvolvimento sensoriais ou reflexivos. Assim, à medida que cada novo modelo de doença neonatal é desenvolvido, que devem ser rigorosamente testados para assegurar que o celulare respostas comportamentais irá fornecer os dados traduzíveis mais adequadas entre roedores e humanos.
A paralisia cerebral é uma desordem motora, que persistem na vida adulta. Um problema com muitos dos modelos paralisia cerebral hoje disponíveis é a falta de repetibilidade, o teste de motor padronizado, que pode correlacionar-se com os défices observados em pacientes pediátricos. Neste novo modelo, que combina hipóxia, isquemia e inflamação em um rato neonatal, comportamento motor foi avaliada utilizando uma bateria de testes específicos para os ratos recém-nascidos. A fim de diminuir a subjectividade e aumentar a informação quantitativa, vários testes foram modificados para incluir muito específico, mas fáceis de avaliar as medidas que podem ser padronizados. Além disso, as avaliações front e dos membros posteriores podem ser feitas separadamente, e as diferenças para a esquerda / para a direita pode ser determinada. Esta bateria de testes é específico para ratos neonatais até duas semanas de idade.
Este modelo demonstra CPdificuldade em andar (deambulação, ângulo do pé hindlimb), bem fraqueza específica do membro (suspensão de quatro membros, suspensão dos membros posteriores), e déficits de reflexos de desenvolvimento (agarrar reflex). Embora neste estudo apenas um ponto temporal foi examinada, esses déficits podem ser monitorados ao longo do tempo.
Há outras baterias de testes que podem ser usados no recém-nascido, como a bateria do Fox de testes ou avaliação de marcos de desenvolvimento 15 de Heyser. No entanto, estes testes comparar o recém-nascido para o adulto, cujas respostas não podem ser o mesmo, porque o recém-nascido está ainda em desenvolvimento. A bateria do Fox e testes Assement de Heyser confiar na informação subjetiva observacional com (sim ou não) avaliação dicotômica, ao invés de dados objetivos (ângulo, postura com base na força, etc). Devido à subjetividade destes testes, muitos cientistas têm se adaptado, adicionados ou removidos critérios, tornando assim os seus resultados incomparáveis para os outros e limiteing a utilidade dos dados em termos de estabelecimento de um défice de linha de base para uma determinada doença ou distúrbio. Ao estabelecer um conjunto de testes motores padronizados que são qualitativa e especificamente concebido para testar recém-nascidos, os resultados dos grupos de pesquisa individuais podem ser precisa e confiável relatados e comparados.
The authors have nothing to disclose.
We would like to thank everyone at Shriners Hospital Pediatric Research Center, in particular Dr. Mickey Seltzer, of whom without his support, this work would not have been funded. In addition, we would like to thank Isha Srivastava, who contributed to early data collection and Amy He, who helped with the figures. This study was funded by Shriners Hospitals for Children. No funding source played a role in experimental design or decision to submit the paper for publication.
C57BL/6 mice | Charles River Laboratories | STRAIN CODE: 027 | C57BL/6NCrl is the exact strain we use |
Anesthesia Dish, PYREX™ Crystallizing Dish | Corning Life Sciences Glass | 3140125 | Capacity: 25.03 oz. (740mL); Dia. x H: 4.92 x 2.55 in. (125 x 65mm). However, any small round glass container will work. A 2 cup capacity pyrex food storage bowl with flat bottom will also work and is much cheaper (Pyrex model number: 6017399). |
Covered lead ring | Fisher Scientific | S90139C | Lead ring for stablizing flasks in a water bath. It is used inside the anesthesia dish. |
Scalpel Blade #11 | World Precision Instrucments, Inc. | 500240 | |
Small Vessel Cauterizer | Fine Science Tools | 18000-00 | |
Micro Hook | Fine Science Tools | 10064-14 | |
Vetbond Suture Glue | 3M | 1469SB | n-butyl cyanoacrylate adhesive |
Lipopolysaccharide | Sigma Life Science | L4391 | Lipopolysaccaride from e.coli 0111:B4, gamma irradiated |
12×12 inch opaque box | Acrylic Display Manufacturing: A division of Piasa Plastics | C4022 | Colored Acrylic 5-Sided Cube, 3/16" Colored Acrylic, 12"W x 12"D x 12"H; http://www.acrylicdisplaymfg.com/html/cubes_19.html |
Camera/camcorder | JVC | GC-PX100BUS | Any camcorder that works well in low light and can be imported and edited. We use the JVC GC-PX100 Full HD Everio Camcorder. |
Covidien Tendersorb™ Underpads | Kendall Healthcare Products Co | 7174 | |
WypAll L40 | Kimberly-Clark Professional | 5600 | Any surface with moderate grip will do |
Surface at 45 degree incline | We use a cardboard box. | ||
Thin wire from a pipe cleaner | Creatology | M10314420 | Any pipe cleaner from any craft store will work. |
50mL conical tube | Falcon | 352070 | |
Fiberglass Screen Wire | New York Wire www.lowes.com | 14436 | Any supplier can be used as long as their screen is 16×16 or 18×16 |
Razor blade | Fisherbrand | 12-640 | A wooden stick applicator or wooden part of a cotton-tipped swab will also work. |
OPTIX 24-in x 4-ft x 0.22-in Clear Acrylic Sheet to make Clear Acrylic Walkway | PLASKOLITE INC | 1AG2196A | Clear acrylic (1/8" thick) with sides and a top to limit exploration. We bought a sheet of acrylic from a local hardware store and had them cut it to size. (2) 2"x2"; (3) 2"x 18"; (1) 2"x15.5"; (1) 2"x3". Using clear tape, tape all sides together, with the 15.5" piece on top. Tape the 3" piece to the end of the 15.5" piece to create a flap/entryway for the mice. Alternatively, part or all of the walkway can be glued together, and only taping on the top pieces. This design will allow for the walkway to be opened for easy cleaning. |
Protractor | Westscott | ACM14371 |