Knaagdiermodellen van levodopa-geïnduceerde dyskinesieën zijn onschatbare hulpmiddelen om therapeutische interventies te identificeren om de ontwikkeling te verzwakken of de manifestaties te verlichten die ontstaan als gevolg van de herhaalde toediening van L-DOPA. Dit protocol laat zien hoe dyskinetische bewegingen kunnen worden geïnduceerd en geanalyseerd in het eenzijdig 6-OHDA-laesie rattenmodel van de ziekte van Parkinson.
Levodopa-geïnduceerde dyskinesieën (LIDs) verwijzen naar motorische complicaties die voortvloeien uit langdurige toediening van L-DOPA aan patiënten met de ziekte van Parkinson (PD). Het meest voorkomende patroon dat in de kliniek wordt waargenomen, is de piekdosis dyskinesie die bestaat uit klinische manifestaties van choreiforme, dystonische en ballistische bewegingen. Het 6-hydroxydopamine (6-OHDA) rattenmodel van PD bootst verschillende kenmerken van LIDs na. Na herhaalde toediening van L-DOPA vertonen 6-OHDA-laesie ratten dyskinetische bewegingen (bijv. Abnormale onwillekeurige bewegingen, AAM’s). Dit protocol laat zien hoe AIMs kunnen worden geïnduceerd en geanalyseerd bij ratten met 6 OHDA-laesie met 90% -95% dopaminerge uitputting in de nigrostriatale route. Herhaalde toediening (3 weken) van levodopa (5 mg/kg, gecombineerd met 12,5 mg/kg benserazide) kan de ontwikkeling van amm’s induceren. De analyse van het tijdsverloop onthult een significante toename van AMM’s na 30-90 minuten (piekdosis dyskinesie). Knaagdiermodellen van LIDs zijn een belangrijk preklinisch hulpmiddel om effectieve antidyskinetische interventies te identificeren.
De dopaminevoorloper L-3,4-dihydroxyfenylalanine (L-DOPA) vertegenwoordigt de meest effectieve behandeling voor de motorische symptomen van de ziekte van Parkinson (PD)1. Levodopa-therapie kan motorische symptomen geassocieerd met PD verbeteren, maar verliest effectiviteit met de tijd. Motorische fluctuaties zoals “slijtagefluctuatie” of “verslechtering aan het einde van de dosis” manifesteren zich klinisch als een verkorte duur van het effect van enkele L-DOPA-doses2. In andere gevallen bestaan klinische manifestaties uit langzame draaiende bewegingen en abnormale houdingen (dystonie)3 en treden op wanneer de dopaminespiegels laag zijn (off-period dystonie)4. Aan de andere kant verschijnen levodopa-geïnduceerde dyskinesieën (LIDs) wanneer dopamineniveaus in het plasma en de hersenen hoog zijn5.
LIDs produceren slopende bijwerkingen die motorische complicaties omvatten, zoals choreiform, dystonische en ballistische 6-bewegingen. Eenmaal vastgesteld, treden LIDs op na elke levodopa-toediening. Motorische complicaties treden op bij 40% -50% van de PD-patiënten die gedurende 5 jaar L-DOPA-therapie ondergaan, en de incidentie neemt in de loop van de jaren toe7. Hoewel de pathofysiologische mechanismen die betrokken zijn bij de ontwikkeling van LIDs bij PD-patiënten nog niet volledig zijn opgehelderd, zijn de mate van dopaminerge denervatie, pulsatiele levatiele levodopa-toediening, downstream veranderingen in striatale eiwitten en genen en afwijkingen in niet-dopaminetransmittersystemen factoren die bijdragen aan de ontwikkeling van deze ongewenste bijwerkingen 6,8,9,10.
Het neurotoxine 6-hydroxydopamine (6-OHDA) is een goed gekarakteriseerd hulpmiddel om PD bij knaagdieren te bestuderen 11,12,13,14. Aangezien 6-OHDA de bloed-hersenbarrière niet overschrijdt, moet het rechtstreeks in de nigrostriatale route worden geïnjecteerd. 6-OHDA-geïnduceerde dopaminerge depletie is concentratie- en plaatsafhankelijk15. Eenzijdige toediening van 6-OHDA aan de mediale voorhersenenbundel (MFB) kan ernstige (>90%) nigrostriatale schade veroorzaken bij knaagdieren 16,17,18,19. Chronische toediening van levodopa aan ernstige eenzijdig 6-OHDA-laesie knaagdieren veroorzaakt het verschijnen van dyskinetische bewegingen die abnormale onvrijwillige bewegingen (AIM’s) worden genoemd. Dyskinetisch-achtige bewegingen bij knaagdieren delen vergelijkbare moleculaire, functionele en farmacologische mechanismen gerelateerd aan LIDs bij PD-patiënten5. Daarom zijn 6-OHDA-laesie ratten20 en muizen21 waardevolle preklinische modellen om LIDs te bestuderen. Bij chronische behandeling (7-21 dagen) met therapeutische doses L-DOPA (5-20 mg/kg), vertonen eenzijdig 6-OHDA-laesie ratten en muizen een geleidelijke ontwikkeling van aki’s die de voorpoot-, romp- en orofaciale spieren beïnvloeden die contralateraal zijn voor de laesie 17,18,19,20,22,23,24 . Deze bewegingen worden gepresenteerd in een tijdsverloop vergelijkbaar met levodopa-geïnduceerde piekdosis dyskinesieën bij PD-patiënten25 en worden gekenmerkt door hyperkinetische bewegingen en dystonie5. AAM’s worden meestal gescoord op basis van hun ernst (bijvoorbeeld wanneer een specifieke AIM aanwezig is) en amplitude (bijvoorbeeld gekenmerkt door de amplitude van elke beweging)5,23,25.
6-OHDA-laesie knaagdiermodellen van LIDs vertonen gezichtsvaliditeit (d.w.z. het model heeft verschillende kenmerken die lijken op de menselijke conditie)5,11,26,27,28. Knaagdier-AIMs, vergelijkbaar met wat optreedt bij PD-patiënten, worden gezien als hyperkinetische (voorpoot- en orolingual) en dystonische (axiale) bewegingen29 en bootsen piekdosis dyskinesie na. Op moleculair en functioneel niveau delen knaagdiermodellen veel pathologische kenmerken met PD-patiënten5, zoals upregulatie van FosB/ΔFosB 19,26,30,31,32,33 en serotoninetransporter (SERT)34,35 . Wat de voorspellende validiteit betreft, vertonen geneesmiddelen die LIDs bij PD-patiënten verminderen (bijv. het N-methyl-D-aspartaat (NMDA) receptorantagonist amantadine) antidyskinetische werkzaamheid in het knaagdiermodel 22,36,37,38,39.
De knaagdier-AIMs-beoordelingsschaal is gemaakt op basis van vier AIMs-subtypen, waaronder AAM’s die het hoofd, de nek en de romp beïnvloeden (axiale AMM’s), hyperkinetische voorpootbewegingen (limb-AIMs) en dyskinetisch-achtige orolinguele bewegingen (orolinguele AIM’s). Hoewel contralaterale rotatie (locomotief-AAM’s) ook aanwezig is bij eenzijdig gelaesiede knaagdieren 20,22,23,25,40, is het niet gescoord als een dyskinetisch-achtige beweging omdat het mogelijk geen specifieke maat van LIDs 22,37,41 vertegenwoordigt.
Hier zullen we beschrijven hoe dyskinetisch-achtige bewegingen (axiale, ledemaat en orolinguele AMM’s) kunnen worden geïnduceerd en geanalyseerd in het ernstige (>90%) eenzijdig 6-OHDA-laesie ratmodel van PD. We hebben ons protocol georganiseerd op basis van de eerdere literatuur en onze laboratoriumexpertise.
Dit protocol laat zien hoe amm’s kunnen worden geïnduceerd en geanalyseerd in het rattenmodel van PD geïnduceerd door unilaterale micro-injectie van 6-OHDA in de MFB. Chronische dagelijkse toediening van lage doses levodopa (5 mg/kg, gecombineerd met 12,5 mg/kg benserazide) veroorzaakte de ontwikkeling van aam’s gedurende de 3 weken behandeling. Temporele analyse onthulde een significante toename van AMM’s en de piekdosis dyskinesie wordt waargenomen tussen 30 en 90 minuten na toediening van LEVODOPA. AMM’s zijn repeti…
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd ondersteund door São Paulo Research Foundation (FAPESP, subsidie 2017/00003-0). We zijn dankbaar voor de Coördinatie voor de Verbetering van het Hoger Onderwijs Personeel (CAPES). We danken Dr. Anthony R. West, Dr. Heinz Steiner en Dr. Kuei Y. Tseng voor ondersteuning en mentorschap.
6-hydroxydopamine hydrobromide | Sigma-Aldrich, USA | H6507 | Neurotoxin that produces degeneration of catecholaminergic terminals |
Benzerazide hydrochloride | Sigma | B7283 | Peripheral dopa-decarboxylase inhibitor |
Camera Bullet IR Turbo HD (HD-TVI) 2.8mm B | HIKVISION | DS-2CE16C0T-IRP | Camera used to record all behavior |
Imipramine hidrochloride | Alfa Aesar | J63723 | Norepinephrine transporter inhibitor (NET) used to protect noradrenergic neurons from 6-OHDA |
Ketamine hydrochloride | Ceva Animal Health | Anesthesia for surgical intervention | |
L-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA) methyl ester (hydrochloride) | Cayman Chemical Company | 16149 | Dopamine precursor |
Mirrors | Used to observe the behavior of animals during experiments in all directions | ||
Needles 0.30 x 13 mm | PrecisionGlide | Needles used to inject drugs | |
Sodium chloride (NaCl) | Samtec | Salt | |
Syringes 1 ml Sterile | BD Plastipak | Syringes used to inject drugs | |
Transparent cylinders | Used to record animal behavior during experiments | ||
Xylazine hydrochloride | Ceva Animal Health | Sedative, analgesic and muscle relaxant for surgical intervention |