JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neuroscience

تحريض وتقييم خلل الحركة الناجم عن ليفودوبا في نموذج الفئران لمرض باركنسون

Published: October 14, 2021
doi:
10.3791/62970
, ,
1Department of Translational Neuroscience, College of Human Medicine,Michigan State University, 2Hauenstein Neuroscience Center, Mercy Health Saint Mary’s

Summary

توضح هذه المقالة طرق تحفيز وتقييم خلل الحركة الناجم عن ليفودوبا في نموذج الفئران لمرض باركنسون. يقدم البروتوكول معلومات مفصلة بشأن شدة وتواتر مجموعة من السلوكيات خلل الحركة ، سواء خلل التوتر أو فرط الحركة ، مما يوفر أداة موثوقة لاختبار العلاجات التي تستهدف هذه الحاجة الطبية غير الملباة.

Abstract

لا يزال ليفودوبا (L-DOPA) هو العلاج القياسي الذهبي المستخدم لعلاج الأعراض الحركية لمرض باركنسون (PD). ومع ذلك ، فإن الحركات اللاإرادية غير المرغوب فيها المعروفة باسم خلل الحركة الناجم عن L-DOPA (LIDs) تتطور مع الاستخدام المطول لهذا السلائف الدوبامين. تشير التقديرات إلى أن حدوث LIDs يتصاعد إلى ما يقرب من 90٪ من الأفراد المصابين بمرض باركنسون في غضون 10-15 سنة من العلاج. يتطلب فهم آليات هذا المرض وتطوير علاجات جديدة وفعالة مضادة لخلل الحركة نمذجة متسقة ودقيقة للاختبار قبل السريري للتدخلات العلاجية. يتم عرض طريقة مفصلة للحث الموثوق به والتصنيف الشامل ل LIDs بعد الآفة النيجيرية التي يسببها 6-OHDA في نموذج الفئران من PD هنا. يوفر تقييم LID الذي يمكن الاعتماد عليه في الفئران أداة قوية يمكن استخدامها بسهولة عبر المختبرات لاختبار العلاجات الناشئة التي تركز على تقليل أو القضاء على هذا العبء المشترك الناجم عن العلاج للأفراد المصابين بمرض باركنسون.

Introduction

على الرغم من مرور أكثر من 50 عاما منذ أن تم تقديم ليفودوبا (L-DOPA) لأول مرة كعلاج للأفراد الذين يعانون من PD 1,2 ، إلا أنه لا يزال بشكل ملحوظ العلاج الأكثر فعالية للأعراض الحركية الباركنسونية. تنبع الأعراض الحركية السريرية المرتبطة ب PD من فقدان الخلايا العصبية الدوبامين (DA) في المادة السوداء (SN) pars compacta ، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في الدوبامين المتاح في المخطط. L-DOPA يعيد بشكل فعال مستويات DA المخططة ، مما يؤدي إلى فائدة حركية في وقت مبكر من المرض 3,4. في غير الوقت المناسب ، مع العلاج على المدى الطويل ، فإن معظم الأفراد الذين يعانون من مرض باركنسون سيصابون بخلل الحركة الناجم عن L-DOPA (LID) ، بما في ذلك الرقاص ، خلل التوتر العضلي ، و athetosis ، والتي غالبا ما تؤثر بشكل كبير على أنشطة الحياة اليومية 5,6,7.

في حين توجد العديد من النماذج السلوكية ل LID في القوارض ، فإن الاختلافات في النمذجة والتقييم السلوكي ل LIDs قد أثارت الشكوك حول إمكانية تكرار النتائج بين المختبرات وكذلك موثوقية هذه الأدوات التجريبية لأبحاث PD قبل السريرية. تم تطوير البروتوكول الحالي بالتعاون مع أخصائي اضطراب الحركة السريرية8 ، وهو طريقة مباشرة لتحريض LID وتصنيفه وهو مناسب للاستخدام في نموذج الفئران من PD باستخدام 6-hydroxydopamine (6-OHDA) الناجم عن آفة nigral أحادية الجانب 9,10. يتضمن مقياس تصنيف LID المقدم هنا تسجيل درجات لكل من شدة وتواتر السلوك خلل الحركة في مختلف أجزاء الجسم الفردية. كما يتم توفير المعلومات ذات الصلة فيما يتعلق بتحسين سير العمل للتجارب والرعاية والتعامل المناسبين مع الحيوانات المصابة بالشلل الرعاش وعسر الحركة.

Protocol

تم الحفاظ على الحيوانات المعروضة هنا والتعامل معها وفقا للمبادئ التوجيهية المؤسسية. تمت الموافقة على جميع الإجراءات الحيوانية من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية بجامعة ولاية ميشيغان (IACUC) وفقا للوائح الفيدرالية ولوائح الولاية. 1. تأكيد خال من المخدرات لحالة ?…

Representative Results

يمكن أن تظهر LIDs في الفئران الباركنسون كمجموعة من الحركات اللاإرادية غير الطبيعية (AIMs) ، بما في ذلك السلوكيات المضطربة وفرط الحركة والنمطية. يتم عرض معايير تصنيف LID لمثل هذه السلوكيات هنا لتشمل كل من الشدة (الجدول 1) والتردد (الجدول 2). يوفر هذا درجة خطورة LID إجمالية لكل فأر ت?…

Discussion

تظهر هنا تفاصيل عن الحث القابل للتكرار وتصنيف LIDs في نموذج الفئران الباركنسونية بعد آفة 6-OHDA أحادية الجانب لنظام DA nigrostriatal. في حين كان يعتقد ذات مرة أن القوارض لم تطور LID وأن عدم التماثل الدوراني قد يكون تناظريا ل LID في الفئران31 ، فقد تم تمييز نماذج الفئران والفئران على مدى العقدي…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

نريد أن نعترف بنضالات جميع المصابين بمرض باركنسون والقوة والمرونة التي يظهرونها كل يوم ، وخاصة الأب المحبوب ل KSC ، مارك ستيس. تم دعم العمل الممثل هنا من قبل المعهد الوطني للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية (NS090107 ، NS110398) وبرنامج المنح البحثية الدولية لمؤسسة مرض باركنسون ، وهو الآن مؤسسة باركنسون. ونود أيضا أن نعرب عن تقديرنا لمولي فاندرفيرب على مساعدتها التحريرية الممتازة.

Materials

 100 Minutes Digital Timer Staples 1111764
 Compass CX Compact Scale Ohaus 30428202
5-(2-aminoethyl)-1,2,4-benzenetriol, monohydrobromide Cayman Chemicals 25330 6-OHDA is a catecholaminergic neurotoxin that is used to induce dopaminergic lesions and parkinsonian symptoms in rodents.
Allentown cages Allentown, LLC Rat900 Allentown cages provide the ability to view the rats from all sides.
BD Allergist Trays with Permanently Attached Needle BD BD 305540 For subcutaneous L-DOPA injections
Benserazide hydrochloride Sigma-Aldrich B7283 Benserazide is a peripheral decarboxylase inhibitor used with L-DOPA to to induce dyskinesia in rodent models of PD.
Glass amber scintillation vials Thermo Scientific B7921 Used for storage of L-DOPA/benserazide at -20 °C until mixed with sterile saline.
L-3,4-Dihydroxyphenylalanine methyl ester hydrochloride Sigma-Aldrich D1507 L-3,4-Dihydroxyphenylalanine methyl ester is a precursor to L-DOPA that crosses the blood-brain barrierand use to treat parkinsonian symptoms in rodents.
Paper Mate Sharpwriter Mechanical Pencils Staples 107250
Rodent nutritionally complete enrichment treats Bio-Serv F05478
Round Ice Bucket with Lid, 2.5 L Corning 432129
Standard Plastic Clipboard Staples 1227770
Steel wired 6' long movable shelving units Uline H9488 Width/Height can be adjusted to need/number of rats per experiment
Sterile Saline 0.9% Covidien/Argyle 1020 For mixing with L-DOPA/benserazide prior to subcutaneous injections.
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cotzias, G. C., Papavasiliou, P. S., Gellene, R. L-dopa in parkinson’s syndrome. New England Journal of Medicine. 281, 272 (1969).
  2. Yahr, M. D., Duvoisin, R. C., Schear, M. J., Barrett, R. E., Hoehn, M. M. Treatment of parkinsonism with levodopa. Archives of Neurology. 21 (4), 343-354 (1969).
  3. Bastide, M. F., et al. Pathophysiology of L-dopa-induced motor and non-motor complications in Parkinson’s disease. Progress in Neurobiology. 132, 96-168 (2015).
  4. Sellnow, R. C., et al. Regulation of dopamine neurotransmission from serotonergic neurons by ectopic expression of the dopamine D2 autoreceptor blocks levodopa-induced dyskinesia. Acta Neuropathologica Communications. 7 (1), 8 (2019).
  5. Bastide, M. F., Bezard, E. L-dopa induced dyskinesia in Parkinson’s disease]. Bulletin de l’Académie Nationale de Médecine. 199 (2-3), 201-212 (2015).
  6. Hauser, R. A., et al. ADS-5102 (Amantadine) extended-release capsules for levodopa-induced dyskinesia in Parkinson’s Disease (EASE LID 2 study): Interim results of an open-label safety study. Journal of Parkinson’s Disease. 7 (3), 511-522 (2017).
  7. Huot, P., Johnston, T. H., Koprich, J. B., Fox, S. H., Brotchie, J. M. The pharmacology of L-DOPA-induced dyskinesia in Parkinson’s disease. Pharmacological Reviews. 65 (1), 171-222 (2013).
  8. Steece-Collier, K., et al. Embryonic mesencephalic grafts increase levodopa-induced forelimb hyperkinesia in parkinsonian rats. Movement Disorders. 18 (12), 1442-1454 (2003).
  9. 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. (60), e3234 (2012).
  10. Simola, N., Morelli, M., Carta, A. R. The 6-hydroxydopamine model of Parkinson’s disease. Neurotoxicity Research. 11 (3-4), 151-167 (2007).
  11. Borlongan, C. V., Hida, H., Nishino, H. Early assessment of motor dysfunctions aids in successful occlusion of the middle cerebral artery. Neuroreport. 9 (16), 3615-3621 (1998).
  12. Fleming, S. M. Behavioral outcome measures for the assessment of sensorimotor function in animal models of movement disorders. International Review of Neurobiology. 89, 57-65 (2009).
  13. Borlongan, C. V., Sanberg, P. R. Elevated body swing test: a new behavioral parameter for rats with 6-hydroxydopamine-induced hemiparkinsonism. Journal of Neuroscience. 15 (7), 5372-5378 (1995).
  14. Chang, J. W., Wachtel, S. R., Young, D., Kang, U. J. Biochemical and anatomical characterization of forepaw adjusting steps in rat models of Parkinson’s disease: studies on medial forebrain bundle and striatal lesions. Neuroscience. 88 (2), 617-628 (1999).
  15. Lundblad, M., et al. Pharmacological validation of behavioural measures of akinesia and dyskinesia in a rat model of Parkinson’s disease. European Journal of Neuroscience. 15 (1), 120-132 (2002).
  16. Olsson, M., Nikkhah, G., Bentlage, C., Bjorklund, A. Forelimb akinesia in the rat Parkinson model: differential effects of dopamine agonists and nigral transplants as assessed by a new stepping test. Journal of Neuroscience. 15 (5), 3863-3875 (1995).
  17. Monville, C., Torres, E. M., Dunnett, S. B. Comparison of incremental and accelerating protocols of the rotarod test for the assessment of motor deficits in the 6-OHDA model. Journal of Neuroscience Methods. 158 (2), 219-223 (2006).
  18. Steece-Collier, K., et al. Striatal Nurr1, but not FosB expression links a levodopa-induced dyskinesia phenotype to genotype in Fisher 344 vs. Lewis hemiparkinsonian rats. Experimental Neurology. 330, 113327 (2020).
  19. Steece-Collier, K., et al. Genetic silencing of striatal CaV1.3 prevents and ameliorates levodopa dyskinesia. Movement Disorders. 34 (5), 697-707 (2019).
  20. Tayarani-Binazir, K. A., Jackson, M. J., Strang, I., Jairaj, M., Rose, S., Jenner, P. Benserazide dosing regimen affects the response to L-3,4-dihydroxyphenylalanine in the 6-hydroxydopamine-lesioned rat. Behavioral Pharmacology. 23 (2), 126-133 (2012).
  21. Lindgren, H. S., Rylander, D., Ohlin, K. E., Lundblad, M., Cenci, M. A. The “motor complication syndrome” in rats with 6-OHDA lesions treated chronically with L-DOPA: relation to dose and route of administration. Behavioural Brain Research. 177 (1), 150-159 (2007).
  22. Suckow, M. A., Stevens, K. A., Wilson, R. P. . American College of Laboratory Animal Medicine series xvii. , 1268 (2012).
  23. Zhou, Y. Z., Alany, R. G., Chuang, V., Wen, J. Studies of the Rate Constant of l-DOPA Oxidation and Decarboxylation by HPLC. Chromatographia. 75, 597-606 (2012).
  24. Stroomer, A. E., Overmars, H., Abeling, N. G., van Gennip, A. H. Simultaneous determination of acidic 3,4-dihydroxyphenylalanine metabolites and 5-hydroxyindole-3-acetic acid in urine by high-performance liquid chromatography. Clinical Chemistry. 36 (10), 1834-1837 (1990).
  25. . PubChem Compound Summary for CID 6047, Levodopa Available from: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Levodopa (2021)
  26. Merck. . The Merck Index 13th edn. , (2021).
  27. Ortner, N. J., et al. Lower affinity of isradipine for L-Type Ca(2+) channels during substantia nigra dopamine neuron-like activity: Implications for neuroprotection in Parkinson’s Disease. Journal of Neuroscience. 37 (228), 6761-6777 (2017).
  28. Hazra, A., Gogtay, N. Biostatistics series module 3: Comparing groups: Numerical variables. Indian Journal of Dermatology. 61 (3), 251-260 (2016).
  29. Mishra, P., Pandey, C. M., Singh, U., Keshri, A., Sabaretnam, M. Selection of appropriate statistical methods for data analysis. Annals of Cardiac Anaesthesia. 22 (3), 297-301 (2019).
  30. Divito, C. B., et al. Loss of VGLUT3 produces circadian-dependent hyperdopaminergia and ameliorates motor dysfunction and l-Dopa-Mediated dyskinesias in a model of Parkinson’s Disease. Journal of Neuroscience. 35 (45), 14983-14999 (2015).
  31. Henry, B., Crossman, A. R., Brotchie, J. M. Characterization of enhanced behavioral responses to L-DOPA following repeated administration in the 6-hydroxydopamine-lesioned rat model of Parkinson’s disease. Experimental Neurology. 151 (2), 334-342 (1998).
  32. Andersson, M., Hilbertson, A., Cenci, M. A. Striatal fosB expression is causally linked with l-DOPA-induced abnormal involuntary movements and the associated upregulation of striatal prodynorphin mRNA in a rat model of Parkinson’s disease. Neurobiology of Disease. 6 (6), 461-474 (1999).
  33. Cenci, M. A., Lee, C. S., Bjorklund, A. L-DOPA-induced dyskinesia in the rat is associated with striatal overexpression of prodynorphin- and glutamic acid decarboxylase mRNA. European Journal of Neuroscience. 10 (8), 2694-2706 (1998).
  34. Dekundy, A., Lundblad, M., Danysz, W., Cenci, M. A. Modulation of L-DOPA-induced abnormal involuntary movements by clinically tested compounds: further validation of the rat dyskinesia model. Behavioural Brain Research. 179 (1), 76-89 (2007).
  35. Collier, T. J., et al. Interrogating the aged striatum: robust survival of grafted dopamine neurons in aging rats produces inferior behavioral recovery and evidence of impaired integration. Neurobiology of Disease. 77, 191-203 (2015).
  36. Maries, E., et al. Focal not widespread grafts induce novel dyskinetic behavior in parkinsonian rats. Neurobiology of Disease. 21 (1), 165-180 (2006).
  37. Mercado, N. M., et al. The BDNF Val66Met polymorphism (rs6265) enhances dopamine neuron graft efficacy and side-effect liability in rs6265 knock-in rats. Neurobiology of Disease. 148, 105175 (2021).
  38. Cenci, M. A., Crossman, A. R. Animal models of l-dopa-induced dyskinesia in Parkinson’s disease. Movement Disorders. 33 (6), 889-899 (2018).
  39. Lindenbach, D. Behavioral and cellular modulation of L-DOPA-induced dyskinesia by beta-adrenoceptor blockade in the 6-hydroxydopamine-lesioned rat. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 337 (3), 755-765 (2011).
  40. Petzinger, G. M. Reliability and validity of a new global dyskinesia rating scale in the MPTP-lesioned non-human primate. Movement Disorders. 16 (2), 202-207 (2001).
  41. Fox, S. H., Johnston, T. H., Li, Q., Brotchie, J., Bezard, E. A critique of available scales and presentation of the Non-Human Primate Dyskinesia Rating Scale. Movement Disorders. 27 (11), 1373-1378 (2012).
  42. Cenci, M. A., Ohlin, K. E. Rodent models of treatment-induced motor complications in Parkinson’s disease. Parkinsonism & Related Disorders. 15, 13-17 (2009).
  43. Cenci, M. A., Whishaw, I. Q., Schallert, T. Animal models of neurological deficits: how relevant is the rat. Nature Reviews: Neuroscience. 3 (7), 574-579 (2002).
  44. Zhang, Y., et al. Aberrant restoration of spines and their synapses in L-DOPA-induced dyskinesia: involvement of corticostriatal but not thalamostriatal synapses. Journal of Neuroscience. 33 (28), 11655-11667 (2013).
  45. Konradi, C., et al. Transcriptome analysis in a rat model of L-DOPA-induced dyskinesia. Neurobiology of Disease. 17 (2), 219-236 (2004).
  46. Morin, N., Jourdain, V. A., Di Paolo, T. Modeling dyskinesia in animal models of Parkinson disease. Experimental Neurology. 256, 105-116 (2014).
  47. Cenci, M. A., Riggare, S., Pahwa, R., Eidelberg, D., Hauser, R. A. Dyskinesia matters. Movement Disorders. 35 (3), 392-396 (2020).

Tags

Keywords: Levodopa-induced DyskinesiaParkinson’s DiseaseRat ModelInductionAssessmentRating ScaleAnimal ModelL-DOPABenserazideSubcutaneous Injection
check_url/62970?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Caulfield, M. E., Stancati, J. A., Steece-Collier, K. Induction and Assessment of Levodopa-induced Dyskinesias in a Rat Model of Parkinson’s Disease. J. Vis. Exp. (176), e62970, doi:10.3791/62970 (2021).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image