Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, 2005; 2: 20-20 (más artículos en esta revista)

De andar en la dinámica de los modelos de ratón de la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Huntington

BioMed Central
Ivo Amende (ivo@amende-hannover.de) [1], Ajit Kale (ajit_kale@curavita.org) [2], McCue Scott (smccue@mousespecifics.com) [2], Glaciar Scott (scott.glazier @ comcast. Net) [2], James P Morgan (jmorgan@bidmc.harvard.edu) [1], Thomas G Hampton (hampton@curavita.org) [1]
[1] Division of Medicine, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, Boston, MA 02215 USA
[2] The CuraVita Corporation, Boston, MA 02109 USA

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Resumen
Antecedentes

De andar se altera en pacientes con enfermedad de Parkinson (PD) y la enfermedad de Huntington (HD), pero la dinámica de andar en modelos de ratones de DP y HD no se han descrito. Aquí cuantificados temporal y espacial de los índices de la dinámica de andar en un modelo murino de la DP y un ratón modelo de HD.

Métodos

Se obtuvieron los índices de andar en C57BL/6J ratones tratados con la neurotoxina dopaminérgica 1-metil-4-fenil-1 ,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP, 30 mg / kg / día por 3 días) para el PD, la toxina mitocondrial 3-nitropropionic ácido (3NP, 75 mg / kg dosis acumulativa) para HD, o de solución salina. Se aplicaron ventral plano videografía para generar impresiones digitales pata de la que los índices de variabilidad de andar y de andar fueron determinados. Ratones caminaron sobre un tapiz rodante transparente cinturón a una velocidad de 34 cm / s después de los tratamientos.

Resultados

Longitud de zancada fue significativamente más corto en los ratones tratados con MPTP (6,6 ± 0,1 vs 7,1 cm ± 0,1 cm, P <0,05) y la frecuencia de paso fue significativamente mayor (5,4 ± 0,1 vs 5,0 Hz ± 0,1 Hz, P <0.05) Después de 3 administraciones de MPTP, en comparación con los ratones tratados con solución salina. La incapacidad de algunos ratones tratados con 3NP exposición coordinada a andar se debió a la falta de extremidades traseras mientras que se mantuvo la dinámica de andar extremidad anterior intacta. Paso-a-paso variabilidad fue significativamente mayor en el MPTP tratados y 3NP ratones tratados en comparación con los ratones tratados con solución salina. Para determinar si las alteraciones de andar por MPTP y 3NP, las drogas afectan a los ganglios basales, son comparables a andar asociados con las enfermedades de la neurona motora, también estudió la dinámica de andar en un modelo murino de esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Variabilidad de andar no fue mayor en la SOD1 G93A transgénico modelo de ELA frente al tipo salvaje de control de ratones.

Conclusión

Las distintas características de la variabilidad de andar y de andar en el modelo MPTP de la enfermedad de Parkinson y la 3NP modelo de la enfermedad de Huntington puede reflejar el deterioro de las vías nerviosas específicas implicadas.

Antecedentes

Disturbios en andar son sintomáticos de la enfermedad de Parkinson (PD) y la enfermedad de Huntington (HD). De andar anomalías en la DP incluyen acortar longitud de zancada [1, 2], un dyscontrol frecuencia de paso [3], la inestabilidad postural y [4]. De andar anomalías en HD incluyen una reducción de velocidad a pie [5], se amplió el ancho postura [6], la reducción de longitud de zancada [6, 7], y el poder [8]. Variabilidad de andar también ha demostrado ser significativamente mayor en los pacientes con PD [9 - 11] y HD [7, 9] en comparación con los sujetos control. La detección temprana de las alteraciones de andar puede resultar en el tratamiento anterior. Terapias para PD y HD pacientes suelen ser desarrollado para mejorar las anomalías del paso [12, 13]. Mouse modelos de DP y HD se utilizan para comprender las patologías de las enfermedades y para acelerar la puesta a prueba de nuevas terapias para corregir defectos de motor. Aunque los índices de andar espacial se han comunicado [14, 15], la dinámica de andar en modelos de ratones de DP y HD todavía no se han descrito.

Un modelo de ratón común de la enfermedad de Parkinson es obtenido en repetidas ocasiones por la administración de la neurotoxina 1-metil-4-fenil-1 ,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) [16 - 18]. MPTP causa daños de la nigrostriatal sistema dopaminérgico [19], lo que resulta en PD síntomas, incluyendo una reducción de longitud de zancada [14] y la postura disturbios en ratones [20]. Un ratón común de modelo de HD se obtiene reiteradamente por la administración de la toxina mitocondrial 3-nitropropionic ácido (3NP) [21, 22]. 3NP causas striatal neurodegeneración resultante en distonía leve y bradicinesia comparable a la HD en las personas [23, 24].

Motor defectos en ratones tratados con MPTP 3NP o de los animales tratados a menudo se cuantificarán mediante la rotarod prueba que mide el tiempo que un sujeto puede equilibrio sobre una varilla giratorio [25, 26]. MPTP se consigue una reducción de rendimiento en el rotarod [27] o que no tienen ningún efecto sobre el rendimiento rotarod [17, 28]. 3NP ha demostrado reducir rotarod rendimiento [29], o que no tienen ningún efecto sobre el rendimiento rotarod [30]. La prueba de natación [31], balanza de prueba [32], y el polo de prueba [33] También se han utilizado para investigar los efectos del MPTP 3NP y en la función motora en ratones. Resultados en relación con la disfunción de motor en el modelo MPTP de la DP y el 3NP modelo de HD puede variar debido a la heterogeneidad de los protocolos seguidos. Las disparidades en el grado de disfunción motora han sugerido que grandes dosis de MPTP 3NP o pueden ser necesarias para detectar defectos de motor nigrostriatal después de los daños [18, 29, 34].

Varios estudios en modelos de ratones de DP y HD han descrito "andar" por la estimación de longitud de zancada [14], y la postura de anchura [15] determinada por la pintura de los animales patas. Fernagut et al. Informó de que la longitud de zancada es un índice fiable de los trastornos motores debido a la disfunción de los ganglios de la base en ratones [15]. De andar en la dinámica de los seres humanos, sin embargo, se extienden más allá de la medida de la longitud de zancada. De andar la dinámica espacial en los seres humanos incluyen índices como el ancho y la posición del pie colocación ángulo. La dinámica de andar en los seres humanos incluyen también los índices temporales, como la frecuencia de paso, paso duración, swing duración, y la postura de duración.

Paso-a-paso de andar en la variabilidad de los seres humanos también ha proporcionado información importante acerca de los posibles mecanismos implicados en las enfermedades neurodegenerativas, incluyendo la DP y HD [7, 9 - 11]. En pacientes con PD, el mayor paso-a-paso ha informado de la variabilidad [9 - 11, 35]. La longitud de zancada aumento de la variabilidad con la progresión de la PD lo que sugiere que este índice es útil para evaluar el curso de la DP [10]. Hausdorff et al. Demostrado significativamente mayor variabilidad de andar en varios índices, incluida la duración y el paso del swing duración, en pacientes con PD y HD [9], y, en sujetos con esclerosis lateral amiotrófica (ELA) [36]. Se ha propuesto que una matriz de los marcadores dinámicos de andar podría ser útil en la caracterización de las diferentes enfermedades de control de motor [36]. En comparación, los análisis de la variabilidad de andar y de paso en modelos de ratones de DP y HD no han sido reportadas.

Recientemente hemos descrito ventral videografía utilizando un avión de alta velocidad a la cámara digital de la imagen inferior de ratones caminar sobre un tapiz rodante cinturón transparente [37, 38]. La tecnología genera "pata impresiones digitales", proporcionando espacial y temporal de los índices de andar. Aquí se aplica ventral plano videografía para estudiar la dinámica de andar en el modelo MPTP de la DP y el 3NP modelo de HD. Se estudiaron los C57BL / 6 cepa, que ha demostrado ser sensible a las dos toxinas [14, 18, 21, 29]. Desde PD, HD, ELA y compartir aspectos de la patogénesis y patología de la disfunción motora, también estudió la dinámica de andar en la SOD1 G93A ratón transgénico modelo de ELA [39] para comparar la variabilidad de andar en modelos de ratón de enfermedad de los ganglios de la base a un modelo de ratón Enfermedad de la motoneurona.

Métodos
Ratones

Hombre C57BL/6J mice (7-8 semanas; ~ 22 gm) fueron adquiridos de El Laboratorio Jackson (Bar Harbor, ME). Ratones transgénicos para los mutantes humanos SOD1 G93A (TgN [SOD1-G93A] 1Gur) (SOD1 G93A) y de tipo salvaje humana SOD1 (TgN [SOD1] 2Gur) los controles de tipo salvaje) se compraron de El Laboratorio Jackson (Bar Harbor, ME ) Cuando los ratones fueron ~ 7,5 semanas de edad. Los animales se mantuvieron en un 12 horas de luz: 12 horas oscuridad calendario ad libitum con el acceso a los alimentos y el agua. Manejo y cuidado de los ratones estaban en consonancia con las directrices federales y protocolos institucionales.

Grupos experimentales
La dinámica de andar

La dinámica de andar se registraron utilizando ventral plano videografía, como ha sido descrito previamente [37, 38]. En pocas palabras, hemos diseñado un motor impulsado con un tapiz rodante cinturón transparente. A alta velocidad, cámara de vídeo digital fue montado por debajo del cinturón transparente rodante. Un compartimento de acrílico, 5 ~ ~ cm de ancho por 25 cm de largo, la duración de las cuales es ajustable, se montó en la parte superior del tapiz rodante para mantener el ratón que caminaba sobre el tapiz rodante en el cinturón de vista de la cámara. Video digital de las imágenes de la parte inferior de los ratones fueron recogidos a 80 fotogramas por segundo. Cada imagen representa 12,5 ms; pata la zona temporal indica la ubicación de la pata relativo a la faja rodante. Las imágenes en color se convirtieron en sus equivalentes de la matriz binaria, y las zonas (en píxeles) de la proximidad de las patas o en retirada con relación a la cinta de la cámara y se calcularon a lo largo de cada paso. El trazado de la zona de cada pata de impresión digital (pata área de contacto) imágenes secuencialmente en el tiempo proporciona una dinámica de andar señal, que representa el registro temporal de pata relativa a la colocación del tapiz rodante cinturón (Figura 1]. Cada paso de señal para cada extremidad por un paso duración (paso del tiempo), que incluye la postura de duración cuando la pata de un miembro está en contacto con la superficie a pie, además de la duración de oscilación cuando la pata de la misma extremidad no está en contacto con La poca superficie. Stance duración se subdividen a su vez en la duración de frenado (pata cada vez mayor área de contacto con el tiempo) y de propulsión duración (pata área de contacto decreciente en el tiempo) (Figura 1B].

Zancada frecuencia se calculó contando el número de señales de andar en el tiempo. Longitud de zancada se calcula a partir de la ecuación: velocidad = frecuencia de paso × longitud de zancada. Para obtener postura anchos y colocación de los ángulos de pata en plena postura, elipses se ajustaron a las patas, y los centros, vértices, y los principales ejes de las elipses se determinaron. Extremidad anterior y posterior extremidad postura anchos se calcula como la distancia perpendicular entre los ejes principales de la izquierda y la derecha pata imágenes durante las horas pico de postura. De andar datos fueron recogidos y agrupados de la extremidades izquierda y derecha, la izquierda y la derecha y las extremidades traseras.

Medidas de paso-a-paso variabilidad (variabilidad de andar) de longitud de zancada, el paso del tiempo, y la postura de anchura se determinará como la desviación típica y el coeficiente de variación (CV). La desviación estándar refleja la dispersión sobre el valor medio de un parámetro. CV se calculó a partir de la ecuación: 100 × desviación estándar / valor medio.

~ Andar se registró 24 horas después de cada administración de solución salina o MPTP. De andar se registró ~ 12 horas después de la 1 ª administración, y ~ 24 horas después de la 2 ª y 3 ª de la administración 3NP. Cada ratón se le permitió explorar el tapiz rodante para compartimento ~ 1 minuto con la velocidad del motor fijado a cero, ya que nuestra experiencia previa con ratones C57BL/6J [37] indicaron que no requieren ampliarse a la aclimatación rodante. El motor de velocidad se establece en 34 cm / s, y las imágenes fueron recogidos. Aproximadamente 3 segundos de videografía fueron recogidos para cada pie ratón para proporcionar más de 7 pasos secuenciales. Sólo segmentos de vídeo en el que los ratones caminaban con un índice de regularidad del 100% [46] se utilizaron para los análisis de imagen. El tapiz rodante cinturón fue limpiar entre los estudios si es necesario.

Estadísticas

Los datos se presentan como medias ± SE. ANOVA se utilizó para la prueba estadística de las diferencias entre los tratados con solución salina, tratados con MPTP, y 3NP de los animales tratados. Cuando el F-Resultado superó F crítico para α = 0,05, hemos utilizado post hoc unpaired Student de dos colas pruebas t para comparar grupo de medios. De andar entre los índices de extremidades y las extremidades traseras dentro de la salina de los animales tratados fueron comparados mediante Student de dos colas prueba "t" para pares de observaciones. De andar entre los índices SOD1 G93A de tipo silvestre y el control de los ratones se compararon mediante unpaired Student de dos colas t-test. Las diferencias se consideraron significativas con una P <0,05.

Resultados
De andar en ratones tratados con solución salina

La vista ventral de un ratón C57BL/6J caminar sobre un tapiz rodante cinturón transparente se muestra en el panel superior de la Figura 1 (y archivo adicional 1]. Representante de andar dinámica de las señales de extremidad anterior de la izquierda y la derecha la extremidad posterior de un tratado con la solución salina ratón caminar a una velocidad de 34 cm / s se muestran en el panel inferior de la Figura 1. Paseos a una velocidad de 34 cm / s, ratones C57BL/6J logrado ~ 5 pasos cada segundo, completó un paso dentro de ~ 200 ms, y atravesado ~ 7 cm con cada paso. Las contribuciones de postura y swing duraciones a paso duración se ~ 55% (posición / paso) y ~ 45% (swing / paso), respectivamente. Extremidad anterior postura ancho fue significativamente más reducida que la extremidad posterior postura de ancho (1,7 cm ± 0,1 vs 2,4 ± 0,2 cm, P <0,05). La pata colocación ángulo de la vista, las extremidades fue significativamente más abierta que la pata de colocación ángulo de la extremidades (13,9 ± 1,6 vs 2,6 ± 0,6, P <0,05). Longitud de zancada variabilidad de las extremidades traseras fue inferior a la de extremidades (0,63 cm ± 0,08 vs 0,78 ± 0,03 cm, P <0,05). Asimismo, la variabilidad de ancho postura extremidades traseras fue inferior a la de extremidades (0,14 cm ± 0,01 vs 0,21 ± 0,02 cm, P <0,05) en los ratones tratados con solución salina caminar sobre un tapiz rodante cinturón a 34 cm / s.

De andar en ratones tratados con MPTP

La dinámica de andar en ratones tratados con MPTP después del 3 de las administraciones de 30 mg / kg MPTP fueron significativamente diferentes de la dinámica de andar en ratones tratados con solución salina (Tabla 1 y Figura 2]. Longitud de zancada se redujo en los ratones tratados con MPTP en comparación con los ratones tratados con solución salina (6,6 ± 0,1 vs 7,1 cm ± 0,1 cm, P <0,05), a poca velocidad de 34 cm / s. Zancada frecuencia aumentó en los ratones tratados con MPTP. Zancada duración fue significativamente más corto en los ratones tratados con MPTP (194 ± 1 ms vs 207 ± 2 ms, P <0,05). Esto se debió a una menor duración del swing posterior extremidades (92 ± 3 vs 104 ± 2 ms, P <0,05), y la menor duración de la postura extremidades (116 ± 2 ms vs 126 ± 2 ms, P <0,05). Las contribuciones de postura y swing a paso duración en ratones tratados con MPTP no fueron diferentes que en los ratones tratados con solución salina, a pesar de la zancada más corta duración. Extremidad anterior postura de la extremidad posterior ancho y ancho postura fueron comparables en los ratones tratados con MPTP y de los ratones tratados con solución salina. La pata colocación de los ángulos de la extremidades y las extremidades traseras de los ratones tratados con MPTP no son diferentes que en los ratones tratados con solución salina. El gráfico 2 muestra cómo la señal del paso de la extremidad posterior derecha de un tratado con MPTP ratón superpuesta sobre la señal del paso de la extremidad posterior derecha de un ratón tratadas con solución salina.

Zancada tiempo para el 14 de la dinámica secuencial de pasos en un tratado con MPTP ratón se muestran en el panel superior de la Figura 3. Por comparación, el paso del tiempo en una dinámica 3NP tratados ratón se ilustran en el panel central, y en los tratados con solución salina ratón en el panel inferior de la Figura 3. Variabilidad de andar fue significativamente mayor en los ratones tratados con MPTP después de 3 tratamientos en comparación con los ratones tratados con solución salina. Longitud de zancada variabilidad de las extremidades fue mayor en los tratados con MPTP que en los ratones tratados con solución salina (0,91 cm ± 0,04 vs 0,78 ± 0,03 cm, P <0,05). Longitud de zancada variabilidad de las extremidades traseras, sin embargo, no fue diferente en los ratones tratados con MPTP. El coeficiente de variación (CV) de la extremidad anterior longitud de zancada fue significativamente mayor en los tratados con MPTP que en los ratones tratados con solución salina (13,6 ± 0,8% vs 11,1 ± 0,8%, P <0,05). La extremidad posterior de CV longitud de zancada era un poco mayor en MPTP tratados que en los ratones tratados con solución salina (10,0 ± 1,5% vs 8,0 ± 0,7%, NS).

Stance ancho de la variabilidad de las extremidades fue significativamente mayor en los tratados con MPTP que en los ratones tratados con solución salina (0,26 cm ± 0,01 vs 0,21 ± 0,02 cm, P <0,05). Stance ancho de la variabilidad de las extremidades traseras MPTP fue mayor en los tratados que en los ratones tratados con solución salina (0,20 cm ± 0,02 vs 0,14 ± 0,01 cm, P <0,05). El CV de extremidad anterior postura ancho MPTP fue mayor en los tratados que en los ratones tratados con solución salina (16,7 ± 1,3% vs 12,3 ± 1,2%, P <0,05). El CV postura de la extremidad posterior ancho MPTP fue mayor en los tratados que en los ratones tratados con solución salina (9,1 ± 1,1% vs 5,9 ± 0,5%, P <0,05).

De andar en ratones tratados con 3NP

Longitud de zancada, la frecuencia de paso, la postura duración, el swing y duración no fueron afectadas por 3NP después de la 1 ª y 2 ª administraciones de 25 mg / kg. La pata colocación ángulo de la vista, las extremidades, sin embargo, fue significativamente más abierto en 3NP ratones tratados (n = 6), en comparación con los ratones tratados con solución salina (16,6 ° ± 1,2 vs 12,4 ± 1,5 °, P <0,05) después de la 2 ª administración de 3NP (dosis acumulativa de 50 mg / kg). Stance ancho de la variabilidad de las extremidades, por otra parte, fue mayor en los tratados con 3NP que en los ratones tratados con solución salina (0,28 cm ± 0,01 vs 0,22 ± 0,02 cm, P <0,05) después de la 2 ª administración de 3NP. El CV de extremidad anterior postura ancho 3NP fue mayor en los tratados que en los ratones tratados con solución salina (15,0 ± 1,2% vs 11,7 ± 0,6%, P <0,05) después de la 2 ª administración de 3NP. Ni la longitud de zancada variabilidad ni postura ancho variabilidad de la vista, las extremidades se vio afectada después de la 2 ª administración de 3NP (dosis acumulativa de 50 mg / kg).

Después de la 3 ª administración de 3NP (dosis acumulativa de 75 mg / kg), la mitad de los ratones tratados con 3NP no podía caminar sobre el tapiz rodante cinturón a una velocidad de 34 cm / s. Extremidad anterior de andar en los tres índices 3NP tratados con ratones que podría caminar sobre el tapiz rodante cinturón fueron similares a los ratones tratados con solución salina. Hind extremidad índices de andar, sin embargo, se vieron afectadas en los tres 3NP ratones tratados que podría caminar sobre el tapiz rodante cinturón. La postura de la extremidad posterior ancho (2,8 ± 0,2 cm) y ángulo de pata de colocación (15,2 ± 1,0 °), en los ratones tratados con 3NP que podía caminar sobre el tapiz rodante cinturón (n = 3) tienden a ser mayores que en los ratones tratados con solución salina. El porcentaje de avance gastado en postura fue significativamente mayor en los ratones tratados con 3NP que en los ratones tratados con solución salina (59,4 ± 2,3% vs 54,3 ± 0,9%, P <0,05). El porcentaje de postura pasado en la duración de propulsión (propulsión / postura) fue mayor de las extremidades traseras en 3NP ratones tratados que en los ratones tratados con solución salina (45,2 ± 2,5% vs 40,2 ± 0,9%, P <0,05). Esto fue a costa de una menor contribución de swing a paso duración (40,6 ± 2,3% vs 45,7 ± 0,9%, P <0,05).

Longitud de zancada variabilidad de las extremidades, además, fue significativamente mayor en los tres 3NP ratones tratados que pudieran caminar que en los ratones tratados con solución salina (1,31 cm ± 0,09 vs 0,87 ± 0,07 cm, P <0,05). Stance ancho de la variabilidad de las extremidades también fue mayor en los tratados con 3NP que en los ratones tratados con solución salina (0,31 cm ± 0,04 vs 0,22 ± 0,01 cm, P <0,05). CV extremidad anterior de la longitud de zancada fue mayor en 3NP tratados que en los ratones tratados con solución salina (17,9 ± 1,6% vs 11,8 ± 0,8%, P <0,05) (Figura 3]. El CV de extremidad anterior postura ancho 3NP fue mayor en los tratados que en los ratones tratados con solución salina (17,3 ± 2,4% vs 11,7 ± 0,6%, P <0,05). Hind extremidad longitud de zancada y la variabilidad de las extremidades traseras postura ancho de la variabilidad no fueron diferentes en los ratones tratados con 3NP que podía caminar sobre el tapiz rodante cinturón en comparación con los ratones tratados con solución salina.

Hind extremidad de andar fracaso en ratones tratados con 3NP

Dos 3NP tratados con ratones que no podían caminar en la faja rodante en movimiento a una velocidad de 34 cm / s, sin embargo, trató de caminar, pero no a participar en la coordinación de las extremidades traseras refuerzo. Más bien, estos ratones riostras sus patas traseras sobre la base de las paredes laterales del compartimiento de a pie (Figura 4, parte superior del panel; archivo adicional 2], evitando el movimiento rodante cinturón. Las extremidades de estos tratados 3NP ratones, sin embargo, el refuerzo de ejecución coordinada en el movimiento rodante cinturón. Extremidad anterior paso en la dinámica de estos ratones tratados con 3NP no difirió significativamente de los ratones tratados con solución salina y los tres tratados 3NP ratones que fueron capaces de caminar sobre el tapiz rodante en el cinturón de 34 cm / s (Figura 4, panel inferior). A pesar de la limitación de estos 3NP ratones tratados con sólo pisar ejecutar extremidad anterior, la longitud de zancada de extremidades fue de 7,1 ± 0,1 cm, la frecuencia de paso de 5,0 ± 0,1 Hz, y la postura de duración fue de 133 ± 5 ms, todos los valores similares a los índices en la extremidad anterior de andar Salina de los animales tratados.

De andar en SOD1 G93A ratones transgénicos

Longitud de zancada fue significativamente mayor en los ratones SOD1 G93A (n = 5) que en los ratones de tipo salvaje (n = 6) en ~ 12 ~ semanas y 13 semanas de edad. ~ A las 12 semanas de edad, la longitud de zancada, fue significativamente superior en SOD1 G93A en comparación con ratones de tipo salvaje ratones control (7,1 ± 0,1 vs 6,7 cm ± 0,1 cm, P <0,05). Zancada frecuencia fue inferior en SOD1 G93A ratones (5,0 ± 0,1 vs 5,4 ± 0,1 Hz, P <0,05), y de paso la duración fue mayor en comparación con el de tipo salvaje ratones control (210 ± 2 vs 197 ± 3 ms, P < ; 0,05) en ~ 12 semanas de edad. ~ A las 13 semanas de edad, la longitud de zancada sigue siendo significativamente mayor en SOD1 G93A en comparación con ratones de tipo salvaje de control de ratones (7,1 cm ± 0,1 vs 6,8 ± 0,1 cm, P <0,05). Zancada frecuencia sigue siendo menor en SOD1 G93A ratones (5,0 ± 0,1 vs 5,3 ± 0,1 Hz, P <0,05), y de paso la duración sigue siendo más largo en comparación con el de tipo salvaje ratones control (209 ± 2 vs 198 ± 3 ms, P < ; 0,05) en ~ 13 semanas de edad.

Variabilidad de andar se vigila en ratones SOD1 G93A en ~ 8 semanas, ~ 10 semanas, ~ 12 semanas, y ~ 13 semanas de edad, coincidiendo con la aparición de la disfunción motora se informó en este modelo [43 - 45]. Variabilidad de andar no fue diferente en SOD1 G93A en comparación con ratones de tipo salvaje de control de ratones a la edad de ~ 8 semanas, ~ 10 semanas, ~ 12 semanas, y ~ 13 semanas. Longitud de zancada variabilidad de las extremidades y las extremidades traseras son comparables entre SOD1 G93A ratones de tipo silvestre y el control de ratones en todas las edades estudiadas. Stance ancho de la variabilidad de las extremidades y las extremidades traseras también fueron comparables entre SOD1 G93A de tipo silvestre y el control de ratones ~ a la edad de 8 semanas, ~ 10 semanas, ~ 12 semanas, y ~ 13 semanas.

Discusión

De andar disturbios son característicos de la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Huntington y esclerosis lateral amiotrófica. De andar refleja varias variables, incluyendo el equilibrio, proprioception, y la coordinación. Hay varios modelos de ratones de DP [20, 47] y HD [22, 48 - 50], ampliamente estudiada y un modelo de ELA [39, 43 - 45]. Mouse modelos que reproducen PD, HD, y ALS síntomas podrían mejorar la comprensión de su patogenia y tratamiento. La variabilidad de los índices de andar cada vez más se reconocen como importantes marcadores de enfermedades neurológicas [4, 9 - 11, 36]. Se encontraron alteraciones de andar, incluido el aumento de la variabilidad de andar, en el MPTP tratados modelo de ratón de la DP y el ratón 3NP tratados modelo de HD, que puede ser la consecuencia de las conexiones neuronales afectadas. Variabilidad de andar no fue mayor, sin embargo, en la SOD1 G93A ratón transgénico modelo de ELA.

De andar en ratones tratados con MPTP

El MPTP tratados modelo de ratón de DP ha sido ampliamente estudiada por su capacidad para lesionar la nigrostriatal sistema dopaminérgico, el daño neuronas, y agotan el cerebro de la dopamina [16 - 18]. Varios estudios han descrito alteraciones en la función motora de los animales tratados MPTP se refieren a los déficit de los síntomas en los seres humanos con la DP. Pruebas de la función motora en ratones tratados con MPTP han incluido la fuerza de prensión [40], la capacidad de los animales para el equilibrio sobre una varilla giratorio [27, 40], la natación y el rendimiento [51]. MPTP afecta significativamente actividad locomotora [17, 40, 52] y el motor de ejecución [17, 20, 28, 51], lo que da lecturas funcional para probar posibles terapias. Acortarse longitud de zancada es una de las funciones cardinales de la DP [1, 4, 11] y, sin embargo, los informes de la reducción en la longitud de zancada MPTP-los animales tratados son escasos. Fernagut et al., Utilizando el método de pata de tinta, medida longitud de zancada en ratones una semana después de la intoxicación aguda MPTP [14] y llegó a la conclusión de que la longitud de zancada es un indicador fiable de la disfunción de los ganglios de la base. Dosis menores de MPTP (3 mg / kg) se encuentran también a reducir significativamente la longitud de zancada en ratas [53]. Las dificultades asociadas con la pata de entintado y el método de la variabilidad en la superficie caminar velocidades en ratones [54] han limitado posiblemente informes de la longitud de zancada en los ratones tratados con MPTP. Uso de pata impresiones digitales obtenidas por ventral plano videografía, encontramos que la longitud de zancada fue significativamente menor en los ratones tratados con MPTP después de 3 días de la administración (ip 30 mg / kg / día).

Índices de andar, incluidos paso duración, la postura de duración, swing duración, y la longitud de zancada, cambiar con los cambios de velocidad a pie. Hemos eliminado los efectos de confusión de las diferencias en la velocidad de andar a pie por la dinámica de la fijación de los cinturones rodante motorizado a 34 cm / s para todos los ratones. En consecuencia, dado que la longitud de zancada se redujo en los ratones tratados con MPTP, se aumentó la frecuencia de zancada y zancada duración se redujo en extremidades y las extremidades traseras de los ratones tratados con MPTP. Una disminución en la duración paso se puede lograr por la reducción en la duración y la posición de oscilación de duración. Hemos encontrado que la disminución de la duración paso en ratones tratados con MPTP fue alcanzado por las extremidades traseras significativamente menor duración y swing extremidad anterior postura duración. Una reducción de la duración postura puede resultar en un menor tiempo los músculos de las extremidades para ser activado para la estabilización [55]. Esto podría explicar el aumento significativo en el paso-a-paso variabilidad observada en los ratones tratados con MPTP. Fleming et al. Overexpressing estudiaron ratones de tipo salvaje humana α-sinucleína (ASO ratones), un modelo familiar de inicio precoz PD [47]. Los autores encontraron que, aunque longitud de zancada es comparable a los ratones control, la frecuencia de zancada y la longitud de zancada variabilidad se incrementaron en ASO ratones [47]. ASO ratones no exhibió una pérdida de neuronas dopaminérgicas, pero desarrollado acumulación de α-sinucleína en el sistema nigrostriatal y muestran una mayor sensibilidad de las neuronas a nigrostriatal MPTP la administración [47].

De andar en ratones tratados con 3NP

En la dinámica de andar 3NP ratones tratados eran difíciles de estudiar. Agresivo dosis de 3NP dado lugar a una elevada mortalidad o la incapacidad de los ratones para caminar a todos en el tapiz rodante cinturón (datos no presentados). El primer efecto de 3NP (12 horas tras la 1 ª dosis de 25 mg / kg) era de andar en un aumento de la longitud de zancada extremidad anterior variabilidad. Con posterioridad andar perturbaciones incluido el aumento de la variabilidad de andar y de las extremidades eventual fracaso de la extremidad posterior refuerzo. Nuestros resultados de los diferentes efectos de 3NP de andar sobre la dinámica de la extremidades y las extremidades traseras son de conformidad con las anteriores evaluaciones de motor de comportamiento en los animales tratados 3NP-[29, 56]. Fernagut et al. No encontró diferencias en la longitud de zancada de las extremidades traseras y extremidades después de una dosis acumulativa de 3NP (340 mg / kg) [29]. Con una dosis acumulativa de 560 mg / kg de 3NP, extremidad anterior longitud de zancada era comparable a la salinización de los ratones tratados, pero la extremidad posterior longitud de zancada se acortó [29]. Administración de 3NP pueden afectar a la extremidad posterior de andar dinámica distinta a la extremidad anterior de andar dinámica a través de distintos efectos en el neostriatum y el núcleo accumbens [14, 57]. Shimano et al. Demostró que los músculos de las extremidades traseras 3NP-ratas tratadas con hipotónica se convirtió en baja tensión electromiograma actividad y problemas de movimiento [58]. Activación del programa de motor necesarios para las dos 3NP que los ratones tratados con riostras sus extremidades traseras contra las paredes interiores del compartimiento de caminar al mismo tiempo, mantener la coordinación del paso de las extremidades [59] puede sugerir que 3NP inducida por defectos cognitivos [60] no Contribuir a los disturbios de andar en 3NP de los animales tratados.

Lin et al. Informó de que paso largo y ancho de postura en un ratón knock-en el modelo de HD no difieren de los ratones de tipo salvaje [48]. Longitud de zancada y la variabilidad postura ancho de la variabilidad fueron mayores, sin embargo, en los mutantes [48]. En un ratón transgénico modelo de HD, R6 / 2 ratones expuestos desigualmente espaciados más cortos pasos, movimientos sorprendentes, y una secuencia de patrón anormal de paso [49]. No hay anomalías significativas en longitud de zancada se observaron en la R6 / 1 HD ratón transgénico [50]. El andar significativamente mayor variabilidad de las extremidades se observó en los ratones tratados con 3NP puede reflejar el incipiente y muy variable de los movimientos del brazo en HD y los portadores del gen pacientes con HD [61]. En su conjunto, el aumento de la extremidad anterior paso variabilidad parecen ser más característicos de los déficit de control de motores a principios de HD que disminuye en longitud de zancada.

De andar en ratones SOD1 G93A

Alteración de resultados en ratones SOD1 G93A en algunas pruebas de la función motora se han observado en ~ 8 semanas de edad [45]. Otros han informado de motor en ratones SOD1 G93A en ~ 11-16 semanas de edad [43, 44]. Es de interés, por lo tanto, para encontrar la longitud de zancada que fue significativamente más largo en los ratones SOD1 G93A en comparación con ratones de tipo salvaje en ~ 12 ~ semanas y 13 semanas de edad. El aumento de longitud de zancada se asocia a menudo con el aumento de la amplitud de electromiograma y el aumento de la actividad de motor de rendimiento. Gurney et al. Describió por primera vez significativamente menor longitud de zancada en ratones con SOD1 G93A graves cambios patológicos en la etapa tardía de la enfermedad [39]. Puttaparthi et al. Informó también significativamente más corto en longitud de zancada SOD1 G93A ~ ratones en 24 semanas de edad [44]. La disminución en la longitud de zancada en etapas posteriores podría ser debido a la debilidad muscular, fatiga, la pérdida y la motoneurona. Los datos de Puttaparthi et al. También indican, sin embargo, que la longitud de zancada en SOD1 G93A ratones pueden tender a ser más largo en ~ 16 semanas de edad [44]. Wooley et al., Por otra parte, informó recientemente de paso bastante más tiempo de duración en ratones transgénicos SOD1 en comparación con ratones de tipo salvaje caminar en un tapiz rodante a 23 cm / s, a las 8 y 10 semanas de edad [62], lo que significaría que SOD1 ratones transgénicos Había ya la longitud de sus pasos a las 8 y 10 semanas de edad. Es de destacar que los pacientes con ELA que andaba superficie a velocidades comparables a los sujetos sanos también tenía ya paso duración [36]. Una explicación para el aumento en la longitud de zancada presymptomatic SOD1 G93A ratones se observó caminar 34 cm / s, podría ser aberrante actividad eléctrica de los músculos que participan en tapiz rodante caminar. Kuo et al., De hecho, identificado significativamente elevados en la excitabilidad eléctrica intrínseca embrionarias cultivadas y neonatal mutante SOD1 G93A neuronas motoras espinales [63]. Dengler et al. Inferirse que el nuevo motor de la unidad de brotes y el aumento resultante de la fuerza twitch podría compensar la pérdida de neuronas motoras en pacientes con etapas tempranas de ELA [64]. Para nuestro conocimiento, no existen informes acerca de longitud de zancada en los pacientes con ELA caminar sobre un tapiz rodante. Uno de los primeros indicios de ELA podría ser un aumento de la longitud de zancada.

La variabilidad de los índices de andar

El currículum vitae de paso largo y ancho postura saludable en los seres humanos son ~ ~ 3-6% y 14-17%, respectivamente [65, 66]. El CV del paso del tiempo en los seres humanos con el control neural intacto es <3%, y es significativamente mayor en los pacientes con PD, HD, y ELA [36]. Zancada tiempo variabilidad fue mayor en los pacientes con HD [36]. El CV para la longitud de zancada en salina tratados C57BL / 6 ratones es mayor que en los seres humanos sanos, pero la postura de CV anchura es comparable. Longitud de zancada que determine fundamentalmente por andar de los mecanismos del patrón, mientras que la posición de ancho puede ser determinada por el equilibrio de los mecanismos de control [67]. Longitud de zancada puede ser más variable en ratones, debido a un mayor número de los patrones de andar [37]. Variabilidad de andar también puede ser alto en ratones caminar sobre un tapiz rodante cinturón a una velocidad de 34 cm / s en comparación con los ratones caminando en la superficie preferida velocidades.

Se encontró que la variabilidad de andar de la extremidades en ratones fue significativamente mayor que la variabilidad de andar detrás de las extremidades. Esto se puede atribuir a la función de las extremidades en el equilibrio y la navegación [68, 69]. Estamos, además, que el modelo de ratón MPTP recapitula la mayor variabilidad de andar en pacientes con EP, como pone de manifiesto un importante aumento en la variabilidad de la longitud de zancada las extremidades y un aumento significativo de la posición de la anchura de la variabilidad extremidades y las extremidades traseras. Asimismo, se encontró que la 3NP ratón modelo puede reflejar la mayor variabilidad de andar en pacientes con HD, como lo demuestra un aumento significativo de la extremidad anterior longitud de zancada y la variabilidad postura ancho variabilidad. Se encontró que la variabilidad de andar de la extremidades más alto fue el de los ratones tratados con 3NP, en paralelo con la mayor variabilidad de andar en pacientes con HD, en comparación con los pacientes con PD [35]. La extremidad anterior más alta variabilidad en la longitud de zancada 3NP ratones tratados con charque puede reflejar la circulación de armas en pacientes en HD [61]. Aunque la patología de la PD y HD involucrar a diferentes partes de los ganglios basales, la inestabilidad postural es común a ambas enfermedades. La inestabilidad postural es característica de MPTP-3NP tratados y tratados con ratones. El aumento de longitud de zancada y la anchura de paso de la variabilidad de las extremidades traseras es más característico en el modelo MPTP de la DP que en el modelo de 3NP-HD. La pata más abierto ángulo de la colocación de las extremidades traseras en 3NP ratones tratados no fue acompañada por una mayor postura anchura y longitud de zancada variabilidad variabilidad. Además, el eventual fracaso de las extremidades traseras en 3NP ratones tratados (75 mg / kg dosis acumulativa) a participar en la coordinación refuerzo no fue precedida por cambios en la variabilidad de andar detrás de extremidades (50 mg / kg dosis acumulativa). No hemos encontrado un aumento en la variabilidad de andar en ratones transgénicos SOD1 G93A. Ni el anterior ni posterior extremidad longitud de zancada variabilidad o ancho de la variabilidad en la posición SOD1 G93A ratones son diferentes que en los controles de tipo salvaje en ~ 12 ~ semanas o 13 semanas, edades cuando la función motora se han observado deficiencias. En los pacientes, la variabilidad de andar demostró ser superior bien establecidas con ELA [36]. No sabemos todavía si aumenta la variabilidad de andar en ratones SOD1 G93A la evolución de la enfermedad. Nuestros resultados sugieren, sin embargo, que no es de andar el aumento de la variabilidad en las primeras etapas de la enfermedad de la motoneurona. Las diferencias en la variabilidad de andar entre los tratados con MPTP, 3NP tratados, y los ratones SOD1 G93A puede reflejar diferencias en neuropatología.

Limitaciones

No sabemos los efectos a largo plazo de la ampliación de las administraciones de MPTP 3NP o en la dinámica de andar. Diferentes horarios de la administración neurotoxina dar lugar a diferencias en los mecanismos de la muerte neuronal [34, 70], lo que podría afectar a andar. No se observó morbilidad y mortalidad en los ratones tratados con MPTP. Resultados en 3NP tratados con ratones, sin embargo, fueron variables, de acuerdo con informes de los importantes entre los animales variación en la respuesta a 3NP toxicidad [71]. MPTP-3NP y daño neuronal inducidos en ratones son dependientes de la edad [72, 73], y ambas toxinas tienen efectos sistémicos, incluyendo el corazón [42, 74]. Dado que no se realizaron análisis postmortem demostrando la neurodegeneración, la patogénesis de las alteraciones de andar no está claro. No hemos medida striatal dopamina; anteriores informes indican, sin embargo, que 30 mg / kg / día por 3 días MPTP reducir striatal dopamina por> 50% [18, 20]. Ni el MPTP ni la toxina 3NP reproducir exactamente los modelos de los fenómenos patológicos de la DP y HD. Los estudios futuros podrían comparar la dinámica de andar en diferentes químicamente inducida por los modelos y los modelos genéticos de la DP y HD. No considerar los efectos de habituación a pie rodante [61] relativa a los índices de andar. La dinámica de andar son cepa-dependiente [75], lo que hace difícil comparar la dinámica de andar en la SOD1 G93A ratón transgénico modelo de ELA, que es una mezcla de C57BL / 6 y ratones SJL, a andar en el MPTP tratados y tratados con 3NP C57BL / 6 ratones.

Conclusión

Ratones tratados con MPTP demostrado alteraciones significativas de andar, incluidos acortado longitud de zancada, el aumento de la frecuencia de zancada, y el aumento de paso-a-paso variabilidad, los síntomas característicos de los pacientes con la enfermedad de Parkinson. 3NP tratados con ratones demostraron una mayor extremidad anterior paso-a-paso y una variabilidad más abierto pata ángulo de la colocación de las extremidades traseras. 3NP fracaso de andar en los ratones tratados con el resultado de la incapacidad de las extremidades traseras a participar en el refuerzo de andar extremidad anterior mientras que se mantuvo intacta. Variabilidad de andar no fue significativamente mayor en los ratones SOD1 G93A, un modelo de enfermedad de la motoneurona, en comparación con el control de tipo salvaje ratones. El presente estudio proporciona una base para estudios adicionales de andar y de andar variabilidad en modelos de ratones de la DP, HD, y ALS.

Conflicto de intereses

Thomas G. Hampton es dueño de las Características del Mouse, Inc, una compañía organizada para comercializar la tecnología de la imagen del paso de los métodos descritos.

Contribuciones de los autores

IA participó en la recopilación de datos, análisis, interpretación, y la preparación manuscrito.

AK ayudó en el diseño y desarrollo del sistema de formación de imágenes de andar y desarrolló el software para análisis de datos a través del paso ventral plano videografía. AK también participó en la recolección y análisis de datos. SM participó en el diseño del compartimento para caminar los ratones sobre el tapiz rodante en movimiento cinturón, y participó en la recopilación de datos y preparación en manuscrito. SG participado en el diseño del tapiz rodante del sistema, la automatización de la adquisición de imágenes y la modulación de la velocidad de la banda rodante. SG también participó en la preparación manuscrito. JPM participó en el diseño del estudio, farmacología y fisiología, interpretación de datos, y revisar el manuscrito. TGH diseñó el estudio, y participó en la recolección y análisis de datos, la interpretación de los datos, y la preparación y presentación manuscrito.

Material suplementario
Archivo Adicional 1
Película de la vista ventral de un tratado con la solución salina C57BL/6J mouse caminar a una velocidad de 34 cm / s. Archivo se puede jugar utilizando Windows Media Player.
Archivo Adicional 2
Película de la vista ventral de un 3NP tratados (dosis acumulativa de 75 mg / kg) ratón C57BL/6J tratando de caminar a una velocidad de 34 cm / s, lo que demuestra la coordinación de las extremidades de andar, pero andar fracaso de las extremidades traseras. Comparar esto con la coordinación del paso de las extremidades y las extremidades traseras en un tratado con la solución salina ratón C57BL/6J (
). Areplayable archivos utilizando Windows Media Player.
Agradecimientos

I. Amende fue generosamente apoyada por Förderkreis zur Verbesserung des Gesundheitswesens eV Damos las gracias a Walter R. Hampton y Mary K. Hampton por sus valiosos conocimientos clínicos. Agradecemos la excelente ingeniería de diseño y fabricación de MK Automatización (Bloomfield, CT) en el desarrollo y construcción del ratón rodante, y Advanced Digital Vision (Natick, MA) de contar con expertos en captura de imágenes y procesamiento.