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.
פיתוח דגמים חדשים של פגיעה בילדים או מחלה באמצעות מכרסמים לעתים קרובות קשה בשל היכולת המדהימה של שני החולדות והעכברים להתאושש במהירות מפציעת נוירולוגיות. לכן, על מנת לאמת את כל מודל מחל ילדים חדש, ביסודיות בחינת שינויים התאיים ומולקולריים חייבים ללכת יד ביד עם תוצאות התנהגותיות. במובנים רבים, התאוששות התנהגותי פונקציונלית עשויה להיות חשובה יותר מאשר שינויים הסלולר בסיסיים מבחינת הרלוונטיות טיפולית או translational. ככל שהחוקרים לומדים יותר על פגיעה המבוגר הילוד, ברור כי התגובות שלהם שונות מאוד ולא ניתן להסיק בין השניים. לדוגמה, עכברים בילוד להציג רמות שונות של גורם הגדילה העצבי, גורם נוירוטרופי שמופק מהמוח, neurotrophin-3 ותא גליה גורם נוירוטרופי קו הנגזרות הבאים פגיעה בחוט השדרה 1,2. בנוסף, יש בילודים דליפת מחסום הדם-מוח משמעותית לאחר שבץ 3, דemonstrate התארגנות נוירון קורטיקלי לאחר פגיעה עצבית היקפית 4, ויש לי astrogliosis מתעכב או האטה בעקבות פגיעה בחוט השדרה היפוקסיה-איסכמיה 5,6. לכן, חשוב כי מחקר ילדי translational להשתמש דגמים דומים מבחינה התפתחותית וכי מודלים אלה מוערכים לשני שינויי הסלולר / המולקולריים בדיקות התנהגותיות מותאם לגיל.
שיתוק מוחין (CP) היא הפרעה מוטורית המשפיעה 3: 1000 לידות חי בשנה (NIH). ילדים עם שיתוק מוחות להפגין מגוון של סימפטומים ותנאי שיתוף חולני, בהתאם לחומרת המחלה. קושי עם תנועה וקואורדינציה הם הסימנים הנפוצים ביותר, יחד עם בעיכובים בהגעה לאבני הדרך ההתפתחותיות המנוע. סימנים אחרים כוללים טונוס שרירים תקין (הגדלה או הקטנה), הקטינה מוטוריקה עדינה, קשיי הליכה, ריור יתר ובליעה, ועיכובים דיבור (NIH). סיבת CP הבסיסית היא ככל הנראהחוסר החמצן ו / או זרימת דם למוח בתקופת טרום או peripartum, או עד לאחר הלידה של שנה אחת. בנוסף, דלקת הוא האמין עכשיו להיות מרכיב מרכזי בהתפתחות של CP.
רוב מקרי CP המשויכים נזק בחומר הלבן סביב החדרים, המכונה לויקומלציה periventricular (PVL). סימן היכר נוירולוגיות הדבר מצביע על כך העלבון הראשוני המובילה לעמדת פיקוד מתרחש בתקופה של התפתחות המוח כאשר oligodendrocytes הפגיע ביותר להעליב. תקופת הצמיחה המהירה oligodendrocyte אדם, גם בתקופה שבה oligodendrocytes הם רגישים ביותר על פשע, הוא בין 24 – 32 שבועות הריון. המכרסם, בתקופה המקבילה היא שלאחר לידת ימים 2 – 7 7, והוא כאשר CP מושרה במודל זה.
מודל העכבר בילוד של CP כי שמש לנהל את הבדיקות המתוארות כאן משלב היפוקסיה ו איסכמיה עם דלקת ליצור injאורי מחקה תגבור הניוון המוחיה לראות CP אדם. מודל זה כמה כתובות של החסרונות המשמעותיים נצפו במודלים של בעלי חיים אחרים של CP, אשר חסרים גירעונות מנוע ברורים דומים חולי CP אדם, כמו גם ניזק בחומר לבן ברור. מחקרים קודמים על ידי משתף פעולה באמצעות אותו מודל הוכיחו כי תוספת של דלקת משפר נזק בחומר הלבן, ובכך טוב יותר מחקה את PVL אצל ילדים עם CP 8. בונה על הנתונים הקודמים, נייר זה מציג סוללה מקיפה של בדיקות מנוע בילוד כדי להעריך את שינויי התנהגות מוטורית כפי הגילים החיים.
שימוש במודלים של בעלי חיים כדי לחקור מחלות אדם הוא רלוונטי רק אם יש חפיפה בין התגובה התאית ומולקולרית בין אדם מכרסם וכי הבדיקות התנהגותיות בצעו שייכות ישירה סימפטומי אדם. אחת הסוגיות העיקריות עם מחקרי מחלת ילדים הוא כי חוקרים רבים להשתמש מכרסמים מבוגרים כדי ליצור את המודל, כמו גם להערכה התנהגותית מכרסמת מבוגר, מבלי לקחת בחשבון את ההבדלים התפתחותי עשויים להיות חשוב עבור תהליך המחלה. בגלל הבעיות אלה, חשוב כי מחקר על שימוש מחלת ילדים לא רק בזמן נקודות התפתחותי המותאם המתאים (למשל, פיתוח CNS האנוש 28 – 32 שבועות שווה ביום שלאחר לידה 2 – 7 מכרסם יום) 7, אלא גם בדיקות התנהגותיות, אשר תבדוקנה מוטוריות מתאים, התנהגויות התפתחותי חושיות או רפלקסיבי. לכן, כמו כל מודל מחלה בילוד חדש מפותח, הוא חייב להיבדק בקפדנות כדי להבטיח כי הסלולרתגובות התנהגותיות תספוקנה את הנתונים לתרגום המתאימים ביותר בין מכרסמים ואנושיים.
שיתוק מוחין הוא הפרעה מוטורית, אשר נמשכות אל הבגרות. בעיה אחת עם רבים של מודלי שיתוק המוחין הזמינים כיום הוא היעדר בדיקת מנוע דיר, סטנדרטית כי ניתן לתאם עם הגירעונות לראות מטופלי ילדים. במודל חדש זה, משלב היפוקסיה, איסכמיה ודלקת עכבר בילוד, התנהגות מוטורית הוערכה באמצעות סוללה של בדיקות ספציפיות עבור עכברים בילוד. על מנת להקטין את הסובייקטיביות ולהגדיל את הדיווח הכמותי, מספר בדיקות שונו לכלול ספציפי מאוד, אבל קל להעריך אמצעים שניתנים טופל. בנוסף, ערכות קדמיות ואת hindlimb יכולות להתבצע בנפרד, שמאלה / הבדלים תקינים ניתן לקבוע. מערך זה של מבחנים הוא ספציפי עבור עכברים בילוד עד שבועיים של גיל.
דגם CP זו ממחישהקושי ללכת (ambulation, זווית רגל hindlimb), כמו גם חולשת איבר ספציפי (השעית איבר ארבעה, השעית hindlimb), וגירעונות ברפלקסים התפתחותית (אחיזת רפלקס). למרות שבמחקר זה, רק אחד timepoint נבחן, גירעונות אלה ניתן לעקוב לאורך זמן.
ישנן סוללות אחרות של בדיקות שניתן להשתמש בהם על הילוד, כגון הסוללה של פוקס של בדיקות או הערכה של אבני דרך התפתחותיות של Heyser 15. עם זאת, בדיקות אלו להשוות את הילוד על שמו של המבוגר, התגובות שלו לא יכול להיות זהה בגלל הילוד עדיין מתפתח. הסוללה של פוקס ובדיקות Assement של Heyser להסתמך על מידע סובייקטיבי תצפיתי עם דיכוטומית (כן או לא) הערכה, ולא נתונים אובייקטיביים (זווית, יציבה המבוססת על כוח, וכו '). בגלל subjectiveness של בדיקות אלה, מדענים רבים הסתגלו, הוסיפו, או סיר קריטריונים, ובכך תוצאותיהם שאין לאחרים ולהגבילing את השימושיות של הנתונים במונחים של הקמת גירעון בסיס למחלה או הפרעה מסוימת. על ידי הקמת קבוצה אחת של בדיקות מנוע סטנדרטיות הן איכותיים ומעוצב באופן ספציפי כדי לבדוק ילודים, תוצאות מקבוצות מחקר בודדות ניתן בצורה מדויקת ואמינה דיווחה ומשווות.
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 |