Validação de um modelo de função motora para crianças com paralisia cerebral.
O desenvolvimento do modelo de função motora em crianças com paralisia cerebral (PC) não foi documentado. Os objetivos deste estudo foram examinar um modelo de função motora em crianças com PC e aplicar o modelo para construir curvas de função motora grossa para cada um dos 5 níveis do Sistema de Classificação da Função Motora Grossa (GMFCS). Participou de uma amostra estratificada de 586 crianças com PC, de 1 a 12 anos de idade, residentes em Ontário, Canadá, conhecidas em centros de reabilitação. Os indivíduos foram classificados usando o GMFCS, e o modelo de função motora foi medido com o Gross Motor Function Measure (GMFM). Quatro modelos foram examinados para construir curvas que descrevem a relação não linear entre idade e modelo de função motora. O modelo em que tanto o parâmetro limite (pontuação máxima do GMFM) quanto o parâmetro de taxa (taxa em que se aproxima a pontuação máxima do GMFM) variam para cada nível do GMFCS explicou 83% da variação nos escores do GMFM.
A doença de Huntington (DH) é causada por uma expansão anormal das repetições CAG no gene que codifica a huntingtina. O desenvolvimento de terapias para HD requer testes pré-clínicos de drogas em modelos animais que reproduzam a disfunção e a patologia regionalmente específica observada na HD. Desenvolvemos um novo modelo knock-in de motor de HD com um exon 1 de camundongo/humano quimérico contendo 140 repetições CAG inseridas no gene da huntingtina murina. Esses camundongos exibiram uma atividade locomotora aumentada e criação em 1 mês de idade, seguido por hipoatividade em 4 meses e anomalias de marcha em 1 ano. Os sintomas comportamentais precederam as anomalias neuropatológicas, que se tornaram intensas e generalizadas apenas aos 4 meses de idade. Estes consistiam em coloração nuclear para huntingtina e agregados nucleares e neurópilos contendo huntingtina que apareceram pela primeira vez no corpo estriado, núcleo accumbens e tubérculo olfativo. Curiosamente, todas as regiões com patologia inicial recebem entradas dopaminérgicas densas, apoiando a acumulação de evidências para um papel da dopamina na patologia da DH.
Dados de frequência de formantes são relatados para vogais suecas produzidas tanto com mandíbula fixa quanto sem restrição. As medidas foram feitas no primeiro pulso glótico para limitar a interpretação dos resultados a mecanismos de feedback não auditivos. Os resultados indicaram que, apesar das aberturas fisiologicamente não naturais da mandíbula, os indivíduos foram capazes de produzir padrões F dentro das faixas de variação das vogais normais. Os resultados são explicados pela hipótese de que o aprendizado "instantâneo" de tarefas altamente desconhecidas, como a articulação compensatória de vogais de mandíbula fixa, é possível porque a programação motora da fala normal é de fato "compensatória" e não devido a falantes que se baseiam em experiências anteriores semelhantes ou invocando um modelo especial de mecanismos motores distintos daqueles da fala natural. Ou seja, opera em um modo sensível ao contexto para atingir objetivos orientados ao ouvinte. Como os "contextos" constituem uma classe essencialmente infinita de eventos, a programação deve ser "criativa" ou capaz de lidar com condições nunca antes experimentadas.
O presente estudo propõe um modelo reprodutível de degeneração experimental do modelo de neurônios motores no rato. A avulsão de raízes ventrais na medula lombar adulta secciona o modelo de axônios motores na saída da raiz e leva à morte celular retrógrada de 80% do modelo de neurônios motores 2 semanas depois; esse resultado segue uma série de alterações retrógradas, incluindo cromatólise, perda do fenótipo do transmissor e acúmulo de neurofilamentos fosforilados no pericário. As células da glia recrutadas no local da lesão retrógrada expressam tanto epítopos específicos de microglia (como exemplificado pela imunorreatividade de OX-42) quanto marcadores específicos de macrófagos (por exemplo, imunorreatividade de ED-1). Marcadores específicos de macrófagos tornam-se particularmente intensos 7 dias após a axotomia e fornecem evidência adicional de fagocitose ativa de neurônios lesados. A avulsão da raiz ventral é um modelo muito útil para avaliar os mecanismos de morte do neurônio motor e testar a capacidade dos fatores tróficos e outros agentes de preservar o fenótipo e promover a sobrevivência.
Evidências substanciais estabeleceram que o cerebelo desempenha um papel importante na geração de movimentos. Um aspecto importante da saída motora é seu tempo em relação a estímulos externos ou a outros componentes de um movimento. Estudos anteriores sugerem que o cerebelo desempenha um papel no tempo dos movimentos. Aqui descrevemos um modelo de rede neural baseado na organização sináptica do cerebelo que pode gerar respostas cronometradas na faixa de dezenas de milissegundos a segundos. Em contraste com os modelos anteriores, a codificação temporal emerge da dinâmica do circuito cerebelar e não depende de atrasos de condução, matrizes de elementos com diferentes constantes de tempo, nem populações de elementos oscilando em diferentes frequências. Em vez disso, o tempo é extraído do vetor instantâneo da população de células granulares. O subconjunto de células granulares ativas varia no tempo devido ao feedback negativo das células granulares do grânulo-Golgi.
A atrofia muscular espinhal (SMA) é causada por mutação homozigótica ou deleção do gene SMN1 que codifica a sobrevivência da proteína do neurônio motor (SMN), resultando na perda seletiva de neurônios motores alfa. Os seres humanos normalmente têm uma ou mais cópias do gene SMN2, cuja região codificante é quase idêntica a SMN1, exceto que uma mutação pontual causa o splicing do exon 7 e a produção de uma proteína SMNDelta7 amplamente não funcional. O desenvolvimento de drogas que mitigam o splicing aberrante de SMN2 é uma abordagem terapêutica atraente para SMA. Recentemente, foi desenvolvido um oligonucleotídeo antisense de bloqueio estérico (AO) que bloqueou um elemento supressor de emenda intrônica e aumentou a inclusão do exon 2 de SMN7 em fibroblastos de pacientes com SMA. Aqui, mostramos que a entrega periódica intracerebroventricular (ICV) deste AO resultou no aumento da expressão de SMN no cérebro e na medula espinhal para até 50% do nível de irmãos de ninhada saudáveis. A PCR em tempo real de transcritos de SMN2 confirmou o aumento mediado por AO em SMN de comprimento total.
Foi construído um modelo linear de temporização e correção de erros que visa explicar os mecanismos subjacentes ao desempenho de um sujeito em um paradigma experimental, no qual a tarefa é sincronizar uma sequência de atos motores a uma sequência de estímulos. O modelo consiste em dois mecanismos de correção de erros: (1) correções de período (frequência invertida) da sequência de respostas; (2) correções de deslocamento de fase dessa sequência (erro de sincronização). Neste artigo, analisa-se a influência das variáveis do modelo fisiologicamente justificáveis e das condições iniciais na sequência de resposta de estado estacionário, bem como a estabilidade de desempenho do modelo. O modelo é estável para ganhos de correção de erro na faixa de 0 a 2. A comparação com dados empíricos conhecidos suporta a suposição de que valores razoáveis são menores que 1. Além disso, uma alternativa ao modelo linear básico é introduzida na qual o possível caráter de o processo de aquisição subjetiva do erro de sincronização é discutido.
É proposto um modelo de temporização em malha fechada que dá conta de vários fenômenos observados em tarefas que requerem a produção de uma sequência de atos motores em sincronia com uma sequência de estímulos. Ao contrário dos modelos anteriores, distinguem-se variáveis disponíveis para o sistema nervoso central de um sujeito (variáveis internas) e variáveis mensuráveis externamente, e incluem-se várias variáveis internas fisiologicamente justificáveis. O modelo assume a existência de (a) um cronometrista interno produzindo um intervalo de referência que é usado em uma unidade de controle motora para cronometragem do próximo comando motor; (b) uma sincronia intrínseca (subjetiva) que depende de alguma informação a posteriori (feedback) sobre o início já executado do ato motor. Um mecanismo de correção de erro de duas vias é hipotetizado: (1) correções de período (frequência invertida) - o intervalo de referência (período) é definido no início da tarefa de acordo com o intervalo de início entre estímulos e posteriormente corrigido para diferenças .
Os otimizadores de combustível são modelos de decisão (produtos de software) que são cada vez mais reconhecidos como ferramentas eficazes de gerenciamento de combustível pelos transportadores de caminhões dos EUA. Usando os dados de preço mais recentes de cada parada de caminhão, esses modelos calculam o cronograma de abastecimento ideal para cada rota que indica: (i) qual(is) parada(s) de caminhão usar e (ii) quanto combustível comprar na parada de caminhão escolhida( s) minimizar o custo de reabastecimento. Na forma atual, entretanto, esses modelos minimizam apenas o custo do combustível e ignoram ou subestimam outros custos que são afetados pelas variáveis de decisão dos modelos. Com base nas entrevistas com gerentes de transportadoras, motoristas de caminhão e fornecedores de otimizadores de combustível, este artigo propõe um modelo abrangente de otimização de combustível para transportadoras que considera todos os custos afetados pelas variáveis de decisão do modelo. Os resultados da simulação implicam que o modelo proposto não só atinge custos operacionais de veículos mais baixos do que os otimizadores de combustível comerciais, mas também oferece soluções que são mais desejáveis do ponto de vista dos motoristas.
O enxerto intraespinhal de células-tronco neurais humanas representa uma abordagem promissora para promover a recuperação da função após trauma espinhal. Tal tratamento pode servir para: I) fornecer suporte trófico para melhorar a sobrevivência dos neurônios do hospedeiro; II) melhorar a integridade estrutural do parênquima espinhal, reduzindo a siringomielia e a cicatrização em regiões traumatizadas; e III) fornecer populações neuronais para formar potencialmente relés com axônios do hospedeiro, interneurônios segmentares e/ou α-motoneurônios. Aqui, caracterizamos o efeito do enxerto intraespinhal de células-tronco neurais derivadas da medula espinhal fetal humana (HSSC) de grau clínico na recuperação da função neurológica em um modelo de rato de lesão por compressão lombar aguda (L3). Ratos Sprague-Dawley fêmeas de três meses de idade receberam lesão por compressão espinhal L3. Três dias após a lesão, os animais foram randomizados e receberam injeções intraespinhais de HSSC, apenas com meio ou sem injeções. Todos os animais foram imunossuprimidos com tacrolimus, micofenolato mofetil e acetato de metilprednisolona desde o dia do enxerto celular e sobreviveram por oito semanas.
Mostramos anteriormente que a administração de quercetina após lesão na medula espinhal em um modelo de rato induziu uma recuperação significativa da função motora. No mesmo modelo para lesão por compressão da medula espinhal, agora correlacionamos a duração do tratamento com a extensão da recuperação da função motora. MÉTODOS: Setenta e quatro ratos Wistar machos foram distribuídos em oito grupos experimentais. A lesão medular torácica média foi produzida nos animais de sete grupos. A quercetina foi administrada por via intraperitoneal em doses individuais de 25 micromol kg(-1). O início do tratamento foi 1 h após a lesão. A duração do tratamento variou de uma única injeção a 10 dias, com frequências de injeção de duas ou três vezes ao dia. Os escores BBB (Basso, Beattie e Bresnahan) foram obtidos e a preservação do tecido no local da lesão foi analisada. RESULTADOS: Nenhum dos animais controle não tratados recuperou a função motora suficiente para andar. Quando a quercetina foi administrada duas vezes ao dia durante um período de 3 ou 10 dias, cerca de 50% dos animais recuperaram a função motora suficiente para andar.
A análise de estado estacionário é realizada no modelo cinético para o complexo de comutação do motor flagelar de Halobacterium salinarum (Nutsch et al. [16]). A existência e singularidade de um estado estacionário positivo do sistema é estabelecida e é demonstrado porque o estado estacionário está centrado em torno da fase competente, um estado do motor no qual ele é capaz de responder a estímulos luminosos. Também é demonstrado porque o estado estacionário muda para a fase refratária quando o valor do estado estacionário do regulador de resposta CheYP aumenta. Este trabalho é um aspecto da modelagem em biologia de sistemas em que as propriedades matemáticas de um modelo são estabelecidas.
A gama completa de fatores causadores da esclerose lateral amiotrófica (ELA) permanece indefinida, mas o estresse oxidativo é reconhecido como um fator contribuinte. Mutações em Cu/Zn superóxido dismutase 1 (SOD-1), associadas à ELA familiar, promovem dano oxidativo generalizado. Camundongos SOD-93 humanos mutantes de G1A que expressam camundongos exibem múltiplas alterações patológicas características de ALS e são, portanto, úteis para o desenvolvimento terapêutico. A suplementação dietética com S-adenosil metionina (SAM) forneceu múltiplos efeitos neuroprotetores em modelos de camundongos de patologia cognitiva relacionada à idade. Examinamos aqui se a suplementação de SAM poderia afetar o curso da patologia do neurônio motor em camundongos que expressam SOD-SAM mutante humano retardado o início da doença em 2-3 semanas. A SAM também atrasou as características da neurodegeneração nesses camundongos e na ELA, incluindo a prevenção da perda de neurônios motores e a redução da gliose, agregação de SOD-1, proteína.
Análises eletromiográficas de perda de unidade motora pré-sintomática no modelo de camundongo transgênico SOD1 de esclerose lateral amiotrófica (ELA) produziram achados contraditórios quanto ao início e ao curso do tempo. Registramos as forças isométricas do músculo dos membros posteriores e da unidade motora para determinar o número e o tamanho da unidade motora ao longo da vida útil dos camundongos. Os números de unidades motoras nos músculos tibial anterior de contração rápida, extensor longo dos dedos e gastrocnêmio medial diminuíram a partir dos 40 dias de idade, 50 dias antes do relato de sintomas evidentes e perda de motoneurônios. Os números de unidades motoras caíram após sintomas evidentes no músculo sóleo de contração lenta. As forças musculares declinaram em paralelo com o número de unidades motoras, indicando pouca ou nenhuma compensação funcional por brotamento. O declínio músculo-específico precoce foi devido à vulnerabilidade preferencial seletiva de unidades motoras grandes e rápidas, inervadas por grandes motoneurônios. Grandes motoneurônios são, portanto, os mais vulneráveis na ELA, com a morte ocorrendo antes dos sintomas evidentes. Concluímos que o tamanho dos motoneurônios, seus axônios e o tamanho da unidade motora são importantes.
A incontinência urinária é uma condição debilitante que afeta principalmente indivíduos idosos. Um dos principais mecanismos resulta da desnervação crônica do esfíncter uretral estriado com fibrose associada. Os autores investigaram o destino das células precursoras do músculo (MPC) injetadas em um modelo de lesão do esfíncter uretral estriado que reproduz as alterações histopatológicas da insuficiência esfincteriana. O esfíncter uretral estriado de ratos machos mais velhos foi danificado pela eletrocoagulação. MPC foram isolados de explantes de miofibras de membros, infectados com um adenovírus carregando o transgene que codifica beta-galactosidase, e injetados no esfíncter do mesmo animal 37 dias após a lesão. Os animais foram mortos 5 e 30 dias após a injeção para avaliação da função esfincteriana e formação de unidades motoras. A eletrocoagulação resultou em destruição irreversível das miofibras esfincterianas e das terminações nervosas, com incapacidade funcional do esfíncter lesado de sustentar um aumento da pressão vesical; atrofia e fibrose desenvolvida após 1 mês.
A atrofia muscular espinhal (AME) da doença do neurônio motor infantil resulta da expressão reduzida do gene do neurônio motor de sobrevivência (SMN). Estudos anteriores usando sistemas de modelos in vitro e organismos inferiores sugeriram que baixos níveis de proteína Smn interrompem os processos de desenvolvimento pré-natal em neurônios motores inferiores, influenciando o crescimento neuronal, a ramificação axônica e a conectividade neuromuscular. A extensão em que essas vias de desenvolvimento contribuem para a vulnerabilidade seletiva e patologia no sistema neuromuscular de mamíferos in vivo permanece incerta. Aqui, investigamos o desenvolvimento pré-sintomático da conectividade neuromuscular em populações de neurônios motores diferencialmente vulneráveis em camundongos Smn(-/-);SMN2, um modelo de SMA grave. Mostramos que níveis reduzidos de Smn não têm efeito detectável em correlatos morfológicos de desenvolvimento pré-sintomático em unidades motoras vulneráveis ou estáveis, indicando que é improvável que processos de desenvolvimento pré-sintomáticos anormais sejam um pré-requisito para alterações patológicas subsequentes.
A hipótese primária deste estudo foi que o padrão motor da tosse é produzido, pelo menos em parte, pela rede neuronal respiratória medular em resposta às entradas da "tosse" e neurônios retransmissores do receptor de estiramento pulmonar no núcleo do trato solitário. Simulações de computador de um modelo de rede distribuída com conexões propostas do núcleo tractus solitarii aos neurônios respiratórios medulares ventrolaterais produziram padrões motores inspiratórios e expiratórios semelhantes a tosse. As respostas previstas de vários "tipos" de neurônios (I-DRIVER, I-AUG, I-DEC, E-AUG e E-DEC) derivadas das simulações foram testadas in vivo. Respostas paralelas e sequenciais de neurônios modulados respiratórios funcionalmente caracterizados foram monitorados durante a tosse fictícia em gatos descerebrados, paralisados e ventilados. Padrões semelhantes a tosse nos nervos frênico e lombar foram obtidos por estimulação mecânica da traqueia intratorácica. Padrões de descarga alterados foram medidos na maioria dos tipos de neurônios respiratórios durante a tosse fictícia.
A mutação autossômica recessiva mnd2 resulta em doença do neurônio motor de início precoce com paralisia rapidamente progressiva, perda muscular grave, regressão do timo e baço e morte antes dos 40 dias de idade. mnd2 foi mapeado para o cromossomo 6 de camundongo com a ordem do gene: centrômero-Tcrb-Ly-2-Sftp-3-D6Mit4-mnd2-D6Mit6, D6Mit9-D6Rck132-Raf-1, D6Mit11-D6Mit12-D6Mit14. mnd2 está localizado dentro de um grupo de ligação conservado com homólogos no cromossomo humano 2p12-p13. Neurônios motores espinhais de animais homozigotos afetados estão inchados e coram fracamente, e a eletromiografia revelou atividade espontânea característica de desnervação muscular. A coloração de mielina foi normal em todo o neuroeixo. As observações clínicas são consistentes com uma anormalidade primária da função do neurônio motor inferior. Este novo modelo animal será de grande valia para a identificação de um defeito genético responsável pela doença do neurônio motor e para avaliação de novas terapias.
A doença de Parkinson (DP) é uma doença neurodegenerativa comum que apresenta disfunções motoras, como tremor, acinesia e rigidez. No presente estudo, investigamos se o teste de natação pode ser usado como uma das técnicas de monitoramento comportamental para estudar a deficiência motora no parkinsonismo induzido por 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP) em duas estirpes de ratinho, Balb/ce C57BL/6. Os camundongos foram tratados com diferentes doses de MPTP (10, 20 e 30 mg/kg, duas vezes, com 16 h de intervalo), e foram submetidos ao teste de natação no terceiro dia da primeira injeção de MPTP. O tremor induzido por MPTP foi monitorado em 30 min, e a acinesia e a rigidez desenvolvida foram estudadas 3 h após o segundo tratamento com MPTP. Enquanto o tremor e a acinesia produzidos foram dependentes da dose e a intensidade do tremor foi comparável nas duas linhagens de camundongos estudados, a última resposta em C57BL/6 foi significativamente menor do que a observada em Balb/c. A rigidez exibida em camundongos Balb/c foi dose-dependente, mas não em C57BL/6.
Várias evidências sugerem que a esclerose lateral amiotrófica (ELA) afeta seletivamente o funcionamento do neurônio motor, mas as alterações eletrofisiológicas de um único neurônio motor na ELA ainda precisam ser documentadas. No presente trabalho, a excitabilidade de neurônios motores foi testada em um modelo de camundongo transgênico de uma forma familiar de ELA, associada a uma mutação na Cu,Zn superóxido dismutase (Gly 93→Ala). Gravações de patch-clamp de potencial de membrana em neurônios motores de camundongos transgênicos mostraram que eles disparam com maior frequência e duração mais curta em comparação com neurônios motores de camundongos de controle. As propriedades de membrana passiva desses neurônios foram equivalentes no entanto. Tais resultados sugerem que uma excitabilidade alterada do neurônio motor acompanha uma mutação associada à ELA e que pode contribuir para a patogênese da doença.
A terapia de reposição celular tem sido amplamente sugerida como tratamento para várias doenças, incluindo a doença do neurônio motor. Uma variedade de células doadoras foi testada para tratamento, incluindo preparações isoladas de medula óssea e medula espinhal embrionária. Outra fonte de células, as células de Sertoli, têm sido utilizadas com sucesso em modelos de diabetes, doença de Parkinson e doença de Huntington. A capacidade dessas células de secretar proteínas citoprotetoras e seu papel como “células enfermeiras” que suportam a função de outros tipos de células nos testículos sugerem seu uso potencial como células neuroprotetoras. O estudo atual examina a capacidade das células de Sertoli injetadas no parênquima da medula espinhal para proteger os neurônios motores em um modelo de camundongo para esclerose lateral amiotrófica. Setenta camundongos transgênicos expressando o mutante (G93A) humano Cu-Zn superóxido dismutase (SOD1) receberam uma injeção espinhal unilateral de células testiculares enriquecidas com Sertoli no corno ventral L4-L5 (1 × 105 células no total) antes do início dos sintomas clínicos .
Um recém-desenvolvido modelo de camundongo transgênico de cromossomo artificial bacteriano (BACHD) reproduz características fenotípicas de HD, incluindo agregação de proteína predominantemente associada a neuropil e disfunção motora progressiva com patologia neurodegenerativa seletiva. Foi demonstrado que a disfunção motora precede a neuropatologia em camundongos BACHD. Portanto, investigamos a progressão da patologia sináptica em células piramidais e interneurônios do córtex motor superficial de camundongos BACHD. As gravações de patch clamp de célula inteira foram realizadas em células piramidais corticais motoras primárias da camada 2/3 e interneurônios de parvalbumina de camundongos BACHD aos 3 meses, quando os camundongos começam a demonstrar disfunção motora leve, e aos 6 meses, quando a disfunção motora é mais grave .
A mutação da degeneração do neurônio motor (Mnd) causa uma degeneração progressiva e de início tardio dos neurônios motores superiores e inferiores em camundongos. Após estabelecer as condições genéticas e ambientais que distinguem os fenótipos de camundongos Mnd/Mnd de +/Mnd, Mnd foi mapeado para Chr 8 proximal, usando retrovírus endógenos como marcadores. A localização do mapa foi confirmada com marcadores polimórficos adicionais. Os acasalamentos outcross/intercross à estirpe AKR/J, que foram usados para seguir a segregação dos marcadores retrovirais em relação a Mnd , também revelaram a existência de um efeito de temporização. Aproximadamente um quarto da progênie Mnd/Mnd F2 afetada apresentou doença acelerada. O modelo de camundongo Mnd deve permitir o estudo dos mecanismos que afetam o início e a progressão da degeneração neuronal específica em doenças neurológicas animais e humanas.
O estabelecimento de modelos de células humanas de atrofia muscular espinhal (SMA) para imitar fenótipos específicos de neurônios motores é a chave para entender a patogênese dessa doença devastadora. Aqui, desenvolvemos um modelo de célula bem representativo de SMA, derrubando o gene determinante da doença, o neurônio motor de sobrevivência (SMN), em células-tronco embrionárias humanas (hESCs). Nosso estudo com este modelo celular demonstrou que o knock down do SMN não interfere na indução neural ou na especificação inicial dos neurônios motores espinhais. Notavelmente, o crescimento axonal de neurônios motores espinhais foi significativamente prejudicado e esses neurônios que imitam doenças posteriormente degeneraram. Além disso, esses fenótipos de doença foram causados por SMN-full-length (SMN-FL), mas não SMN-Delta 7 (sem exon 7), e eram específicos para neurônios motores espinhais. Restaurar a expressão de SMN-FL melhorou completamente todos os fenótipos da doença, incluindo defeitos axonais específicos e perda de neurônios motores. Finalmente, o knockdown de SMN-FL levou ao estresse oxidativo mitocondrial excessivo.
