帕金森氏症小鼠模型的感觉功能评估
June 17th, 2013
在帕金森氏病和运动障碍一般，敏感和可靠的行为分析是必不可少的，用于测试新的潜在疗法。在这里，我们描述了一个可管理的电池感觉敏感不同程度的损伤，黑质纹状体系统，并用于临床前研究的老鼠试验。
这些程序的总体目标是定量评估传感器电机功能。在小鼠中。我们通过使用一系列敏感的行为测试来实现这一点。
这些测试包括具有挑战性的光束遍历圆柱体中的自发活动和胶粘剂去除测试，也称为 DOT 测试。测试后，可以对射束穿越和自发活动的视频记录进行评分。最终，这些测试可用于表征新型遗传小鼠模型中的传感器或运动功能，以及研究疾病潜在治疗方法的临床前药物研究。
因此，与其他测试（尤其是自动化测试）相比，这些测试的主要优势在于，我们发现它们对运动功能障碍高度敏感，比转子杆等测试更敏感。此外，这些测试实际上非常具有成本效益，尤其是与自动化测试相比，自动化测试的成本可能高达数千美元。这些测试可以回答一般运动障碍领域的关键问题，并且它们是非常有用的结果测量。
在测试潜在疗法时，通过在桌面或小鼠笼中倒置三个干净的小鼠笼来设置光束。更换通风橱，将通风柜均匀排列，以便它们可以支撑一米光束的长度。接下来，将光束的四个部分从最宽到最窄的部分组装起来，并放在倒置的鼠标笼的顶部。
将您计划测试的鼠标的家笼侧放在横梁末端，使横梁最窄的一端直接通向家笼。要开始辅助试验，请抓住第一只老鼠的尾巴根部，并用手掌支撑它的后肢。将鼠标放在横梁的宽端，松开它的尾巴并移开你的手。
让鼠标嗅探并四处移动，以便更好地适应设备。如果鼠标轻轻转动，请将其重定向到所需的方向。为了鼓励鼠标沿着路径前进，请抬起本垒笼，使其保持在侧面的相同位置，并使其靠近测试鼠标。
当鼠标开始尝试进入 Home Cage 时，将其向后移动，以便鼠标不会进入，而是向前移动。最后，允许鼠标进入 Home Cage。对笼子中的每只鼠标执行相同的过程。
在笼子里用动物房间清洁液彻底清洁笼子之间的横梁。在运行下一只鼠标之前清除横梁上的任何尿液或粪便颗粒很重要，因为这会分散下一只鼠标的注意力。一旦笼子中的所有小鼠都经历了一次辅助试验，再次拿起第一只小鼠，并在需要时将其放在光束的宽端。
轻轻地将鼠标朝向所需的方向并轻轻触摸其背面，以鼓励它沿着横梁的长度向其主笼移动，如果鼠标停止嗅探或从横梁上走开，请纠正鼠标。将手放在附近，将鼠标引导到光束的末端。尽量减少在横梁上停下来和探索。
在训练期间这样做的次数越多，鼠标就越不容易这样做。在测试过程中，当老鼠将其四个肢体中的一个放入家笼时，试验结束，然后下一只老鼠可以接受第二次试验。小鼠在第一个训练日总共接受五次试验，在小鼠之间交替进行，因此每只小鼠的试验间隔为 30 秒或更长时间。
第二天，使用与第一天相同的光束设置为每只小鼠再进行五次试验，小鼠不需要任何帮助，但可能需要纠正或触摸背面以防止停止或探索。24 小时后，开始测试日。以与前两个训练日类似的方式设置光束。
但是，请在每个梁截面的顶部放置一个对应于每个梁宽度的网格网格。在每次试验开始之前，使用摄像机记录所有光束遍历试验。在卡片上标记必要的实验信息，如日期、小鼠编号和试验编号，并将其放在相机前。
在每次试验前记录 2 到 3 秒，以便清楚地知道哪只鼠标正在测试以及它正在进行什么试验。对于每个测试，将鼠标放在最宽部分的网格表面的顶部，并在它沿光束记录移动时进行记录，以便可以看到鼠标身体的整个长度。摄像机的位置应使网格位于查看器的中间。
在网格表面梁上运行每个鼠标完成测试五次，在每个鼠标之间清洁它。为了设置自发活动实验，将两个笼子彼此相邻排列，相距约 18 厘米，使笼子的正面面向实验者。如果需要，请在其他两个笼子后面放置一个额外的笼子，作为镜子的支撑。
接下来，将一块玻璃放在两个笼子的顶部，并放置它，使玻璃由前两个笼子的外边缘支撑。然后将一个圆柱体放在玻璃顶部，并在玻璃下方以一定角度放置一面镜子。靠在第三个笼子的后面。
角度范围从 30 到 45 度不等，但更重要的是，摄像机的视野必须包括圆柱体的整个直径。实验设置完成后，将摄像机放在镜子前面，并调整镜子和摄像机，直到您可以看到圆柱体底部的整个直径。然后设置一个计时器 3 分钟，并在卡片上标记重要的实验详细信息，如上一个实验视频所示。
记录标签 2 到 3 秒。然后停止。要运行实验，请将鼠标放在圆柱体中。
按 record 并启动计时器。将鼠标记录三分钟。测试区域保持安静很重要，因为嘈杂的噪音和谈话会分散鼠标的注意力，并可能导致卡顿行为。
在实验过程中，使用手动计数器来计算鼠标在圆柱体中所做的后置次数。后部被定义为垂直运动，两个肢体都离开地板，以便老鼠只用后肢站立。计时器到期后，取出鼠标并将其放回他的家笼中。
在每只老鼠之间用动物房间清洁液清洁圆柱体和玻璃。让清洁液干燥后再换下一只鼠标。通过将鼠标放入其家用笼子中开始粘合剂去除测试。
移除饲养箱后，让小鼠适应没有饲养员的测试室和笼子。在一小时的测试中，使用干净的笼子放置笼子配对，以便测试鼠标是原来笼子中唯一的鼠标。取出四分之三的垫料，将其放入干净的笼子中，笼子配合物在家用笼子里。
用一对小镊子夹住测试鼠标以将其束缚，将一个不干胶标签放在鼠标的 sslt 上。用镊子轻轻按压鼻子上的标签，然后松开鼠标。将盖子放在笼子上，当鼠标尝试用其四个孔去除标签时，启动秒表。
如果鼠标接触，则记录时间，但不删除标签。记录时间，但保持计时器运行，直到它开始运行。将其完全删除。
如果鼠标在 60 秒内没有接触或移除贴纸，请结束试用并手动移除贴纸。每次试用后，将测试鼠标放入固定笼中，然后开始测试下一只鼠标。所有小鼠在小鼠之间交替接受 3 次试验。
标签脱落或鼻子不牢固的试验不计算在内，而不是一次在鼠标上进行所有三次试验。圆柱体中具有挑战性的光束自发活动和粘合剂去除测试都是在具有挑战性的光束测试中对小鼠传感器运动功能的非常有用的测定，TH one α-突触核蛋白小鼠每步的错误明显多于野生型小鼠。随着光束变得更窄，第 1 只 α-突触核蛋白小鼠的误差数量增加。
野生型小鼠的情况并非如此。同一系列的小鼠在圆柱体测试中也显示出后肢步数的强劲减少。这些结果表明，在突变小鼠的细胞核中过表达人 α 会导致可检测的传感器运动缺陷的发展。
最后，在粘合剂去除试验中，与野生型对照相比，黑质纹状体多巴胺神经元显着减少的 PITX 三只 akia 小鼠显示出接触时间显着增加。我们和其他人常规使用这些测试来评估帕金森病治疗的治疗潜力。这些测试还可用于表征遗传小鼠模型并确定特定突变对感觉运动功能的影响。
概览
本文介绍了一系列为小鼠设计的感觉运动测试，旨在评估帕金森病和运动障碍背景下的运动功能。这些测试对黑质纹状体系统的不同程度损伤具有敏感性，对临床前研究具有重要价值。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 行为测定
- 临床前研究
背景
- 运动功能障碍是帕金森病的主要特征。
- 可靠的行为测定对于测试潜在的治疗方法至关重要。
- 现有的测试可能在灵敏度方面不如所提出的方法。
- 临床前研究需要具有成本效益的测试方法。
研究目的
- 定量评估小鼠的感觉运动功能。
- 提供敏感的行为测试以评估运动功能。
- 为临床前药物研究建立可管理的测试方案。
使用的方法
- 挑战性横梁穿越测试。
- 圆柱体内自发活动评估。
- 粘附物移除测试（DOT测试）。
- 行为测试评分的视频记录。
主要结果
- 这些测试对运动功能障碍表现出高度敏感性。
- 与自动化测试方法相比，具有成本效益。
- 适用于表征遗传小鼠模型的运动功能。
- 适用于测试潜在治疗方法的有用结果测量。
结论
- 所提出的测试对于评估运动功能是可靠且敏感的。
- 它们为现有的自动化测试提供了具有成本效益的替代方案。
- 这些方法可以显著帮助运动障碍的临床前研究。
常见问题
Executive Industry Relevance
Sensitive and reliable behavioral outcome measures are essential for evaluating potential therapeutic treatments in preclinical trials for neurodegenerative diseases. In Parkinson's disease, sensorimotor tests sensitive to varying degrees of nigrostriatal dysfunction are fundamental for testing the efficacy of potential therapeutics. The described test battery provides a cost-effective, easy-to-implement, and highly sensitive approach for characterizing motor function in genetic mouse models and assessing disease-modifying therapies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by quantifying sensorimotor deficits in genetic mouse models of Parkinson's disease.
- Operational Value: Supports biological de-risking through functional target validation using assays sensitive to nigrostriatal dysfunction.
- Predictive Value: Enhances predictive confidence and portfolio triage by detecting motor impairments across a wide variety of PD models.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows with quantitative, video-scored behavioral outputs.
- Operational Value: Ensures assay standardization, reproducibility, and low-cost implementation compared to automated alternatives.
- Scalability: Facilitates screening readiness and platform reuse due to minimal equipment requirements and ease of training.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Demonstrates disease relevance through robust detection of sensorimotor deficits in models like TH one alpha-synuclein and PITX three akia mice.
- Preclinical Alignment: Supports risk-adjusted advancement decisions by linking specific mutations to measurable motor function consequences.
- Mechanistic De-risking: Focuses on predictive value by identifying detectable motor impairments resulting from nigrostriatal pathway disruption.
Pipeline & Workflow Integration
The method supports the discovery continuum from Early Discovery through Lead Identification to Preclinical work by providing reliable sensorimotor readouts that inform go/no-go decisions.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying motor dysfunction in genetic models.
- Screening: Delivers assay readiness through reproducible, video-based scoring of beam traversal, cylinder rearing, and adhesive removal performance.
- Analytics: Generates quantitative measurements such as error rates per step, hind limb step counts, and label removal latency to enable cross-condition comparison.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by characterizing mutation-specific motor consequences in disease-relevant systems.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable capability across multiple studies due to low cost, minimal training, and broad model applicability.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, and reduction of mechanistic ambiguity in motor circuit function.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability across laboratories and model systems.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk in movement disorder programs.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on quantifiable sensorimotor outcomes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and mouse handling for consistent test administration.
- Depends on basic instrumentation including video cameras, lighting, and simple apparatus like beams, cylinders, and adhesive labels.
- Necessitates cross-team standardization of scoring criteria for beam errors, rear counts, and removal latencies.
- Involves adaptation considerations across mouse strains and genetic backgrounds to ensure baseline normalization.
- Includes practical limitations such as manual scoring effort and sensitivity to environmental distractions during testing.
