适应人类Videofluoroscopic燕子研究的方法来检测和检定吞咽困难的小鼠疾病模型
2015年3月1日
这项研究成功地适应人类videofluoroscopic吞咽研究（VFSS）方法用于小鼠疾病模型用于促进转化研究吞咽困难的目的。
该程序的总体目标是研究行为自由的啮齿动物的吞咽功能，称为视频透视吞咽研究或 VFSS。饲喂室的构造是为了在测试过程中将啮齿动物限制在一个狭小的空间内。第二步是使用测试解决方案进行行为调节，以确保最大程度的参与。
下一步是对预处理小鼠进行 VFSS 测试。最后，对视频进行逐帧分析以量化吞咽参数。最终，这种新的评估工具可用于检测和表征镜像疾病模型中的吞咽困难，并提供用于临床前试验的功能性生物标志物。
我们最初想到使用观察室是因为人体的 VFSS 测试是自愿且不受限制的，我们希望密切模拟人体临床程序。与现有的类似方法相比，这种技术的主要优点是它可以迅速引发啮齿动物的自愿进食行为，从而允许快速测试吞咽的所有阶段。一般来说，刚接触这种方法的人会遇到视频分析的困难，因为吞咽和老鼠的小而快速的运动很难辨别。
首先组装观察室，然后组装注射器输送系统，以便在测试期间将溶液输送到钉碗中。组装完成后，将观察室放在电动剪刀式升降机上以进行远程定位。遥控剪刀式升降台的主要优点是提高了研究人员的辐射安全性，同时保持了啮齿动物在透视视野中的自由行为。
通过让小鼠适应观察室并让它们进行过夜的水分调节来准备它们。准备好测试后，从笼子中取出腔室并彻底清洁。使用干擦记号笔标记每根清洁过的试管，然后再将其放回家用笼子中。
接下来，准备巧克力味碘海醇溶液以设置透视环境。使用备用观察室和钉碗来确定荧光镜光束内的最佳高度和位置，以便在侧面看到饮水情况。将透视帧速率设置为每秒 30 帧。
如果可用，可以使用更高的帧速率。确保在荧光镜相机上适当放置不透射线的校准标记，以便在整个测试过程中在显示器上可以看到它。此步骤对于允许校准长度测量值以减少因处理引起的应力是必要的。
观察笼子，直到老鼠自由进入观察室。进入后，将腔室从笼子中取出并轻轻连接第二个端盖。通过反复测试，当小鼠被放置在笼子内时，或者当小鼠被尾巴悬挂在腔室开口上时，可以很容易地被哄骗进入腔室。
将观察室放置在透视机内，以开始在侧面进行 VFSS 测试。接下来，使用注射器输送系统将巧克力味碘海醇溶液填充到钉碗中。开始视频透视记录。
当鼠标在测试过程中开始饮水时，使用遥控升降台调整观察室的位置，以便在视野中可以看到吞咽机构。每次鼠标离开钉碗时暂停录制，以最大限度地减少辐射暴露的持续时间。当鼠标返回钉碗时继续录制，根据需要重新填充钉碗。
目标是记录几次长时间的连续饮水，这对大多数小鼠来说是典型的。在测试的前两分钟内，如果小鼠在 5 分钟内没有喝水，则停止测试，将不合规的小鼠放回家笼，在同一天晚些时候重新测试。不要超过 24 小时的用水规定。
当测试来自同一个家笼的多只小鼠时。在小鼠之间用干纸巾清洁钉碗和管道。根据需要修剪 PE 管的尖端。
如果在测试过程中被咀嚼，请根据需要清洁观察室，以清除观察室壁上飞溅的碘海醇。用自来水冲洗腔室，然后用纸巾擦干。使用允许对视频透视记录进行逐帧分析的视频编辑软件程序。
为了量化感兴趣的吞咽参数，至少两名训练有素的审阅者应以盲法方式分析每个视频。主要审查员观看每个视频以识别和分析 3 到 5 场长时间的饮酒比赛。该标准基于已发表的非放射学吞咽研究，表明该参数足以进行统计分析。
然后，次要审阅者独立分析主要审阅者最初识别和分析的每只小鼠每个吞咽参数的 3 到 5 个测量值。然后确定每只小鼠的审阅者差异并重新分析，直到达到 100% 共识。然后对每个 swallow 参数的无争议值进行平均，以获得每只小鼠的平均值。
当为 swallow 参数获取的测度少于 3 个时，请在统计数据库中为该测度输入缺失值。这些示例是使用低能量透视系统位置获得的。一个允许可视化整个头部和胸部近端区域。
吞咽触发点位于视野的中心。位置 2 允许从吞咽触发点到胃食管交界处进行可视化。请注意，即使在最低放大倍率设置下，推注也会穿过远端食管。
使用低能量透视系统很容易看到头部和颈部的骨骼结构。还以更高的放大倍率检查解剖结构，以允许量化几个额外的吞咽参数。该图显示了两个 VFSS 吞咽参数、吞咽速率和吞咽间期吞咽速率的代表性初步结果，与年龄 C 57 相比，SOD 1 小鼠的吞咽速率明显变慢。
小鼠和对照组的吞咽间隔在组间没有显著差异。一旦掌握了视频捕获，如果执行得当，每个质量可以在不到两分钟的时间内完成。在尝试此程序时，请务必记住在制备后的几个小时内使用巧克力味测试溶液，以防止粘度和适口性发生变化，从而导致回避行为。
这项新技术为神经科学领域的研究人员探索健康啮齿动物和疾病模型的自然进食和吞咽行为铺平了道路。观看此视频后，您应该对如何成功对行为自由的啮齿动物进行 VFSS 测试有一个很好的了解为了量化典型的摄食行为和吞咽功能，请不要忘记使用辐射发射设备可能非常危险，在执行此程序时应始终遵循时间、距离和屏蔽的辐射预防措施。
概览
本研究成功地将人类视频荧光吞咽研究（VFSS）方法适用于鼠类疾病模型，促进了转化性吞咽困难研究。该程序旨在评估自由行为的啮齿动物的吞咽功能，紧密模拟人类临床实践。
研究的关键组成部分
科学领域
- 神经科学
- 行为分析
- 转化研究
背景
- VFSS是评估人类吞咽的标准方法。
- 本研究旨在在啮齿动物模型中复制VFSS技术。
- 该方法允许观察自愿进食行为。
- 它为在疾病模型中检测吞咽困难提供了一个平台。
研究目的
- 开发一种可靠的方法来研究啮齿动物的吞咽。
- 为临床前试验创建功能性生物标志物。
- 增强对疾病模型中吞咽困难机制的理解。
使用的方法
- 建造一个用于测试期间啮齿动物限制的进食室。
- 用测试溶液进行行为条件反射以确保参与。
- 对VFSS视频进行逐帧分析以量化吞咽参数。
- 使用遥控剪刀升降机以提高辐射安全性。
主要结果
- 该方法成功地引起了啮齿动物的自愿进食行为。
- 通过视频分析实现了吞咽参数的定量分析。
- 审查者的共识确保了吞咽参数的准确测量。
- 该技术展示了在鼠类模型中识别吞咽困难的潜力。
结论
- 这种新颖的VFSS适应是研究啮齿动物吞咽困难的有效方法。
- 该方法为临床前吞咽困难研究提供了宝贵的工具。
- 未来的研究可以在这个框架上进行，以探索各种疾病背景下的吞咽困难。
常见问题
Executive Industry Relevance
Adapting human videofluoroscopic swallow study (VFSS) methods to murine models enables early detection of dysphagia phenotypes in preclinical disease models, supporting target validation and mechanistic de-risking in neurodegenerative and neuromuscular drug development. This approach provides functional biomarkers that bridge behavioral assays with clinical endpoints, improving predictive confidence in lead identification and preclinical progression decisions. By quantifying swallow physiology in freely behaving rodents, the method enhances translational continuity from discovery through preclinical stages.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by quantifying swallow physiology as a functional readout of brainstem and neuromuscular circuit integrity.
- Operational Value: Enables behavioral conditioning and voluntary feeding in confined spaces, reducing stress-induced variability in murine phenotyping.
- Scientific Value: Supports biological de-risking of targets involved in swallowing control, such as SOD1 in ALS models, by linking genetic manipulation to measurable dysphagia phenotypes.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by standardizing swallow parameter quantification via frame-by-frame video analysis.
- Operational Value: Addresses assay standardization and reproducibility through blinded dual-reviewer consensus and defined drinking bout criteria.
- Scientific Value: Highlights screening readiness and scalability by enabling rapid testing of multiple mice per session with remote-controlled chamber positioning.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Discusses disease relevance and translational biomarker alignment by detecting genotype-specific differences in swallow rate and inter-swallow interval in SOD1 mice versus controls.
- Operational Value: Describes continuity from discovery through preclinical validation by providing quantifiable VFSS parameters that correlate with disease progression.
- Scientific Value: Focuses on predictive de-risking value by identifying 13 consistently quantifiable swallow parameters using low-energy fluoroscopy, nearly doubling the detection sensitivity compared to high-energy systems.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from Early Discovery to Lead Identification and Preclinical work, supporting hypothesis testing, pathway clarification, and biological de-risking of targets affecting bulbar function.
- Discovery Biology: Explains how the method supports hypothesis testing, pathway clarification, or biological de-risking by quantifying swallow mechanics as a proxy for neural circuit function in disease models.
- Screening: Describes assay readiness, reproducibility, or quantitative outputs when supported by the article through standardized protocols, blinded analysis, and consensus-driven parameter measurement.
- Analytics: Highlights measurements, readouts, or statistical outputs that help teams compare conditions, including swallow rate, inter-swallow interval, and bolus transit timing derived from frame-by-frame VFSS video analysis.
- Translational Research: Connects the method to preclinical continuity or biomarker alignment only when the source supports it by demonstrating genotype-dependent differences in swallow physiology that mirror clinical dysphagia endpoints.
- Enterprise Reuse: Frames the method as a reusable capability rather than a single-use technique through standardized chamber design, flavored contrast agent protocols, and remote-operated imaging setup.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, reduction of mechanistic ambiguity in brainstem-mediated phenotypes.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of swallow phenotyping across murine cohorts and laboratories.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk by identifying dysphagia early in preclinical pipelines.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on functional biomarker data from VFSS in disease models.
Implementation Considerations
- Required scientific expertise in neurobehavioral testing, video fluoroscopy operation, and frame-by-frame video analysis.
- Instrumentation and analytical infrastructure needs include fluoroscopy systems (preferably low-energy for high-resolution murine imaging), remote-controlled positioning tables, and video editing software for blinded review.
- Cross-team standardization requirements involve harmonizing chamber design, contrast agent preparation (e.g., chocolate-flavored iohexol), and drinking bout selection criteria across sites.
- Adaptation considerations across model systems include adjusting chamber size, contrast agent palatability, and positional protocols for different rodent strains and disease severities.
- Practical limitations supported by source material include dependency on fluoroscope energy level for parameter detectability, with high-energy systems limiting quantification to seven parameters versus thirteen with low-energy systems.
