在多发性硬化症的小鼠模型测量进行性神经功能残疾
November 14th, 2016
本文提出了一种优化的 Rotarod 性能测试方案，用于测量 TMEV 感染小鼠的进行性神经功能障碍。
该程序的总体目标是评估患有慢性脱髓鞘疾病的小鼠的进行性神经功能障碍。我们通过使用 Rotarod 测试提供适用于研究进行性多发性硬化症 Theilers 病毒模型中长期神经残疾的测试参数建议来实现这一目标。该程序提供了一个基线，据此评估小鼠模型与进行性脱髓鞘的相关性，以及它对测试旨在治疗进行性神经系统疾病（如多发性硬化症）的疗法的有用性。
与传统的视觉评分系统相比，这种优化测试的优势在于它生成了一个客观变量来量化治疗和实验程序对运动功能的长期影响。演示此程序的是达特茅斯神经免疫学实验室的技术员 Darlene Royce。为了评估基线平衡协调和运动控制，在 TMEV 感染前 5 天开始适应方案，首先让小鼠适应测试室至少 30 分钟。
当小鼠适应时，使用负 5 DPI 训练参数预设 Rotarod。然后，抓住老鼠的尾巴，将其放在背对作员的杆上。如果鼠标跌落或跳跃，请将其放回 Rotarod 上的车道上，直到所有鼠标都就位。
加载所有四只鼠标后，按 enter 按钮开始实验。确保计时器自动启动，并观察显示的每条车道每分钟的旋转。然后，当每只动物从杆上掉下来时，记录杆在坠落时的速度，以及动物在杆上停留的持续时间。
在所有小鼠倒下后，用纸巾从杆上去除任何粪便和尿液，因为尿液和粪便物质的存在可能会影响小鼠正确握住杆的能力。休息 3 分钟后，给小鼠第二次试验，然后进行第三次试验，每次试验的最大时间为 240 秒。在每个测试日总共进行 3 次试验。
最后，将老鼠放回它们的家笼中。在负 4、负 3、负 2 和负 1 的 PI 上，使用适当的训练方案参数预设 Rotarod 并重复 Rotarod 实验。首先将装有 4 到 6 周龄雌性 SJL 小鼠的笼子从机架上移动到舒适的工作空间。
使用打耳器标记小鼠，以便对临床和组织学疾病进行个体评估。接下来，将 30 微升 TMEV 感染原液在 PBS 中抽入 29 号胰岛素注射器针头中。通过确保在手术过程中存在足量的氧气和异氟醚来准备麻醉气体机。
将动物放入感应室并密封顶部。几分钟后，将动物从腔室中取出，并通过捏住脚垫来测试鼠标，以确保有足够的麻醉。接下来，用 70% 异丙醇清洁注射部位，并通过徒手注射将 30 微升 TMEV 感染原液注射到右大脑半球。
最后，一旦鼠标完全警觉并移动，就将鼠标放回其固定笼中。在感染后第 7 天，用适当的实验参数预设 Rotarod，并使用适当的实验方案参数重复完整的 Rotarod 训练练习。每天第三次试验后，称量每只小鼠的体重，并在数据表上记下体重。
在接下来的六周内，以相同的方式每周测试小鼠两次。六周后，使用相同的实验方案每周测试小鼠一次，平均 150 个实验日。接下来，分析原始数据，并表示为神经功能指数 （NFI）。
要确定单个 NFI 值，请计算每只小鼠的基线性能阈值作为感染后 15 至 45 天所有运行时间的平均值。为了评估进行性脱髓鞘导致的运动性能，并排除早期脑炎引起的任何影响缺陷。然后，将 NFI 值计算为最近三个平均运行时间的平均值除以鼠标的基准性能阈值。
最后，通过将 NFI 值除以假治疗组在特定日期获得的平均 NFI 值来计算调整后的 NFI。该图显示，与对照小鼠相比，TMEV 感染的小鼠随着时间的推移表现出显着增加的神经功能缺损。两种不同菌株 TMEV 的慢性感染对小鼠的运行时间产生了负面影响。
两组 TMEV 感染小鼠的 NFI 值均显著低于假小鼠。此外，在所有时间点比较感染 BeAn 菌株的小鼠和 DA 菌株感染的小鼠的残疾进展没有差异。遵循此程序可以执行传统的视觉评分方法，例如扶正反射测试，以快速评估小鼠的总体健康状况。
开发后，这项技术为多发性硬化症和神经退行性疾病领域的研究人员铺平了道路，以测试疗法和其他干预措施在延缓进行性残疾方面的有效性。看完这个视频后，你应该对如何评估小鼠的长期进行性残疾有了很好的了解。该程序不仅可用于检测 Theiler 病毒模型中的进行性神经功能障碍，还可用于揭示其他神经退行性疾病小鼠模型中的损伤。
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概述
本文提出了一个优化的Rotarod性能测试协议，旨在测量TMEV感染小鼠的进行性神经功能障碍。该程序旨在评估与慢性脱髓鞘疾病相关的长期神经功能障碍。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 神经学
- 神经免疫学
背景
- Rotarod测试用于评估小鼠的运动功能。
- 慢性脱髓鞘疾病，如多发性硬化症，影响运动协调。
- Theilers病毒模型与研究进行性神经功能障碍相关。
- 传统评分系统在测量运动功能方面缺乏客观性。
研究目的
- 提供一个评估小鼠神经功能障碍的标准化协议。
- 建立一个评估疗法有效性的基线。
- 提高运动功能评估的客观性。
使用的方法
- 优化的Rotarod性能测试协议。
- 在TMEV感染前对小鼠进行适应测试环境。
- 评估平衡、协调和运动控制。
- 与传统的视觉评分方法比较结果。
主要结果
- 优化的协议提供了可靠的运动功能测量。
- 它允许对治疗的长期效果进行客观量化。
- 在评估进行性神经功能障碍方面显示了有效性。
- 有助于更好地理解治疗对运动功能的影响。
结论
- 优化的Rotarod测试是研究神经功能障碍的有价值工具。
- 与传统方法相比，它提供了一种更客观的方法。
- 该协议可以帮助开发多发性硬化症的疗法。
常见问题
Executive Industry Relevance
Objective quantification of progressive neurological disability is critical for de-risking therapeutic candidates in preclinical MS models. The Rotarod test provides a continuous, measurable endpoint that enhances predictive confidence in target validation and supports go/no-go decisions in discovery pipelines. Standardized parameters improve cross-laboratory reproducibility, enabling reliable translational biomarker alignment and portfolio triage.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by quantifying motor function decline as a functional readout of demyelination.
- Operational Value: Provides objective, continuous data reducing inter-rater variability and supporting mechanistic de-risking of targets.
- Predictive Value: Supports preclinical model selection by demonstrating disease-relevant motor impairment progression over time.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Defined training and testing parameters ensure reproducible baseline establishment prior to compound evaluation.
- Quantitative Output: Generates neurological functional index (NFI) enabling dose-response analysis and therapeutic effect measurement.
- Scalability: Protocol supports longitudinal testing over 150+ days, facilitating chronic dosing studies and therapeutic window assessment.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models chronic-progressive demyelination similar to human MS, supporting translational biomarker alignment.
- Preclinical Continuity: Enables longitudinal tracking of disability from early infection through advanced disease stages.
- Risk-Adjusted Advancement: NFI normalization against sham controls allows for standardized comparison across studies and therapeutic interventions.
Pipeline & Workflow Integration
The Rotarod assay fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, providing a functional bridge between molecular mechanisms and phenotypic outcomes.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by linking genetic or pharmacological interventions to measurable motor performance changes.
- Screening: Enables standardized, reproducible compound screening with defined temporal windows for acute and chronic effect assessment.
- Analytics: NFI calculation provides a normalized, quantitative readout for comparing therapeutic efficacy across time points and study groups.
- Translational Research: Connects motor function outcomes to disease progression modeling, supporting biomarker qualification efforts.
- Enterprise Reuse: Standardized SOP enables reuse across multiple therapeutic areas involving motor dysfunction, including ALS and spinal cord injury models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by providing objective, quantifiable motor function data in progressive disease models.
- Operational Value: Standardized parameters enhance reproducibility across sites and reduce variability in longitudinal studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision confidence by enabling early detection of therapeutic effects on functional decline.
- Portfolio Impact: Facilitates risk-adjusted prioritization through standardized disability metrics that inform preclinical advancement criteria.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent handling, behavioral testing, and neuroimmunological disease models.
- Dependent on calibrated Rotarod instrumentation with precise speed and acceleration control.
- Necessitates cross-team standardization of training protocols, trial numbers, and data processing procedures.
- Adaptation considerations include adjusting rod diameter and speed for different mouse strains or age cohorts.
- Practical limitations include potential confounding effects from non-motor deficits such as fatigue or motivation, necessitating complementary assays.
