Novel Object Exploration als Potential Assay für höherer Ordnung Repetitive Verhalten bei Mäusen
20. August 2016
Eingeschränkte, repetitive Verhaltensweisen (RRBs) höherer Ordnung stören das Leben der betroffenen Personen. Diese Verhaltensweisen sind bei Nagetieren nur schwer zu modellieren, was die biomedizinische Grundlagenforschung zu möglichen Behandlungen oder Interventionen für RRBs erschwert. Hier beschreiben wir die Erkundung neuartiger Objekte als potenziellen Assay für RRBs höherer Ordnung in Mäusen.
Das übergeordnete Ziel dieses Verhaltensassays ist es, das Vorhandensein von sich wiederholenden Verhaltensweisen höherer Ordnung bei Mäusen zu identifizieren. Dieser Assay kann dabei helfen, potenzielle Mausmodelle und autistisches Verhalten, wie z. B. den Inzuchtstamm C 58 J, zu validieren. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie kein Maustraining erfordert und nicht besonders angstauslösend ist.
Beginnen Sie damit, die Testarena zu füllen. Ein durchsichtiger rechteckiger Kunststoffkäfig mit einem halben Zoll Maiskolbeneinstreu. Wählen Sie vier neuartige Objekte aus, die sich in Form und Farbe unterscheiden.
Zum Beispiel ein rosa Spielzeugstein, ein roter Affe, eine weiße Kachel mit blauer Schrift und ein normaler weißer Würfel. Stellen Sie sicher, dass diese Gegenstände ungefähr die gleiche Größe haben und aus Kunststoff mit hoher Dichte bestehen, um die Reinigung zu erleichtern und dem Kauen zu widerstehen. Platzieren Sie diese Objekte in der rechteckigen Arena während des Tests drei Zentimeter von den Ecken entfernt in einer zufälligen und ausgeglichenen Reihenfolge.
Notieren Sie die Platzierung jedes Objekts als eine andere Zahl von eins bis vier. Positionieren Sie abschließend eine Kamera direkt über den Prüfarenen, so dass während der Akklimatisierungs- und Ruhephasen der gesamte Viereck aufgenommen wird. Beginnen Sie den Test zu Beginn des Lichtzyklus in einem Raum, der mit Leuchtstofflampen bei ca. 100 Lux beleuchtet wird.
Stellen Sie sicher, dass die Beleuchtung im gesamten Testbereich einheitlich ist, um das Erscheinungsbild bei der Videoaufzeichnung zu standardisieren. Legen Sie dann eine Notizkarte mit bekannten Abmessungen in den Boden der Prüfarena, um sie später als Kalibriernormal zu verwenden. Drücken Sie die Aufnahmetaste an der Videokamera.
Übertragen Sie als Nächstes eine Testmaus für 10 Minuten in die leere Testarena, um sich zu akklimatisieren, und setzen Sie die Aufzeichnung fort. Lassen Sie die Maus nach der Eingewöhnungsphase in der Arena und fügen Sie schnell die vier neuen Objekte zur Arena hinzu. Zeichnen Sie das Mausverhalten während dieses Testzeitraums weitere 10 Minuten lang auf.
Nachdem der Testzeitraum abgeschlossen ist, bringen Sie die Testmaus in ihren Heimatkäfig zurück. Reinigen und trocknen Sie die neuartigen Objekte sowie die Testarena mit unparfümiertem Spülmittel und Wasser. Beginnen Sie mit der Einrichtung des Projektcodierungsschemas in der Verhaltensprotokollierungssoftware.
Legen Sie im Projekt-Setup-Feld die Datenerfassung auf Offline-, Offline-Beobachtung fest. Innerhalb des Verhaltenscodierungsfelds können Sie die Objekte eins, zwei, drei und vier als Zustandsereignisse programmieren. Programmieren Sie das Springen als Punkteevent.
Um die sekundäre Tastatur zu programmieren, öffnen Sie die Tastatursoftware, klicken Sie auf die auf dem Bildschirm angezeigte Schaltfläche für die sekundäre Tastatur, geben Sie die entsprechende Tastenkombination ein und klicken Sie auf OK. Sobald die zweite Tastatur programmiert wurde, schließen Sie die Software und lassen Sie das Programm im Hintergrund des Computers laufen. Nachdem das Projekt in der Software eingerichtet wurde, bereiten Sie sich darauf vor, die Anzahl und Dauer jedes der folgenden sich wiederholenden Verhaltensweisen zu bewerten.
Bäumt auf, gräbt, pflegt sich selbst und springt. Um ein Video zu vertonen, klicken Sie auf Datei, Projekt öffnen, Beobachten, Beobachtung und Neu. Wählen Sie einen Namen für die neue Datei und dann die Videomediendatei aus, die bewertet werden soll.
Beginnen Sie mit der Bewertung der sich wiederholenden Verhaltensweisen, indem Sie auf die Schaltfläche "Beobachtung starten" klicken. Verwenden Sie zwei Tastenanschläge für alle Statusereignisse. Die eine steht für die Initiation und die andere für das Ende des Verhaltens.
Und verwenden Sie nur einen Tastendruck für Punktereignisse. Verwenden Sie als Nächstes die Software, um die Anzahl und Dauer der Maus zu bewerten, die jedes Objekt geschnüffelt hat, was definiert ist als jedes Mal, wenn eine Maus ihre Nase innerhalb von 0,5 Zentimetern um ein Objekt bewegt. Jedes Mal, wenn eine Maus an einem Objekt schnüffelt, notieren Sie die entsprechende Positionsnummer des Objekts und zeichnen Sie die Zeichenfolge der Positionsnummern bis zum Ende des 10-minütigen Testzeitraums manuell auf.
Zählen Sie eine Position zweimal, wenn eine Maus an einem Objekt schnüffelt, wegschaut und dann erneut an dem Objekt schnüffelt. Nachdem das 10-minütige Testvideo für Sniffs bewertet wurde, visualisieren Sie die Daten, indem Sie auf Analysieren, Verhaltensanalyse und Neu klicken. Sobald die Daten auf dem Bildschirm angezeigt werden, exportieren Sie sie in eine separate Tabelle.
Notieren Sie als Nächstes die Gesamtstrecke, die die Maus während des Tests innerhalb der Arena zurückgelegt hat. Verwenden Sie dazu die Notizkarte, um jedes Video zu kalibrieren, indem Sie eine Kalibrierungslinie entlang jedes Endes der Notizkarte festlegen und die entsprechende Länge auf dem Kalibrierungsbildschirm der Software eingeben. Nachdem die Linien gezeichnet wurden, geben Sie die bekannte Länge und Breite der Notizkarte ein, die jeder Zeile entspricht.
Wähle als Nächstes in den Arena-Einstellungen die gesamte Arena aus. Wählen Sie in den Einstellungen der Trail-Steuerung eine Dauer von 10 Minuten aus. Wählen Sie in den Erkennungseinstellungen ein dunkles Objekt auf hellem Hintergrund aus.
Sobald diese Einstellungen programmiert wurden, bewerten Sie die Videos, indem Sie auf Erfassung klicken und Erfassung öffnen. Klicken Sie im Feld "Akquisitionssteuerung" auf "Neue Testversion". Und dann starten Sie Versuche.
Nach Ablauf von 10 Minuten stoppen Sie das Programm und beobachten Sie die Daten. Klicken Sie abschließend auf Analysieren und Statistiken berechnen. Nachdem die Daten auf dem Bildschirm angezeigt werden, exportieren Sie sie in eine separate Tabelle.
Der prozentuale Anteil der Häufigkeit, mit der die drei häufigsten Sequenzen mit drei Mustern wiederholt wurden, wurde bei drei verschiedenen Inzuchtmausstämmen beobachtet. Die C 58 Weibchen zeigten eine starke Treue zu ihren bevorzugten Mustern in der runden Arena, nicht aber in der rechteckigen Arena. Während sich männliche Mäuse in beiden Bereichen nicht voneinander unterschieden.
Darüber hinaus zeigten männliche und weibliche C 58-Mäuse in der runden Arena eine stärkere Präferenz für ihr bevorzugtes Objekt als die beiden anderen Stämme. Während in der rechteckigen Arena keine Unterschiede in der Objektpräferenz gezeigt wurden. Sobald diese Technik beherrscht ist, kann sie in weniger als einer Stunde abgeschlossen werden, wobei 15 Minuten für die Datenerfassung und 20 Minuten für die Verhaltensbewertung benötigt werden.
Bei diesem Verfahren ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass Mäuse sehr empfindlich auf Veränderungen in ihrer Umgebung reagieren. Bitte stellen Sie sicher, dass die Testumgebung während des gesamten Experiments konsistent bleibt. Nach diesem Verfahren können andere Methoden wie das Barnes-Labyrinth oder das Team-Labyrinth verwendet werden, um das Vorhandensein von sich wiederholenden Verhaltensweisen höherer Ordnung weiter zu validieren.
Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie die Erkundung neuartiger Objekte nutzen können, um das Vorhandensein von sich wiederholenden Verhaltensweisen höherer Ordnung bei Mäusen zu identifizieren.
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Übersicht
Dieser Artikel stellt einen Verhaltens-Test vor, der darauf ausgelegt ist, repetitive Verhaltensweisen höherer Ordnung (RRBs) bei Mäusen zu identifizieren. Der Test soll die Validierung von Mausmodellen für die Untersuchung autismusähnlicher Verhaltensweisen ohne vorherige Trainingsschritte erleichtern.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Verhaltenswissenschaft
- Tiermodelle
Hintergrund
- Höher geordnete RRBs beeinflussen das Leben von Individuen erheblich.
- Die Modellierung dieser Verhaltensweisen bei Nagetieren ist herausfordernd.
- Die Erforschung neuartiger Objekte könnte als nützlicher Test dienen.
- Der inzüchtige Mausstamm C 58 J ist für diese Forschung relevant.
Zweck der Studie
- Entwicklung eines Tests zum Nachweis höherer Ordnung von repetitiven Verhaltensweisen (RRBs) bei Mäusen.
- Validierung potenzieller Mausmodelle zur Untersuchung von Autismus.
- Bereitstellung einer methode zur verhaltensbezogenen Bewertung, die keine Angstreaktionen hervorruft.
Verwendete Methoden
- Verwendung eines rechteckigen Käfigs aus klarem Kunststoff, der mit Maiskolben-Streumaterial gefüllt ist.
- Auswahl von vier neuartigen Objekten, die sich in Form und Farbe unterscheiden.
- Keine vorherige Trainingserfahrung der Mäuse erforderlich.
- Beurteilung des Erkundungsverhaltens in einer kontrollierten Umgebung.
Hauptergebnisse
- Der Test identifiziert erfolgreich höher geordnete RRBs bei Mäusen.
- Er zeigt das Potenzial zur Validierung von Mausmodellen auf.
- Die Methode wirkt effektiv, ohne bei den Versuchstieren Angstzustände auszulösen.
- Die Ergebnisse unterstützen die weitergehende Erforschung von RRBs in der Autismusforschung.
Schlussfolgerungen
- Die Erforschung neuartiger Objekte ist ein aussagekräftiges Verfahren für stereotypische, wiederholte Verhaltensweisen (RRBs).
- Diese Methode kann das Verständnis von Verhaltensweisen im Zusammenhang mit Autismus voranbringen.
- Zukünftige Studien könnten auf diesen Erkenntnissen aufbauen, um therapeutische Maßnahmen zu entwickeln.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die Modellierung von repetitiven Verhaltensweisen höherer Ordnung (RRBs) in präklinischen Systemen stellt weiterhin eine entscheidende Lücke in der Arzneimittelforschung für das Autismus-Spektrum-Störung (ASD) dar und begrenzt damit Bemühungen zur mechanistischen Entlastung und Zielvalidierung. Der neuartige Objektexplorations-Test schließt diese Lücke, indem er eine quantitative Beurteilung des strukturierten Erkundungsverhaltens bei Mäusen ermöglicht und somit ein translational relevantes Werkzeug zur Bewertung therapeutischer Kandidaten bietet, die auf repetitive Verhaltensweisen höherer Ordnung abzielen. Dies unterstützt frühe Entdeckungsabläufe, indem es das Vorhersagevertrauen bei der phänotypischen Bildschirmuntersuchung und der Auswahl präklinischer Modelle verbessert.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen, die mit perseverativen und Sequenzierungsverhalten in für ASD relevante Signalwege zusammenhängen.
- Operationaler Wert: Unterstützt die biologische Entschärfung von Risiken, indem er einen äußerlich validen Endpunkt für komplexere Wiederholungsverhaltensweisen bereitstellt, ohne dass eine Tiertrainierung erforderlich ist.
- Predictiver Wert: Erleichtert die Priorisierung von Projektportfolios, indem Stämme mit erhöhtem geordnetem Verhalten identifiziert werden, was mit menschlichen Phänotypen komplexer Wiederholungsverhaltensweisen übereinstimmt.
Screening und Assay-Entwicklung
- Assay-Bereitschaft: Liefert standardisierte, reproduzierbare quantitative Ergebnisse basierend auf Objektbewitterungssequenzen und Präferenzmetriken.
- Skalierbarkeit: Verwendet eine einfache Open-Field-Arena mit vier neuen Objekten, was eine Hochdurchsatz-Anpassung über mehrere Mausstämme hinweg ermöglicht.
- Screening-Nutzen: Bereitet validierte Verhaltenssysteme für die nachgeschaltete Evaluierung von Substanzen in phänotypischen Screening-Kampagnen vor.
Translationale und präklinische Forschung
- Krankheitsrelevanz: Zeigt eine Gesichtsvalidität für die Modellierung von RRBs höherer Ordnung beim Menschen, insbesondere bei Stämmen wie C58J, die erhöhte RRBs niedrigerer Ordnung und geprägtes Verhalten aufweisen.
- Translationale Kontinuität: Verbindet die Entdeckung mit der präklinischen Validierung, indem sie eine konsistente verhaltensbezogene Messgröße über verschiedene experimentelle Bedingungen hinweg bereitstellt.
- Risikoadjustierte Weiterentwicklung: Unterstützt Go/No-Go-Entscheidungen, indem sie wiederholte Musterbildung quantifiziert, ein zentrales Merkmal der ASD-Symptomatik.
Pipeline- und Workflow-Integration
Der Test fügt sich in die Entdeckungskette von der Target-Validierung über die Lead-Identifizierung bis zur präklinischen Bewertung ein und ermöglicht insbesondere die objektive Messung von RRBs höherer Ordnung als phänotypischem Endpunkt in der ASD-bezogenen Forschung.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung und Klärung von Wirkwegen, indem die quantifizierte Mustererkundung als Proxy für kognitive Inflexibilität und Perseveration dient.
- Screening: Bietet Bereitschaft für Assays durch standardisierte Objektanordnung, Video-Tracking und Verhaltensauswertung von Schnüffelsequenzen.
- Analytik: Erzeugt quantitative abhängige Variablen wie den Prozentsatz wiederholter Dreiermustersequenzen und Objektpräferenzwerte und ermöglicht so den Vergleich zwischen verschiedenen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Trägt zu Bemühungen um Biomarker-Korrelationen bei, indem ein zentrales ASD-Symptomkomplex (hochgradige RRBs) in einem präklinischen System modelliert wird.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Funktioniert als wiederverwendbare Verhaltensplattform, die in mehreren therapeutischen Bereichen mit kompulsiven oder repetitiven Symptomen anwendbar ist.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit bei der Target-Validierung, indem mechanistische Unklarheiten hinsichtlich höherer RRB-Mechanismen reduziert werden.
- Operationaler Wert: Stellt Standardisierung und Reproduzierbarkeit sicher durch feste Arenadimensionen, Objektplatzierung und verblindete Auswerteprotokolle.
- Strategischer Wert: Verbessert die Kapitalnutzungseffizienz, indem ineffektive Wirkstoffe frühzeitig identifiziert werden und späte biologische Risiken verringert werden.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung, indem verhaltensbezogene Phänotypen, die mit ASD-Symptomdomänen verknüpft sind, quantifiziert werden.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in der Verhaltensneurowissenschaft und in videobasierter Auswertungssoftware zur genauen Verfolgung von Schnüffelsequenzen.
- Setzt eine standardisierte Versuchsanordnung, Objektkalibrierung und konstante Beleuchtung voraus, um die Variabilität zu minimieren.
- Erfordert eine Abstimmung zwischen den Forschungsteams hinsichtlich der Verhaltensethogramme und Bewertungskriterien, um die Reproduzierbarkeit an verschiedenen Standorten sicherzustellen.
- Beinhaltet Anpassungsüberlegungen beim Übergang von rechteckigen zu kreisförmigen Versuchsanordnungen, da die Unterschiede zwischen Stämmen kontextabhängig waren.
- Auf die Erfassung explorativer Muster beschränkt; erfasst motorische Stereotypien oder angstbezogene Störgrößen nicht, sofern keine ergänzenden Tests durchgeführt werden.
