Analyse der Lern- und Gedächtnisfähigkeit in einem Alzheimer-Mausmodell mit dem Morris Water Maze
29. Oktober 2019
Hierin wird ein Protokoll zur Durchführung der Morris-Wasserlabyrinthtests beschrieben, um die Fähigkeit des Lernens und Gedächtnisses von Alzheimer-Modellmäusen zu bewerten und die Wirkung der manuellen Akupunktur für ihre Behandlung zu bewerten.
Das Morris Water Maze, oder MWM-Experiment, hat sich zum am weitesten verbreiteten und klassischen Verhaltensexperiment zur Bewertung der räumlichen Lern- und Gedächtnisfähigkeit von Tieren gemacht. Obwohl es viele Artikel über MWM gibt, fühlen sich Forscher in der Praxis immer noch verwirrt. Daher ist dieses intuitive und strenge Bedienprozessvideo besonders wichtig.
Wir haben zuvor eine MWM-basierte Studie durchgeführt, die nahelegte, dass Akupunktur Symptome von AD-Modellmäusen lindern kann. Hierin stellen wir das Betriebsprotokoll von MWM vor, das in unseren jüngsten Studien verwendet wird, um Forschern eine einfache und sichtbare Methode zur Beurteilung des räumlichen Lernens und Gedächtnisses von AD-Modelltieren zu bieten. MWM ist eine leistungsfähige Technik zur Beurteilung der kognitiven Funktion und wird häufig in Studien verwendet.
Es gibt jedoch keine definierten oder Standardparameter, um die Aufgabe auszuführen, z. B. die Größe des Pools und der Plattform. Daher ist eine echte Demonstration der Methode von entscheidender Bedeutung. Beginnen Sie mit der Einrichtung für den Morris Water Maze oder MWM-Test nach Manuskriptanweisungen.
Das MWM-Gerät und das Signalerfassungs- und -verarbeitungssystem sollten sich in einem Experimentierraum befinden, der für die Schalldämmung ausgelegt ist. Ein kreisförmiger weißer Tank, der von einem opaken Tuch umgeben ist, sollte in der Mitte des MWM-Geräts positioniert werden. Eine Videokamera sollte an der Decke des Geräts befestigt und mit einem Videorecorder mit einem automatisierten Tracking-System verbunden werden.
Teilen Sie den Wasserlabyrinthtank in vier gleiche Regionen mit Linien mit der Bezeichnung Norden, Süden, Osten und Westen, die den Poolbereich konzeptionell in vier Quadranten unterteilen. Platzieren Sie dann einen einzigartigen visuellen Hinweis an die Wand jedes Quadranten in Sichtweite der Maus. Füllen Sie den kreisförmigen Tank mit Wasser für eine Tiefe von 30 Zentimetern, Und fügen Sie 150 Gramm Milchpulver in das Wasser, um es undurchsichtig zu machen.
Um die Prüfung der Visible Platform durchzuführen, legen Sie eine kreisförmige Kunststoffplattform einen Zentimeter über der Wasseroberfläche in jedem Quadranten nach dem Zufallsprinzip und legen Sie eine schwarze Flagge darauf. Lassen Sie jede Maus sanft ins Wasser von einer der vier Startpositionen mit Blick auf die Tankwand. Aktivieren Sie das Computer-Tracking-Programm, sobald die Maus ins Wasser freigegeben wird, und geben Sie jeder Maus 60 Sekunden, um die Plattform zu erreichen.
Platzieren Sie am Ende jeder Testversion die Maus auf der Plattform, und lassen Sie sie 10 bis 30 Sekunden dort bleiben. Beobachten Sie die Schwimmbahnen der Mäuse am Computer. Zeichnen Sie die Zeit auf, die die Maus benötigte, um die Plattform als Escape-Latenz zu finden, und analysieren Sie die Schwimmgeschwindigkeit der Maus.
Dann trocknen Sie die Maus mit Handtüchern und erwärmen Sie sie mit einer elektrischen Heizung. Bewegen Sie die Plattform und führen Sie vier Versuche pro Maus durch, um eine Maus in einem anderen Quadranten zu starten. Lassen Sie die Maus zwischen jeder Testversion 15 bis 20 Minuten wiederherstellen.
Um die Prüfung "Versteckte Plattform" durchzuführen, platzieren Sie dieselbe Plattform ohne Flagge im südöstlichen Quadranten. Platzieren Sie dann die Maus nach dem Zufallsprinzip in einem der vier Quadranten, und geben Sie ihr 60 Sekunden, um die versteckte Plattform zu finden. Wenn die Maus die Plattform nicht in 60 Sekunden finden kann, führen Sie sie zur Plattform und lassen Sie sie dort für 10 bis 30 Sekunden bleiben.
Zeichnen Sie die Escape-Latenz jeder Prüfung auf. Trocknen Sie die Maus mit Handtüchern, und halten Sie es warm mit einer elektrischen Heizung. Führen Sie vier Versuche pro Maus mit 15 bis 20 Minuten zwischen jeder Testversion durch, wobei Sie die Maus jedes Mal in einem anderen Quadranten starten.
Wiederholen Sie die Versuche für fünf aufeinanderfolgende Tage mit der Plattform und visuellen Hinweisen an konstanten Positionen. Um die Probe-Studie durchzuführen, entfernen Sie die Plattform und legen Sie die Maus in das Wasser mit Blick auf die Tankwand im nordwestlichen Quadranten. Zeichnen Sie seine Schwimmdistanz, Geschwindigkeit und Plattform-Crossover-Nummer auf.
Wenn Sie fertig sind, trocknen Sie die Maus und halten Sie sie warm. Um die Reverse-Testversion durchzuführen, positionieren Sie die Plattform im nordwestlichen Quadranten, und wiederholen Sie die Prüfung "Versteckte Plattform". Dieses Protokoll wurde verwendet, um die Auswirkungen der manuellen Akupunktur oder MA auf das Lernen und Gedächtnis von Mäusen mit Alzheimer-Krankheit zu untersuchen.
Für die MA-Gruppe begann die Behandlung 15 Tage vor mWM-Tests und wurde während der 11-tägigen Tests fortgesetzt. Beim Visible Platform-Test am ersten MWM-Tag wurden keine statistischen Unterschiede in der Fluchtlatenz oder Schwimmgeschwindigkeit zwischen den Gruppen beobachtet. Während der Hidden Platform und der Reversal-Studie blieb die Fluchtlatenz der Alzheimer-Krankheit oder AD-Gruppe hoch, während die Latenz der anderen drei Gruppen allmählich abnahm.
Wichtig ist, dass die Escape-Latenz der MA-Gruppe kürzer war als die der AD-Gruppe. Während der Probe-Studie war die Plattform-Crossover-Anzahl von Mäusen in der MA-Gruppe niedriger als die der Kontrollgruppe, aber deutlich höher als die der AD-Gruppe. Darüber hinaus war der Prozentsatz der Zeit, die die MA-Mäuse im Quadranten verbrachten, wo sich die Plattform zuvor befand, ähnlich wie die Drogengruppe, die weniger als kontrolleiös war, aber größer als AD. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass, wenn die Maus die Plattform nicht in 60 Sekunden finden kann, der Forscher sie zur Plattform führen und ihr erlauben sollte, dort 10 bis 30 Sekunden zu bleiben.
Es gibt keine spezifischen Standards für die Abmessungen des Pools und die Plattformgröße. Diese Parameter müssen in Vorversuchen entsprechend den experimentellen Anforderungen und dem Zustand der Versuchstiere optimiert werden. Die meisten Studien müssen an grundlegenden Experimenten wie MWM durchgeführt werden.
Derzeit liegt die Flexibilität von MWM als experimentelles Werkzeug nur in der Fähigkeit, die grundlegenden Protokolle entsprechend der vorgeschlagenen Studie zu wählen, und daher kann dieser Test angewendet werden, um die kognitive Funktion in größerer Tiefe zu beurteilen.
Überblick
Dieser Artikel präsentiert ein detailliertes Protokoll für die Durchführung der Morris Water Maze (MWM) Tests zur Bewertung des Lernens und der Erinnerung bei Mäusen, die als Modell für die Alzheimer-Krankheit dienen. Es bewertet auch die Auswirkungen der manuellen Akupunktur als Behandlung für diese Mäuse.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Neurowissenschaften
- Verhaltensanalyse
- Alzheimer-Forschung
Hintergrund
- Das Morris Water Maze ist ein weit verbreitetes Verhaltensexperiment zur Bewertung des räumlichen Lernens und der Erinnerung bei Tieren.
- Trotz seiner Beliebtheit stehen Forscher oft vor Herausforderungen bei der Durchführung des MWM-Protokolls.
- Akupunktur wurde als mögliche Behandlung zur Linderung von Symptomen bei Mäusen, die als Modell für die Alzheimer-Krankheit dienen, vorgeschlagen.
- Standardparameter für die MWM-Durchführung sind nicht gut definiert, was klare betriebliche Richtlinien erforderlich macht.
Zweck der Studie
- Ein einfaches Protokoll für den MWM-Test bereitzustellen.
- Die kognitive Funktion von Mäusen, die als Modell für die Alzheimer-Krankheit dienen, zu bewerten.
- Die Auswirkungen der manuellen Akupunktur auf das Lernen und die Erinnerung dieser Mäuse zu untersuchen.
Verwendete Methoden
- Aufbau des Morris Water Maze mit spezifischen Abmessungen und visuellen Hinweisen.
- Durchführung von Sichtbarer und Versteckter Plattform-Versuchen zur Messung der Fluchtlatenz und Schwimmgeschwindigkeit.
- Durchführung von Sondierungs- und Umkehrversuchen zur Bewertung der Gedächtnisretention und kognitiven Flexibilität.
- Analyse der Auswirkungen der manuellen Akupunkturbehandlung auf die Leistung der Mäuse im MWM.
Hauptergebnisse
- Keine signifikanten Unterschiede wurden in der Fluchtlatenz während des Sichtbaren Plattform-Tests zwischen den Gruppen beobachtet.
- Die MA-Gruppe zeigte eine kürzere Fluchtlatenz im Vergleich zur AD-Gruppe während der Versteckten Plattform- und Umkehrversuche.
- Während des Sondierungsversuchs hatte die MA-Gruppe eine höhere Plattform-Überkreuzungszahl als die AD-Gruppe.
- MA-Mäuse verbrachten einen ähnlichen Prozentsatz der Zeit im Zielquadranten wie die Medikamentengruppe, was auf eine verbesserte Gedächtnisretention hinweist.
Schlussfolgerungen
- Das MWM ist ein effektives Instrument zur Bewertung der kognitiven Funktion bei Mäusen, die als Modell für die Alzheimer-Krankheit dienen.
- Manuelle Akupunktur kann möglicherweise die Lern- und Gedächtnisleistung dieser Mäuse verbessern.
- Weitere Studien sind erforderlich, um MWM-Parameter für verschiedene experimentelle Bedingungen zu optimieren.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
The Morris Water Maze (MWM) provides a standardized behavioral assay to evaluate spatial learning and memory in preclinical Alzheimer's disease models, supporting target validation and mechanistic de-risking. By quantifying escape latency, platform crossover, and quadrant preference, MWM enables objective assessment of cognitive phenotypes and therapeutic intervention effects. This assay enhances predictive confidence in early discovery by linking behavioral outputs to disease-relevant systems and facilitating go/no-go decisions in translational research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by measuring cognitive deficits in Alzheimer's disease model mice.
- Operational Value: Enables functional target validation through quantitative assessment of learning and memory performance.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by identifying compounds that improve escape latency and memory retention in disease-relevant systems.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream compound screening using standardized MWM protocols.
- Reproducibility: Ensures consistent quantitative outputs across trials through defined escape latency and swimming speed measurements.
- Screening Scalability: Supports platform reuse and cross-functional collaboration via standardized trial structures and visual cue systems.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models progressive memory loss characteristic of Alzheimer's disease through spatial learning deficits.
- Translational Continuity: Bridges discovery to preclinical validation by assessing cognitive functional outcomes.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs decision-making by measuring reversal learning and probe trial performance as indicators of cognitive flexibility and memory retention.
Pipeline & Workflow Integration
MWM integrates into the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, providing behavioral phenotyping at each stage.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying spatial learning and memory deficits in Alzheimer's disease models.
- Screening: Delivers assay readiness and reproducible quantitative outputs through standardized visible and hidden platform trials.
- Analytics: Generates escape latency, swimming speed, platform crossover number, and quadrant preference measurements to enable comparative condition analysis.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by assessing memory retention and cognitive reversal as translational biomarkers of therapeutic efficacy.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable behavioral phenotyping platform across multiple therapeutic areas and target classes.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in cognitive functional assessments.
- Operational Value: Delivers standardization, reproducibility, and scalability through defined trial protocols and automated tracking systems.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions, capital efficiency, and reduces late-stage biological risk via objective cognitive phenotyping.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on measurable improvements in learning and memory performance.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and automated video tracking systems for accurate data collection.
- Necessitates instrumentation including circular water maze, overhead camera, video recorder, and temperature control for animal welfare.
- Demands cross-team standardization of pool dimensions, visual cues, and trial timing to ensure reproducibility across sites.
- Involves adaptation considerations when translating protocols across different rodent strains, ages, and disease models.
- Includes practical limitations such as variability in swim strategy and stress responses that must be controlled through standardized handling and acclimation procedures.
