Untersuchung von migräneähnlichem Verhalten mit Lichtaversion bei Mäusen
11. August 2021
Nagetiere sind nicht in der Lage, Migränesymptome zu melden. Hier beschreiben wir ein überschaubares Testparadigma (Hell/Dunkel- und Freifeldassays) zur Messung der Lichtaversion, eines der häufigsten und lästigsten Symptome bei Patienten mit Migräne.
Diese Methode bietet ein präklinisches Verhaltenssurrogat für Photophobie, die eine Hauptbeschwerde von Migränepatienten ist. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass die Erkennung automatisch und somit sehr bequem ist. Auch Lichtaversion und Angst können durch die Durchführung dieser Tests unterschieden werden.
Schalten Sie am ersten Tag den Hell/Dunkel-Assay-Apparat ein. Stellen Sie die Lichtstärke auf 27.000 Lux ein. Legen Sie den dunklen Einsatz in die Hell-/Dunkelkammer.
Öffnen Sie die Tracking-Software und richten Sie ein neues Protokoll ein. Legen Sie in der neuen Protokolleinstellung die Dauer auf 30 Minuten fest. Legen Sie in der neuen Analyseeinstellung die Datenbins nach Dauer auf 300 Sekunden fest.
Wählen Sie in der neuen Zoneneinstellung vordefinierte Zonen aus. Wählen Sie zwei und dann horizontal aus. Überprüfen Sie, ob die Kammer für die Aufnahme horizontal in zwei gleich große Zonen unterteilt ist.
Gewöhnen Sie die Mäuse vor dem Test eine Stunde lang an den Testraum und halten Sie den Raum hell, um den zirkadianen Rhythmus der Mäuse nicht zu stören. Stellen Sie sicher, dass alle Geräte für den Hell/Dunkel-Assay eingeschaltet sind, damit sich die Mäuse vollständig an die Umgebung des Testraums gewöhnen können. Wählen Sie Daten erfassen aus, geben Sie die Maus-IDs ein und starten Sie das Protokoll.
Ziehen Sie die Schublade außerhalb der schalldämpfenden Kabine, um Zugang zur Hell/Dunkel-Kammer und zum dunklen Einsatz zu erhalten. Legen Sie eine Maus vorsichtig in die Lichtzone der Kammer und drücken Sie die Schublade in die Kabine. Stellen Sie sicher, dass die Software die Maus sofort erkennt und mit der Aufzeichnung der Aktivität beginnt.
Warten Sie, bis die Aufzeichnung nach 30 Minuten automatisch beendet wird. Bringen Sie die Maus in ihren Heimatkäfig zurück. Reinigen Sie die Kammer und den dunklen Einsatz mit keimtötenden Einwegtüchern mit Alkoholgeruch, um alle olfaktorischen Hinweise zu beseitigen, die von der vorherigen Maus hinterlassen wurden.
Wiederholen Sie am vierten Tag alle Schritte, die am ersten Tag ausgeführt wurden. Wiederholen Sie am siebten Tag die am ersten Tag ausgeführten Schritte, jedoch nur bis zur Gewöhnung der Mäuse. Nach der Gewöhnung die Mäuse intraperitoneal mit CGRP verabreichen.
Dann bringen Sie die Mäuse in ihre Heimkäfige zurück. Setzen Sie nach 30 Minuten das Protokoll fort und führen Sie die Maus wie bereits erwähnt in der Hell-Dunkel-Kammer aus. Reinigen Sie die Kammer und den dunklen Einsatz wie zuvor beschrieben.
Wiederholen Sie am 10. Tag alle am ersten Tag ausgeführten Schritte. Schalten Sie das Gerät ein und stellen Sie die Lichtintensität auf 27.000 Lux ein. Öffnen Sie die Tracking-Software und richten Sie ein neues Protokoll ein, wie zuvor gezeigt.
Wählen Sie in den neuen Zoneneinstellungen eine gefolgt von der Mitte aus. Stellen Sie die Peripherie auf 3,97 Zentimeter und die Mitte auf 19,05 mal 19,05 Zentimeter ein. Gewöhnen Sie die Mäuse an den Testraum, wie zuvor gezeigt.
Verabreichen Sie die Mäuse mit CGRP intraperitoneal. Bringen Sie die Mäuse in ihre Heimkäfige zurück. Starten Sie nach 30 Minuten das Protokoll.
Ziehen Sie die ausziehbare Schublade außerhalb der schalldämpfenden Kabine und platzieren Sie vorsichtig eine Maus in der Mitte der offenen Feldkammer. Schieben Sie die Schublade in die Kabine. Verfolgen Sie das Verhalten der Maus 30 Minuten lang und bringen Sie die Mäuse dann in ihre Heimkäfige zurück.
Reinigen Sie das Gerät wie zuvor demonstriert. Die Ergebnisse zeigten, dass die intraperitoneale Injektion von CGRP die Dauer der Zeit, die im Hell-Dunkel-Assay bei CD1- und C57-schwarzen 6J-Mäusen in der hellen Zone verbracht wurde, signifikant verkürzte, aber nicht die Zeit beeinflusste, die Mäuse im Zentrum des Freifeld-Assays bei CD1- und C57-schwarzen 6J-Mäusen verbrachten. Die Behandlung mit CGRP erhöhte auch die Zeit, die Mäuse in der dunklen Zone ruhten, aber nicht in der hellen Zone sowohl bei CD1- als auch bei C57-schwarzen 6J-Mäusen.
Die optische Stimulation von Neuronen in den hinteren thalamischen Kernen führte zu einer entsprechenden Abnahme der Dauer, die Mäuse im Hell-Dunkel-Assay in Kanalrhodopsin-2-injizierten Mäusen in der Lichtzone verbrachten, verglichen mit Kontrollvirus-injizierten Mäusen. Eine Zunahme der Ruhezeit in der dunklen Zone, aber nicht in der hellen Zone wurde auch bei den Channelrhodopsin-2-injizierten Mäusen im Vergleich zu den Kontrollvirus-injizierten Mäusen beobachtet. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Maus beim Einsetzen der Maus in die Hell-Dunkel-Kammer sanft behandelt werden sollte, um so viel Stress wie möglich zu vermeiden.
Diese Technik wird den Weg ebnen, um Mechanismen zu erforschen, die Migräne und anderen mit Photophobie verbundenen Erkrankungen zugrunde liegen, und die präklinische Wirksamkeit potenzieller Therapeutika zu testen.
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Übersicht
Diese Studie stellt ein überschaubares Testparadigma zur Beurteilung der Lichtaversion bei Nagetieren vor, ein häufiges Symptom von Migräneanfällen. Die Methode unterscheidet zwischen Lichtaversion und Angst und liefert damit einen präklinischen, verhaltensbasierten Surrogatmarker für Photophobie.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Verhaltensuntersuchungen
- Präklinische Modelle
Hintergrund
- Nagetiere können Migränesymptome nicht direkt berichten.
- Photophobie ist eine bedeutende Beschwerde bei Migränepatienten.
- Bestehende Methoden zur Beurteilung der Lichtaversion sind begrenzt.
- Diese Studie zielt darauf ab, die Beurteilung der Lichtaversion in tierischen Modellen zu verbessern.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer zuverlässigen Methode zur Messung der Lichtaversion bei Nagetieren.
- Differenzierung zwischen Lichtaversion und Angst in Verhaltensversuchen.
- Bereitstellung einer praktischen und automatischen Nachweistechnik.
Verwendete Methoden
- Licht/Dunkel-Testapparatur auf 27.000 Lux eingestellt.
- Dunkelinsert im Licht/Dunkel-Kammer verwendet.
- Freifeldversuche parallel zu Licht/Dunkel-Tests durchgeführt.
- Verhaltensbeobachtungen automatisch aufgezeichnet.
Hauptergebnisse
- Die Methode misst effektiv die Lichtaversion bei Nagetieren.
- Die Lichtaversion kann von Angstreaktionen unterschieden werden.
- Die automatische Detektion vereinfacht den Bewertungsprozess.
- Die Ergebnisse stimmen mit den häufig bei Migränepatienten berichteten Symptomen überein.
Schlussfolgerungen
- Diese Studie bietet einen neuartigen Ansatz zur Untersuchung von Migränesymptomen in präklinischen Modellen.
- Die Technik kann das Verständnis von Photophobie bei Migräne verbessern.
- Zukünftige Forschungsarbeiten können auf dieser Methode aufbauen, um die Mechanismen der Migräne zu erforschen.
Häufig gestellte Fragen
Aussagekräftige Branchenrelevanz
Diese Methode bietet einen präklinischen, verhaltensbasierten Ersatzparameter für Photophobie, ein Schlüsselsymptom der Migräne, und ermöglicht die Validierung von Zielstrukturen bei der Entwicklung von Migränetherapeutika. Durch die Unterscheidung von Lichtaversion und Angst verbessert sie die mechanistische Ent风险bewertung und die Vorhersagesicherheit in der frühen Entdeckungsphase. Der Ansatz unterstützt die translationale Kontinuität von der Zielstrukturenbindung bis zur phänotypischen Bildschirmung in für die Migräne relevanten Systemen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Untersuchung von CGRP-vermittelten Signalwegen als therapeutische Hypothese in Migränemodellen.
- Operationaler Wert: Bietet eine quantifizierbare, automatisierte Messgröße zur Beurteilung der Zielstrukturenbindung von migränebezogenen Wirkstoffen.
- Predictiver Wert: Unterstützt die Portfolio-Priorisierung, indem echte Photophobie-Effekte von unspezifischen Angststörungen unterschieden werden.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Liefert standardisierte, reproduzierbare Verhaltensmetriken für die Wirkstoffscreening bei photophobiebezogenen Indikationen.
- Operationaler Wert: Ermöglicht eine hohe Durchsatzkompatibilität durch automatisierte Verfolgung und definierte zeitliche Intervalle (300-Sekunden-Intervalle).
- Bereitschaft des Assays: Unterstützt die Skalierbarkeit von Screening-Kampagnen durch präexpositionelle Gewöhnung und einstellbare Lichtintensität (55–27.000 Lux).
Translationale und präklinische Forschung
- Translationeller Nutzen: Bündet klinische Photophobie-Endpunkte ein und ermöglicht die Rückübersetzung von Nagetierverhalten auf menschliche Migränesymptomatik.
- Präklinische Kontinuität: Unterstützt risikoadjustierte Weiterentwicklungsentscheidungen, indem on-target-Effekte unabhängig von der Modulation von Angstzuständen bestätigt werden.
- Mechanistische Entlastung von Risiken: Validiert die posterioren thalamischen Kerne als medikamentös angreifbaren Knotenpunkt in den Photophobie-Wegen mittels optogenetischer Stimulation.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode fügt sich in die Entdeckungskette von der Target-Validierung über die Lead-Identifizierung bis hin zur präklinischen Wirksamkeitsprüfung in für Migräne relevante Modellen ein.
- Entdeckungsbiologie: Überprüft therapeutische Hypothesen bezüglich der CGRP-Signalübertragung und der Modulation neuronaler Schaltkreise in Photophobie-Wegen.
- Screening: Liefert automatisierte, quantitative Daten zur Licht/Dunkel-Präferenz, die eine zuverlässige Bewertung von Substanzen über verschiedene Stämme hinweg ermöglichen.
- Analytik: Erstellt Metriken für die Verweildauer im Licht im Vergleich zur Verweildauer in der Dunkelheit sowie Messgrößen für Ruheverhalten zur vergleichenden Analyse unter verschiedenen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Verbindet die Photophobie-Reaktionen von Nagetieren mit klinischen Migränesymptomen und unterstützt so biomarkerbasierte Go/No-Go-Entscheidungen.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Plattform für das Photophobie-Screening, die in Programmen zu Migräne, posttraumatischer Kopfschmerz und sensorischen Störungen einsetzbar ist.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht das Vertrauen in die Zielvalidierung, indem photophobiespezifische Reaktionen von angstbezogenen Verhaltensweisen isoliert werden.
- Operationaler Wert: Stellt die Reproduzierbarkeit des Assays durch standardisierte Gewöhnung, Lichtkontrollen und automatisierte Datenerfassung sicher.
- Strategischer Wert: Verringert die Rate falsch-positiver Ergebnisse bei der Migräne-Screening, wodurch die Kapitalnutzung bei der Identifizierung von Leitverbindungen verbessert wird.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht eine risikoadjustierte Priorisierung von Substanzen basierend auf unterscheidbaren Effekten auf Lichtaversion im Vergleich zu Angst.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in der Verhaltensneurowissenschaft bei Nagetieren und der Interpretation von Photophobie-Assays.
- Benötigt eine Kombination aus Hell-Dunkel- und offenen-Feld-Apparaturen mit einstellbarer Beleuchtungsstärke und Trackingsoftware.
- Setzt eine standardisierte Vorgehensweise bei Gewöhnungsprotokollen und Lichtintensitätseinstellungen über mehrere Arbeitsgruppen hinweg voraus.
- Erfordert Anpassungen bei der Übertragung auf verschiedene Mausstämme (z. B. CD1 vs. C57BL/6J) oder Krankheitsmodelle.
- Auf die Messung von Lichtaversion als Surrogatparameter beschränkt; erfasst nicht andere Migränesymptome wie Allodynie oder kortikale Ausbreitungsdämpfung.
