Verwendung eines rekonfigurierbaren Labyrinthsystems zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit von räumlichen Navigationstests bei Nagetieren
2. Dezember 2022
Das vorliegende Protokoll beschreibt ein rekonfigurierbares Labyrinth, ein einzigartiges System zum Testen der räumlichen Navigation und der Verhaltensphänotypen bei Nagetieren. Die Anpassungsfähigkeit dieses Labyrinthsystems ermöglicht die Durchführung verschiedener Experimente in einer einzigen physikalischen Umgebung. Die einfache strukturelle Umlagerung führt zu zuverlässigen und reproduzierbaren experimentellen Ergebnissen.
Dieses Protokoll bietet eine flexible Labyrinth-Experimentierumgebung und ermöglicht es dem Experimentator, mehrere Labyrinthaufgaben in einem einzigen Raum auszuführen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass die gewünschte Labyrinthform durch die Kombination standardisierter Teile sofort konfiguriert werden kann. Darüber hinaus kann dieses System leicht zerlegt und reproduziert werden, um diese Methode zur Untersuchung von Verhaltens- und physiologischen Mechanismen der Navigation zu untersuchen.
Es ist auch nützlich, in einem Testkörper nach Verhaltensauffälligkeiten bei transgenen und Knockout-Tieren zu suchen. Setzen Sie zunächst Türme mit Grundplatten in das Stanzbrett ein, um ein T-förmiges Gerüst des Labyrinths zu bilden. Befestigen Sie Wege am oberen Teil der Türme und ersetzen Sie den Weg im verzögerten Bereich durch ein Laufband.
Befestigen Sie Futtertröge an jedem Rand des Labyrinths und befestigen Sie dann bewegliche Wände am linken und rechten Ast. Für die Ausführung der Aufgabe starten und verbinden Sie die Steuerbox, den Mikrocontroller und den PC. Schreiben Sie ein Programm, um den Aufgabenplan einzurichten und die für das Experiment erforderlichen Parameter auf dem Mikrocontroller zu erhalten, und führen Sie dann eine Aufgabe aus. Konstruieren Sie die gewünschte Labyrinthform, entfernen Sie die Ratten aus den heimischen Käfigen und platzieren Sie sie in der beliebigen Position des Labyrinths.
Lassen Sie die Ratten 10 Minuten lang das konstruierte Labyrinth frei erkunden, um sich daran zu gewöhnen. Richten Sie ein Programm ein, um die verzögerte Wechselaufgabe mit dem Laufband auszuführen, und ändern Sie bei Bedarf die Form des Labyrinths. Platzieren Sie die Ratten an einer beliebigen Position im Labyrinth und führen Sie das Training oder den Test der verzögerten Wechselaufgabe durch.
Bringen Sie die Ratten nach jeder Aufgabe in den heimischen Käfig zurück und wischen Sie das Labyrinth nach jeder Ratte gründlich mit 70% Ethanol ab. Warten Sie mindestens 5 Minuten, bevor Sie das Labyrinth erneut verwenden. Zeichnen Sie für die Flugbahn des Tieres das Verhalten des Tieres während der verzögerten Wechselaufgabe mit einer an der Decke montierten digitalen Videokamera auf.
Verfolgen Sie schließlich die Laufbahnen mit einer markerlosen Posenschätzungssoftware, die auf Bildern basiert, die mit 50 Bildern pro Sekunde aufgenommen wurden. Die Bilder des rekonfigurierbaren Labyrinthtests für Ratten sind in dieser Abbildung dargestellt. Die Pfadteile wurden in einer einzigen Umgebung in mehrere Formen umkonfiguriert.
Die hier gezeigten Bilder stellen den rekonfigurierbaren Labyrinthtest für Mäuse dar. Diese Labyrinthe wurden mit Futtertrögen und beweglichen Wänden an jedem Ort platziert. Die Labyrinthform ändert sich allmählich während der Zug- und Testphasen der verzögerten Wechselaufgabe.
Die Art des in der Aufgabe verwendeten Feeders wird durch ein farbiges Kästchen angezeigt. Die Laufbahnen einer repräsentativen Ratte sind hier dargestellt. Diese grafischen Bilder stellen die Verhaltensleistung der Ratten für 4 Tage dar, vom Beginn des Trainings bis zum Ende des Tests.
Hier werden die Erledigungszeiten für jede Trainingsphase und den ersten Tag der Testphase angezeigt. Die Prozentsätze der richtigen Auswahlantworten im verzögerten Wechseltest sind in dieser Abbildung dargestellt. Die gestrichelten Linien zeigen die Chancenstufen an.
Die rekonfigurierbare Labyrinthmontagezeit ist in dieser Abbildung dargestellt. Die lineare Strecke wurde in ein T-förmiges Labyrinth umgewandelt, wobei Wege, Zubringer und ein Laufband hinzugefügt wurden. Fünf Experimentatoren führten jeweils drei Versuche durch, und alle Versuche wurden am selben Tag durchgeführt.
Es ist wichtig, die Labyrinthteile mit Löchern richtig auf dem Boden zu platzieren. Durch die Verwendung der Grundplatte zur Bestimmung des Layouts kann das Labyrinthexperiment mit hoher Reproduzierbarkeit durchgeführt werden.
Übersicht
Dieses Protokoll beschreibt ein umkonfigurierbares Labyrinth-System, das zur Untersuchung der räumlichen Orientierung und verhaltensbezogener Phänotypen bei Nagetieren konzipiert ist. Durch seine Anpassungsfähigkeit können verschiedene Experimente in einer einzigen Umgebung durchgeführt werden, was zu zuverlässigen und reproduzierbaren Ergebnissen führt.
Wichtige Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Verhaltensanalyse
- Rodentenmodelle
Hintergrund
- Das Labyrinthsytem kann mithilfe standardisierter Bauteile schnell umkonfiguriert werden.
- Es eignet sich zur Untersuchung von Navigationsmechanismen und verhaltensbezogenen Auffälligkeiten.
- Das Protokoll ermöglicht eine einfache Demontage und Reproduktion von Experimenten.
- Die Verhaltensverfolgung wird durch digitale Videobearbeitung und Software-Analyse verbessert.
Zweck der Studie
- Untersuchung der räumlichen Orientierung bei Nagetieren.
- Beurteilung von Verhaltensphänotypen bei transgenen und Knockout-Tieren.
- Bereitstellung eines flexiblen experimentellen Aufbaus für verschiedene Labyrinth-Aufgaben.
Verwendete Methoden
- Konstruktion eines T-förmigen Labyrinths mithilfe von Türmen und Wegen.
- Einbindung eines Laufbandes in das Labyrinth für Aufgaben mit verzögerter Alternierung.
- Aufzeichnung des Tierverhaltens mit einer an der Decke montierten Kamera.
- Analyse der Lauftrecken mittels markerloser Pose-Estimations-Software.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Umkonfiguration der Labyrinthformen während der Trainings- und Testphasen.
- Verfolgung der Verhaltensleistung über mehrere Tage hinweg.
- Quantitative Daten zu den Aufgabenabschlusszeiten und korrekten Entscheidungsantworten.
- Nachweis einer hohen Reproduzierbarkeit bei der Labyrinthmontage und experimentellen Durchführung.
Schlussfolgerungen
- Das umkonfigurierbare Labyrinth ist ein vielseitiges Werkzeug für die Verhaltensforschung.
- Es ermöglicht die Untersuchung von Orientierungsverhalten und verhaltensbezogenen Phänotypen bei Nagetieren.
- Die Methode verbessert die Zuverlässigkeit der experimentellen Ergebnisse.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit bei der Verhaltensphänotypisierung sind entscheidend für eine robuste Zielvalidierung und translationsmedizinische Forschung in der Neuropharmakologie. Das umkonfigurierbare Labyrinth-System ermöglicht standardisierte, wiederholbare Tests zur räumlichen Orientierung bei Nagetieren und unterstützt so die Vorhersagekraft sowie den Vergleich zwischen Studien. Diese Plattform adressiert einen entscheidenden Wendepunkt in der frühen Entdeckungsforschung, indem sie eine effiziente, hochdurchsatzfähige Verhaltensscreening innerhalb einer einzigen experimentellen Umgebung ermöglicht.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die systematische Untersuchung der räumlichen Orientierung und kognitiven Funktion in für Krankheiten relevante Nagetiermodelle.
- Unterstützt die biologische Entlastung von Risiken, indem schnelle Reproduktion mehrerer Labyrinth-Paradigmen zur funktionellen Zielstruktur-Validierung ermöglicht wird.
- Erleichtert die Portfolio-Priorisierung durch Generierung reproduzierbarer Verhaltensdaten über transgene und Knockout-Linien hinweg.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bereitet validierte Verhaltenssysteme für die nachgeschaltete Wirkstoff-Screening- und phänotypische Assays vor.
- Standardisiert Assay-Bedingungen und -ergebnisse durch modulare, umkonfigurierbare Labyrinthgeometrie.
- Ermöglicht skalierbare, reproduzierbare und quantitative Verhaltensauslesungen für eine zuverlässige Wirkstoffbewertung.
Translationale und präklinische Forschung
- Koppelt das Verhalten von Nagetieren mit translationsrelevanten Endpunkten, die für kognitive und neuropsychiatrische Erkrankungen bedeutsam sind.
- Gewährleistet Kontinuität von der frühen Entdeckung bis zur präklinischen Validierung, indem konsistente Verhaltensmetriken unterstützt werden.
- Verringert mechanistische Unschärfen, indem präzise und wiederholbare Bewertungen von Navigations- und Lernphänotypen ermöglicht werden.
Pipeline- und Workflow-Integration
Das umkonfigurierbare Labyrinthsystem integriert sich in den Übergang von der Entdeckung zur präklinischen Forschung, indem es eine schnelle Hypothesenprüfung, die Standardisierung von Assays und die Reproduzierbarkeit über verschiedene Studien hinweg in der Verhaltensneurowissenschaft ermöglicht.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt hypothesengeleitete Untersuchungen von Navigations- und Gedächtnisbahnen in genetisch veränderten Nagetieren.
- Screening: Liefert reproduzierbare, quantitative Verhaltensausgaben, die für Hochdurchsatz-Screenings und vergleichende Studien geeignet sind.
- Analytik: Bietet die Verfolgung von Bewegungsbahnen und Leistungsmetriken zur robusten statistischen Analyse von verhaltensbezogenen Endpunkten.
- Translationale Forschung: Verbindet frühe Entdeckungen mit präklinischer Validierung, indem Nagetier-Verhaltensdaten mit krankheitsrelevanten Ergebnissen abgeglichen werden.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Bietet eine modulare, wiederverwendbare Plattform, die an sich weiterentwickelnde Forschungsanforderungen und vielfältige experimentelle Designs anpassbar ist.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert biologische Risiken durch standardisierte, reproduzierbare Verhaltensassays.
- Operationaler Wert: Vereinfacht den experimentellen Aufbau, reduziert den Ressourcenbedarf und erhöht die Durchsatzkapazität.
- Strategischer Wert: Verbessert die Entscheidungsfindung hinsichtlich der Weiterentwicklung von Projekten und die Kapitalallokation, indem zuverlässige, miteinander vergleichbare Daten bereitgestellt werden.
- Portfolio-Implikation: Ermöglicht eine risikoadjustierte Priorisierung von Zielstrukturen und Modellen basierend auf robusten Verhaltensphänotypisierungen.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der Verhaltensneurowissenschaft bei Nagetieren und der Gestaltung von Assays.
- Benötigt Instrumentierung für die digitale Videoaufnahme und die Analyse der Körperhaltung.
- Setzt eine standardisierte Vorgehensweise über mehrere Teams hinweg bei der Montage des Labyrinths und der Datenerfassungsprotokolle voraus.
- Kann durch modulare Komponenten auf verschiedene Nagetiermodelle und Verhaltensparadigmen angepasst werden.
- Hängt von einer präzisen Platzierung und Montage ab, um optimale Reproduzierbarkeit und Datengenauigkeit zu gewährleisten.
Biopharma-Häufig gestellte Fragen
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:06
Evaluation of Spacial Navigation of Rodents in the Reconfigurable Maze
1:47
Behavioral Experiment, Performance, and Data Analysis
2:48
Results: Maze Shapes in a Single Environment, Maze Expansion and Trajectories of a Rat, and the Performance of Maze Experiments
4:08
Conclusion
