Recopilación de datos de comportamiento de ratas autoiniciadas para caracterizar los déficits posteriores a un accidente cerebrovascular
15 de marzo de 2024
Se presenta un sistema para adquirir datos de sesiones de comportamiento individual autoiniciadas dentro de un entorno de jaula de colonia social. La eficacia de este sistema se demuestra utilizando una evaluación automatizada de alcance experto, que permite la caracterización de las alteraciones motoras posteriores al accidente cerebrovascular, las posibles alteraciones del comportamiento relacionadas con la motivación, las variaciones circadianas y otras variables dependientes innovadoras.
Esta investigación tiene como objetivo abordar las limitaciones típicas en los experimentos basados en el comportamiento al permitir que los animales vivan en establos enriquecidos. El objetivo es facilitar las pruebas y el entrenamiento conductual autoiniciados, y demostrar cómo ese enfoque puede generar datos individualizados válidos, incluidas las variables dependientes posteriores al accidente cerebrovascular, tanto típicas como novedosas. Existen varios desafíos para los investigadores que realizan experimentos conductuales, incluido el tiempo dedicado al entrenamiento conductual y la minimización de cualquier posible confusión asociada con el manejo humano de roedores y la privación de alimentos, ejercicio e interacción social.
Con suerte, los hallazgos de este protocolo muestran la utilidad de buscar enfoques automatizados, libres de humanos y/o ecológicamente enriquecidos para recopilar datos de comportamiento. Esperamos que esto anime a otros investigadores a utilizar métodos de alto rendimiento para explorar nuevas variables y una serie de paradigmas experimentales. Para comenzar, obtenga un torniquete preensamblado para una rata u ORT.
Conecte una identificación de radiofrecuencia, o lector RFID, al ORT y luego fije la antena RFID al tubo ORT. Coloque las ORT entre el aparato conductual y la jaula de la colonia. Instale el sistema RFID para leer los animales a medida que pasan a través de la ORT.
Introduce una cohorte de ratas del mismo tamaño en la jaula de la colonia. Entrena a la rata para que entre regularmente en el aparato conductual a través de la ORT. A continuación, introduzca el mango de la encuesta en el aparato de alcance experto.
En el programa Arduino, para ajustar la manija de tracción a la sensibilidad más alta, vaya a la RAT. H y defina el umbral de fuerza necesario para iniciar una extracción. Retraiga la palanca diariamente de 0,25 a 0,5 milímetros hasta alcanzar una posición final de uno a 1,25 centímetros fuera de la cámara.
Inicie un programa de entrenamiento de percentiles para aumentar progresivamente las fuerzas de tracción necesarias para activar el mango. Una vez que la rata alcance de manera confiable el rango de criterio final de 120 gramos de tirones, retire el programa de entrenamiento de percentiles y fije el criterio para la activación del mango en 120 gramos. Recupere la rata inducida por un accidente cerebrovascular en una jaula tradicional durante tres a siete días.
Después de la recuperación, regrese la rata a la jaula de la colonia con la ORT conectada al aparato de alcance experto. Complete las pruebas de comportamiento con requisitos de tracción de 120 gramos hasta que se recopilen datos suficientes para evaluar los déficits posteriores al accidente cerebrovascular. En las evaluaciones de alcance experto, se observaron variaciones significativas en la tasa de éxito, la fuerza media por tirón y los tirones por ataque de ratas después de la inducción de un accidente cerebrovascular.
El golpe no afectó a los inicios de la sesión. Las mujeres iniciaron consistentemente más sesiones que los hombres, sin cambios en la tasa después del accidente cerebrovascular. En contraste, la mayoría de las ratas exhibieron una mayor duración de la cámara, posiblemente debido a la reducción de las tasas de éxito de los combates.
El accidente cerebrovascular afectó el patrón circadiano de las distribuciones de las sesiones a lo largo del día tanto en hombres como en mujeres. Antes del derrame cerebral, los animales se dedicaban a la tarea principalmente al principio del ciclo de luz y en las hembras justo antes del inicio del ciclo de oscuridad. Después del derrame cerebral, tanto los machos como las hembras cambiaron hacia un aumento gradual de la participación a lo largo del ciclo de luz.
En la actualidad, la investigación traslacional del ictus utiliza varios ensayos de comportamiento cruciales, pero la mayoría requiere pruebas intensivas en mano de obra e individuales, así como entrenamiento ocasional con animales. Además, las variables de auto-iniciación rara vez se capturan, ya que los ensayos presentan predominantemente sesiones y tareas de experimentación o iniciadas. En comparación con los enfoques típicos de entrenamiento y pruebas conductuales, este protocolo ofrece varias ventajas.
Aborda los factores de confusión asociados con el manejo humano, reduce el trabajo diario de los investigadores, permite varias fuentes de enriquecimiento e incluso proporciona medidas novedosas de variables circadianas y de iniciación.
Resumen
Esta investigación presenta un sistema para adquirir datos de sesiones de comportamiento autoiniciado en un entorno de jaula de colonia social. Demuestra la eficacia de una evaluación automatizada de destreza motora para caracterizar alteraciones motoras postictus y otras modificaciones conductuales.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Ciencias del Comportamiento
- Recolección Automatizada de Datos
Antecedentes
- Los experimentos tradicionales basados en el comportamiento a menudo enfrentan limitaciones.
- El alojamiento en colonias enriquecidas puede facilitar comportamientos más naturales.
- El manejo humano puede introducir factores de confusión en los estudios conductuales.
- Los métodos automatizados pueden mejorar la validez y el rendimiento de los datos.
Objetivo del estudio
- Permitir la realización autónoma de pruebas conductuales en roedores.
- Generar datos individualizados válidos relacionados con variables postictus.
- Fomentar métodos de alto rendimiento en la investigación conductual.
Métodos Utilizados
- Uso de un torniquete para una rata preensamblado o ORT.
- Evaluación automatizada del alcance hábil para la recopilación de datos.
- Pruebas conductuales en un ambiente enriquecido ecológicamente.
- Minimización del manejo humano durante los experimentos.
Resultados principales
- Demuestra la viabilidad de las evaluaciones conductuales automatizadas.
- Identificó posibles alteraciones conductuales relacionadas con la motivación.
- Caracterizó las variaciones circadianas en el comportamiento.
- Mostró la utilidad de los métodos de recolección de datos sin intervención humana.
Conclusiones
- Los sistemas automatizados pueden mejorar la validez de los datos conductuales.
- Las pruebas autoiniciadas pueden revelar nuevos conocimientos conductuales.
- Incentivo para que los investigadores adopten métodos de alto rendimiento.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La evaluación conductual automatizada e iniciada por el animal en condiciones de alojamiento en colonia enriquecida permite la cuantificación de alto rendimiento e imparcial de los déficits postaccidente cerebrovascular en modelos preclínicos con ratas. Este enfoque reduce los factores de confusión inducidos por el ser humano y la carga de trabajo, lo que favorece datos más predictivos y con mayor relevancia traslacional para el descubrimiento de fármacos del sistema nervioso central. El método mejora la toma de decisiones en carteras al proporcionar puntos finales conductuales robustos e individualizados para la validación de dianas y la reducción de riesgos mecanicistas.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la evaluación objetiva de los déficits motores y conductuales tras un accidente cerebrovascular para la validación de objetivos funcionales.
- Apoya la reducción de riesgos mecanicistas mediante la cuantificación de variables conductuales tanto tradicionales como novedosas.
- Facilita la confianza predictiva en la interacción con objetivos del sistema nervioso central mediante datos individualizados de alta resolución.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Prepara sistemas conductuales validados y reproducibles para la selección de compuestos posteriores.
- Normaliza los resultados cuantitativos, como la fuerza de tracción, el análisis de episodios y las tasas de inicio.
- Permite la recopilación de datos escalable y automatizada para la evaluación confiable de candidatos terapéuticos.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Alinea los resultados conductuales con modelos relevantes para la enfermedad, para el desarrollo traslacional de biomarcadores.
- Garantiza la continuidad desde el descubrimiento inicial hasta la validación preclínica, al minimizar el sesgo humano.
- Apoya decisiones de avance ajustadas al riesgo mediante conjuntos de datos conductuales robustos y transversales a diferentes condiciones.
Integración de la Canalización y Flujo de Trabajo
Este sistema automatizado de pruebas conductuales se integra desde el descubrimiento temprano hasta la identificación de compuestos prometedores y la validación preclínica en las líneas de investigación del sistema nervioso central.
- Biología del Descubrimiento: Proporciona pruebas basadas en hipótesis de los déficits funcionales posteriores al accidente cerebrovascular y de las trayectorias de recuperación.
- Detección: Brinda lecturas conductuales cuantitativas y reproducibles para la evaluación de compuestos.
- Análisis: Permite la comparación estadística de tasas de éxito, métricas de fuerza y patrones circadianos entre cohortes.
- Investigación Traslacional: Conecta hallazgos preclínicos con puntos finales clínicos mediante la modelización del comportamiento y la recuperación naturalistas.
- Reutilización Empresarial: Ofrece una plataforma escalable y reutilizable para diversos paradigmas conductuales y afecciones neurológicas.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la validación de dianas del SNC.
- Valor operativo: Estandariza y automatiza la recopilación de datos conductuales, mejorando la reproducibilidad y el rendimiento.
- Valor estratégico: Apoya decisiones informadas de avance/no avance y la eficiencia del capital al minimizar los sesgos humanos.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de activos del SNC basada en puntos finales conductuales robustos.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en neurociencia conductual y sistemas automatizados de adquisición de datos.
- Necesita jaulas coloniales con tecnología RFID y un aparato de alcance especializado con capacidades de medición de fuerza.
- Exige la estandarización entre equipos de los protocolos conductuales y de los análisis de datos.
- Adaptable a diversos modelos de roedores y a diferentes indicaciones neurológicas mediante ajustes en el protocolo.
- Limitado por un control experimental reducido sobre la exposición y el momento temporal, como se ha señalado en estudios de validación.
