הערכת מאזן מוטורי ותיאום עכברים באמצעות קרן איזון
10 במרץ 2011
ליקויים בתיאום מוטוריקה עדינה ניתן להעריך במבחן קרן האיזון. ביצועים על הקורה הוא לכימות על ידי המהירות שבה הוא חוצה את אלומת האור ואת מספר הפעמים העכבר מחליק על הקורה.
המטרה הכללית של הליך זה היא להעריך קואורדינציה מוטורית ושיווי משקל בעכברים. השלב הראשון הוא הרכבת קורה לשיווי משקל עם גלאי תנועה במיקום המאפשר רישום של זמן התגובה (latency) לחציית הקורה, כדי להתחיל את האימון; המכרסם ממוקם בנקודת ההתחלה של קורת שיווי המשקל ומורשה לחצות אותה אל פלטפורמה בטוחה. לעיתים יש צורך לעודד את בעל החיים להתקדם לאורך הקורה לעבר נקודת הסיום.
לאחר מרווח של 10 דקות בין ניסוי לניסוי, הם אומנו לאחר מכן על קורה צרה יותר כדי לאפשר רגישות גבוהה יותר. השלב האחרון של הפרוצדורה הוא בדיקת בעלי החיים המאומנים על קורות ברוחבים שונים. בסופו של דבר, ניתן להשיג תוצאות המראות ליקויים בקוורדינציה מוטורית ובשיווי משקל.
שלום, אני Tim Luong ונ candidate לתואר MD PhD במחלקה לביולוגיה במכון הטכנולוגי של קליפורניה. אני Holly Carlisle וחוברת כפוסט-דוקטורנטית במחלקה לביולוגיה במכון הטכנולוגי של קליפורניה, והיום נראה לכם כיצד להעריך שיווי משקל וקואורדינציה מוטורית בעכברים באמצעות מבחן קורת השיווי משקל. כעת, היתרון המרכזי של טכניקה זו בהשוואה לשיטות אחרות, כגון rotor rod, הוא שמבחן קורת השיווי משקל נוטה להיות רגיש יותר אפילו לליקויים קלים בקואורדינציה המוטורית.
שיטה זו יכולה לסייע במתן תשובות לשאלות מפתח בתחום ההתנהגותי, כגון האם הקואורדינציה המוטורית והשיווי משקל שלנו מושפעים במודלים מסוימים של מחלות נוירולוגיות והאם פגמים מוטוריים מקלילים על ידי טיפולים ספציפיים. מטרת בדיקה זו היא למדוד את משך הזמן שנדרש לעכבר כדי לחצות את הקורה ללא עצירה או השהיה וללא דחיפה מצד החוקר. כדי להבטיח ריצה נקייה ביום הבדיקה, אנו מבצעים אימון במשך יומיים לפני הבדיקה.
הדגמה חזותית של שיטה זו היא מועילה, שכן האופן שבו מטפלים בעכברים ומסייעים להם לחצות את הקורה עשוי להיות קשה עבור אלו הפחות מומחים בבדיקות התנהגותיות. לכן, בואו נתחיל. פרוטוקול זה מבוסס על אלה של Southwell, et al ו-Carter et al.
המסד מורכב מהנחת קורה באורך של מטר אחד בין שני עמודים בגובה 50 סנטימטרים. לקורות יש שטח פנים שטוח ברוחב של 6 או 12 מילימטרים. ניתן להשתמש בקורות רחבות יותר עבור עכברים גדולים יותר ועבור כאלה שאינם מסוגלים לחצות את הגדלים הצרים יותר.
קופסה שחורה ממוקמת בקצה הקורה ובתוכה מונח חומר קינון כדי לעודד את העכבר להתקדם לעבר נקודת הסיום, ואילו נקודת ההתחלה מוארת באמצעות מנורה המשמשת כגירוי דוחה. גלאי תנועה ממוקמים בנקודות 0 ו-80 סנטימטרים כדי לתעד את השיהוי בחציית הקורה, ותחת הקורה, בגובה של כ-7.5 סנטימטרים מעל פלטת העבודה, נמתחת רשת ניילון כדי לרכך נפילות אפשריות. העכברים המשמשים בהליך זה שוהים במחזור של 12 שעות אור וחושך, והם עברו אקלימציה במשך שבועיים לפני הבדיקה.
יש להכניס את בעלי החיים לחדר הבדיקה כ-10 דקות לפני תחילת הניסוי, ולהשתמש בקבוצה של לפחות 10 עכברים לכל תנאי בדיקה כדי להשיג את התוצאות המיטביות. כדי להתחיל את האימון, מקם עכבר בנקודת ההתחלה של קורה ברוחב 12 מילימטר. הטיימר מתחיל כאשר אפו של העכבר נכנס ל-80 סנטימטרים המרכזיים ועוצר כאשר בעל החיים מגיע לסוף ה-80 סנטימטרים.
על העכברים לחצות את הקורה עם מינימום של עצירות או השהיות. אם בעל החיים מפסיק להתקדם, יש לעודד אותו להמשיך על ידי דחיפה עדינה מאחור. לאחר שבעל החיים חצה את הקורה בהצלחה, הוציאו אותו מקופסת הבטיחות והחזירו אותו לכלוב הבית למשך 10 דקות לפני תחילת מפגש האימון הבא.
את קורת האיזון והקופסה מנקים ומנגבים ב-70% ethanol לפני הכנסת העכבר הבא. כל עכבר עובר אימון על הקורה ברוחב 12 מילימטר שלוש פעמים, ולאחריו אימון על הקורה ברוחב שישה מילימטר. אימון יתר של שלוש פעמים נוספות עשוי להגביר את שכיחות העצירות (stalling) ככל שהבעל חיים הופך למודע יותר למשימה ולמכשיר.
מצד שני, אם העכברים אינם מצליחים לחצות את כל קרן האיזון בהצלחה לאחר יומיים של אימון, ייתכן שיהיה צורך באימון נוסף. הקפידו לתעד מדידות בסיס לפני שהבעלי חיים מקבלים טיפול כלשהו. לאחר השלמת האימון להיום, החזירו את העכברים לכלוביהם במתקן השמירה.
ביום הבדיקה, הכניסו את בעלי החיים לחדר 10 דקות לפני תחילת הניסוי כפי שהודגם קודם לכן, מקמו עכבר בנקודת ההתחלה ורשמו את זמן השהייה (latency) עד שהחיה חוצה את 80 הסנטימטרים המרכזיים של קורת האיזון. הנתונים מדווחים כממוצע של שני ניסיונות מוצלחים שבהם העכבר חצה ישירות לסוף ללא עצירה וללא דחיפה מצד החוקר. ניתן להשתמש בהקלטות וידאו לצורך ניתוח מדויק יותר של החלקות וליקויים מוטוריים נצפים אחרים.
בדוגמה זו, עכברים מסוג C 57 black six בני 9 עד 11 שבועות נבחנו על קורות ברוחב 12 מילימטר ו-6 מילימטר. הזמן הממוצע לחציית הקורה ברוחב 12 מילימטר היה 4.6 ± 0.4 שניות עבור זכרים, ו-3.3 ± 0.3 שניות עבור נקבות. הזמנים על הקורה ברוחב 6 מילימטר היו 6.8 ± 0.7 שניות עבור זכרים ו-5.9 ± 0.5 שניות עבור נקבות.
הביצועים על קורת השיווישמש עשויים להשתנות בהתאם לגיל ולזן העכברים. העכברים מסוג C 57 black six ששימשו בדוגמה זו הם בדרך כלל בעלי פעילות גבוהה; נצפו מספר החלקות, אך לא נצפו נפילות עבור עכברים אלו. בעכברים שעברו מניפולציה גנטית או פרמקולוגית, החלקות ונפילות עשויות להפוך לשכיחות יותר וניתן יהיה לכמתן. עכברים עם פגיעה פונקציונלית עשויים להיאחז בדופן הקורה, דבר המגדיל את זמן החצייה שלהם במהלך ביצוע פרוצדורה זו.
חשוב להתמיד ולהיות עקביים בדחיפת העכברים לנוע קדימה אם הם נעצרים או מוסחים במהלך השהות על קורת האיזון. לאחר צפייה בסרטון זה, אמורה להיות לכם הבנה טובה לגבי אופן אימון עכברים לחציית קורת האיזון ולהערכת השיווי משקל והקואורדינציה שלהם. תודה שצפיתם, ואני מקווה שזה היה מועיל.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מפרט את מבחן ההליכה על קורת שיווי משקל, בדיקה התנהגותית המשמשת להערכת קואורדינציה מוטורית עדינה ושיווי משקל בעכברים. הפרוטוקול כולל אימון ובדיקה של עכברים למעבר על קורה צרה מוגבהת, תוך כימות הביצועים על ידי מדידת זמן המעבר ומספר החלקות של כפות הרגליים. השיטה רגישה לליקויים מוטוריים קלים, מה שהופך אותה לבעלת ערך להערכת השפעות של פגיעות מוחיות, מניפולציות גנטיות או טיפולים פרמקולוגיים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- נוירוביולוגיה התנהגותית
- הערכת קואורדינציה מוטורית
- מודלים של בעלי חיים
רקע
- מיומנויות מוטוריות בעכברים עשויות להיפגע כתוצאה מפגיעה נוירולוגית, שינויים גנטיים או תרופות.
- בדיקות מוטוריות סטנדרטיות עשויות שלא לזהות ליקויים עדינים.
- בדיקת קורת השיווי משקל מספקת מדד רגיש לקואורדינציה ושיווי משקל.
- הביצועים מוערכים לפי הזמן הדרוש לחציית הקורה ומספר ההחלקות.
מטרת המחקר
- להציג פרוטוקול מפורט לבדיקת הליכה על קורת שיווי משקל בעכברים.
- להדגים את יעילות הבדיקה בזיהוי ליקויים מוטוריים קלים.
- לספק תוצאות מייצגות מעכברי C57BL/6.
שיטות שנבחרו
- הרכבה של קורה באורך מטר אחד (ברוחב 6 או 12 mm) המוגבהת בין שני עמודים.
- הנחה של קופסה שחורה עם חומר קינון בקצה כדי לעודד את החצייה.
- שימוש בגלאי תנועה להקלטת זמן ההמתנה (latency) עד החצייה.
- אימון במשך יומיים על קורות ברמות קושי עולות, ולאחריו בדיקה ביום השלישי.
- מדידת זמן החצייה ומספר ההחלקות; ניתוח וידאו לצורך דירוג מפורט.
תוצאות עיקריות
- עכברי C57BL/6 חצו את הקורה ברוחב 12 mm ב-4.6 ± 0.4 s (זכרים) וב-3.3 ± 0.3 s (נקבות).
- על הקורה ברוחב 6 mm, הזמנים היו 6.8 ± 0.7 s (זכרים) ו-5.9 ± 0.5 s (נקבות).
- בעכברים בריאים נצפו מעט החלקות וללא נפילות.
- עכברים עם ליקוי גנטי או תרופתי עשויים להראות עלייה במספר ההחלקות, נפילות או התנהגות של נאחזות.
מסקנות
- מבחן קורת האיזון הוא כלי רגיש לגילוי ליקויים בתיאום מוטורי ובשיווי משקל בעכברים.
- הוא שימושי במיוחד לזיהוי פגיעות קלות שאינן נראות בבדיקות אחרות.
- אימון וטיפול עקביים הם קריטיים לקבלת תוצאות מהימנות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הערכה כמותית של קואורדינציה מוטורית ושיווי משקל במודלים של עכברים היא קריטית להערכת מנגנונים של מחלות נוירולוגיות ולהשפעתן של התערבויות גנטיות או פרמקולוגיות. מבחן קורת השיווי מספק מדדים רגישים וניתנים לשחזור התומכים בגילוי מוקדם ובצמצום סיכונים מכניסטיים בבדיקות נוירו-פרמקולוגיות ובמחקר ופיתוח המכוון למערכת העצבים המרכזית (CNS). יכולתו לזהות ליקויים מוטוריים קלים מגבירה את הביטחון החזוי בנקודות מפנה קדם-קליניות מרכזיות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר זיהוי של ליקויים במיומנויות מוטוריות עדינות הקשורים למודלים של מחלות נוירולוגיות.
- תומך בתיקוף תפקודי של מטרות גנטיות או פרמקולוגיות המשפיעות על קואורדינציה מוטורית.
- מסייע בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי כימות של פנוטיפים התנהגותיים.
- מספק נתונים אובייקטיביים לסינון ותעדוף של מטרות מועמדות בפורטפוליו של מערכת העצבים המרכזית (CNS).
סריקה ופיתוח בדיקות (Assay)
- מגדיר נקודות קצה התנהגותיות מתיקפות לסריקת תרכובים in vivo.
- מספק תוצאות סטנדרטיות וניתנות לשחזור, כגון זמן חצייה והחלקות של כפות הרגליים.
- מאפשר התרחבות של הבדיקה והשוואה בין מחקרים באמצעות עקביות בפרוטוקול.
- תומך בהערכה מהימנה של יעילות טיפולית במודלים פרה-קליניים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאים פלטים התנהגותיים לפנוטיפים מוטוריים הרלוונטיים למחלה לצורך המשכיות תרגומית.
- מאפשר קבלת החלטות על קידום מותאם סיכון בהתבסס על נתונים כמותיים של תפקוד מוטורי.
- תומך בפיתוח של סממנים ביולוגיים על ידי קורלציה בין נקודות סיום התנהגותיות ומולקולריות.
- מסייע בתיקוף פרה-קליני של התערבויות המכוונות למערכת העצבים המרכזית (CNS).
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
בדיקת קורה השיווי משתלבת ברצף שבין הגילוי לשלב הפרה-קליני, ומספקת נתונים התנהגותיים קריטיים לצורך תיקוף מטרות (target validation), אופטימיזציה של תרכובות מובילות (lead optimization) ומחקר תרגומי בפיתוח תרופות למערכת העצבים המרכזית (CNS).
- ביולוגיה של הגילוי: מכמתת קואורדינציה מוטורית כדי לבחון היפותזות נוירולוגיות ולהבהיר מעורבות של מסלולים.
- סריקה: מספקת נקודות קצה התנהגותיות כמותיות וניתנות לשחזור למחקרי יעילות in vivo.
- אנליטיקה: מייצרת מדדים של זמן חצייה ומספר החלקות להשוואה סטטיסטית רחבה בין קבוצות.
- מחקר תרגומי: מקשרת בין ממצאים פרה-קליניים לתוצאות של תפקוד מוטורי קליני כאשר היא נתמכת על ידי מודלים של מחלות.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמה התנהגותית סטנדרטית הניתנת להתאמה למספר תוכניות של ה-CNS.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף מטרות ב-CNS.
- ערך תפעולי: מקדם סטנדרטיזציה של בדיקות, הדירות ויכולת הרחבה בין מחקרים.
- ערך אסטרטגי: מספק מידע לקבלת החלטות של go/no-go ומשפר את יעילות ההון על ידי הפחתת סיכונים של מועמדים בשלבים מוקדמים.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתיעדוף מותאם סיכונים ובקידום נכסי CNS.
שיקולים ליישום
- דורש מומחיות במדעי המוח ההתנהגותיים וטיפול בבעלי חיים.
- נחוצים מכשור ייעודי, גלאי תנועה ויכולת ניתוח וידאו.
- נדרש סטנדרטיזציה של הפרוטוקול כדי להבטיח שחזור בין צוותים שונים.
- ניתן להתאמה לזני עכברים, גילאים ויכולות פיזיות שונות באמצעות התאמות בפרוטוקול.
- הביצועים עשויים להשתנות בהתאם לזן בעל החיים, לגילו ולעקביות האימון.
