הערכה של Murine תרגיל סיבולת ללא השימוש ברשת הלם: אלטרנטיבי לתרגיל בכפייה
14 באוגוסט 2014
מודגמת שיטה להערכת סיבולת פעילות גופנית בעכברי מעבדה ללא שימוש ברשת הלם. שיטה זו היא חידוד אנושי שיכול להפחית את ההשפעות המבלבלות של לחץ על פרמטרים ניסיוניים.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לקבוע סיבולת פעילות גופנית מרצון. בעכברי מעבדה, זה מושג על ידי מתן אפשרות לעכבר להתאקלם בחדר ההליכים בכלוב הביתי שלו למשך שעה עד שעתיים. לאחר מכן נותנים לעכבר להתאקלם להליכון ולצליל המנוע.
לאחר מכן, מהירות ההליכון מוגברת בהדרגה עד שהעכבר פועל בנוחות בקצב המתמשך המקסימלי שלו. השלב האחרון הוא לקבוע מתי העכבר הגיע לתשישות. בסופו של דבר, משך הזמן שהעכבר רץ לתשישות חושף מדד של סיבולת פעילות גופנית ללא ההשפעות המבלבלות של לחץ משימוש ברשת הלם.
היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא חידוד של השיטות הקיימות לקביעת סיבולת פעילות גופנית ועכברים, בעיקר מכיוון שהיא אינה משתמשת ברשת זריקה כדי לעודד את העכברים לרוץ, ובכך מפחיתה את ההשפעות המבלבלות של הלחץ, הן עבור החיה והן עבור הניסוי. החליטו מראש על קבוצות ניסוי ונהלים לאחר פעילות גופנית לעכברים. הנח את ההליכון על עגלה או שולחן יציב בחדר שקט המוקדש להליך זה.
במהלך ניסויי הריצה, הגדר את ההליכון לנתיבים בגודל עכבר ובנטייה המתאימה לפרוטוקול. הנטייה של חמש מעלות חיוביות משמשת כאן כדי למנוע נזק לשרירים עקב פעילות גופנית אקסצנטרית המתרחשת במהלך ריצה בירידה. הניחו כרית סופגת מתחת לפעמון ההליכון כדי לתפוס צואה.
אפשר לעכבר להתאקלם בחדר ההליכים בכלוב הביתי המועבר שלו עם חברים לכלוב למשך שעה עד שעתיים. בחר עכבר בודד ורשום את מספר התג שלו. שקלו גם את העכבר ורשמו את משקלו.
הנח את העכבר בהליכון מבלי שהמנוע מופעל כדי להתאקלם למשך כחמש דקות. הפעל את החשמל מבלי שחגורת ההליכון תפעל ותן לעכבר להתאקלם לרעש המכונה למשך חמש דקות נוספות. הסר עכברים בקבוצות בישיבה מההליכון בשלב זה והחזיר אותם לכלוב שלהם או בצע הליכים לאחר האימון בהתאם לתכנון הניסוי.
לאחר ההתאקלמות, סובב את החגורה למהירות נמוכה. כאשר בעל החיים חוקר את החגורה ולא על הרציף, הקש בעדינות או הרם את החלק האחורי של העכבר עם מדכא לשון פעם עד שלוש פעמים כדי לעודד בעלי חיים מסויגים להישאר על ההליכון ולרוץ. הפעל טיימר מעבדה ברגע שהעכבר פועל במהירות ההתחלתית של 10 מטר לדקה, הגביר את המהירות לאט.
כאשר העכבר נמצא בחלק העליון של החגורה במרווחים של מטר אחד לדקה בערך כל שתי דקות, הורד את המהירות להגדרה הקודמת. אם העכבר רץ שוב ושוב בפרצים קצרים ולא בקצב קבוע, רוב העכברים ירוצו בקלות, אך לפעמים הם עוצרים לפרקי זמן קצרים. השתמש במדכא הלשון כדי להקיש בעדינות או להרים את החלק האחורי של החיה כדי לעודד את חידוש הריצה.
לעתים קרובות רק הבחנה ביד עם מדכא הלשון המתקרב אליהם גורמת לעכברים לרוץ עוד קצת. אל תעצור את הטיימר להפרעות זמניות בריצה. קבע את מהירות הריצה המקסימלית המתמשכת של כל עכבר על-ידי התאמת המהירות וצפייה בעכבר מקליט מהירות זו.
חלק מהעכברים יסרבו לחלוטין לרוץ. עכברים כאלה ירוצו בהתפרצויות קצרות. לאחר מכן עצרו לטפח או לדווש כלומר לשבת על הרציף ולהשתמש ברגליהם הקדמיות על החגורה.
התנוחה הקלאסית של עכבר מסרב כפופה כשכל ארבע הרגליים נטועות מתחת לבעל החיים כדי למנוע דחיפה חזרה להליכון על ידי מדכא הלשון. מדי פעם עכבר הופך לאגרסיבי כלפי מדכא הלשון כאשר הוא לא מוכן לרוץ, נושך את הלשון, מדכא או מטפס עליה כדרך מילוט. כבר בחמש הדקות הראשונות של הניסוי ברור אם העכבר ירוץ או לא.
הסר וזהה עכברים שמסרבים לברוח מהניתוח, אך אל תספור אותם כעכברים בישיבה. בהתאם לתכנון הניסוי שלך, עכברים שמסרבים יכולים להיבדק מחדש ביום אחר. תשישות מוגדרת על ידי שלוש עצירות רצופות וסירוב לחזור לרוץ למרות עידוד עדין.
בנוסף לסימנים פיזיים של תשישות כמו נשימה מאומצת ויציבה מפוזרת. זהה עכברים מותשים ועצור את הטיימר. רשום את משך הזמן הכולל שהוקדש לריצה בכל המהירויות.
בהתאם לתכנון הניסוי, החזירו את העכבר לכלוב שלו או בצעו הליכים מיידיים לאחר האימון כגון איסוף דם או רקמות. על פי ההנחיות המוסדיות, נגב את החגורה עם מגבון קוטל חיידקים לאחר בדיקת כל עכבר בודד כך שהריח של העכבר הקודם לא ישפיע על התנהגות העכברים הבאים שנבדקו בדקו את העכבר הבא. השתמש במדכא לשון טרי לכל עכבר.
עכברים השוהים באותו כלוב יכולים להיבדק ברצף באותו יום ללא הסתגלות נוספת לחדר ההליכים. סיבולת פעילות גופנית משקפת במדויק את הפרופיל המולקולרי והמטבולי של זנים שונים של C 57 עכברים שחורים שישה הנבדלים זה מזה בביטוי ציטוקין IL 15 שמקורו בשריר, עכברים טרנסגניים המבטאים יתר על המידה IL 15 מציגים זמני ריצה עד תשישות מוגברים בהשוואה לבקרות אכלו, בעוד שעכברים חסרי IL 15 מציגים זמני ריצה מופחתים משמעותית לפני הגעתם לבקרות מסוג תשישות פראי. ראה 57 שישה עכברים שחורים משני מקורות שונים אינם מציגים זמני ריצה שונים באופן משמעותי.
מהירות הריצה המקסימלית המתמשכת הייתה שונה רק בעכברי נוקאאוט IL 15. מגבלה בלתי נמנעת של טכניקה זו היא שחלק מהעכברים מסרבים לרוץ מרצונם. אחוז עכברי הביקורת הצעירים שמסרבים לרוץ הוא בסביבות 10%בגיל ארבעה חודשים, אחוז הסירובים עולה ל-20% בגיל שמונה חודשים ועולה ליותר מ-60% בגיל 16 חודשים.
עם זאת, אחוז הסירובים בקבוצת הגיל המבוגרת נמוך משמעותית בעכברים טרנסגניים IL 15. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור להישאר רגועים ונינוחים ולשים לב להתנהגות העכבר. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד להשתמש בהליכון כדי לקבוע סיבולת פעילות גופנית ועכברים מבלי להשתמש בצ'אקרה אלקטרונית.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מדגים שיטה הומנית להערכת סיבולת למאמץ בעכברי מעבדה ללא שימוש ברשת הלם. גישה זו ממזערת השפעות מתערבות הקשורות למתח על הפרמטרים הניסויים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- מדעי ההתנהגות
- פיזיולוגיה של בעלי חיים
רקע
- שיטות מסורתיות להערכת סיבולת כוללות לעיתים קרובות רשתות זעזועים המעוררות סטרס.
- סטרס עלול להוות משתנה מתערב בתוצאות של מחקרי מאמץ גופני.
- נדרשות חלופות הומניות עבור פרקטיקות מחקר אתיות.
- מחקר זה נועד לשפר את השיטות לבדיקת סיבולת.
מטרת המחקר
- לקביעת סיבולת של פעילות גופנית רצונית בעכברי מעבדה.
- להפחתת השפעות מתקלות הקשורות למתח (stress), המשפיעות על תוצאות הניסוי.
- לספק חלופה הומנית לשיטות מסורתיות של בדיקת סיבולת.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- העמדת העכברים בחדר הפרוצדורה בתוך כלוב הבית למשך 1-2 שעות.
- הסגמה של העכברים למסוע ולרעשי המנוע.
- מהירות המסוע הועלתה בהדרגה כדי לקבוע את קצב הריצה המקסימלי המתמשך.
- נמדד הזמן עד לתשישות כדי להעריך את סיבולת הפעילות הגופנית.
תוצאות עיקריות
- השיטה מודדת בהצלחה סיבולת ללא גרימת סטרס.
- עכברים הפגינו התנהגות ריצה רצונית על מסוע הריצה.
- התוצאות מעידות על מדד מהימן לסיבולת במאמץ.
- ניתן ליישם גישה זו במגוון הגדרות ניסיוניות.
מסקנות
- שיטה זו מהווה שיפור משמעותי בהערכת סיבולת למאמץ.
- היא מקדמת טיפול אתי בבעלי חיים במעבדה.
- הממצאים תומכים בתקפותן של שיטות הומניות במחקר.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית להנהלה
הערכה כמותית של סיבולת למאמץ במודלים של עכברים היא קריטית להבנת מסלולים מטבוליים ומולקולריים הרלוונטיים למחלה ולהתערבות טיפולית. סילוק גורמים מבלבלים המושרים על ידי סטרס מבדיקות סיבולת משפר את הערך הניבוי של נתונים פרה-קליניים ותומך ברצף תרגומי. פרוטוקול מזוקק זה מאפשר הערכה מדויקת יותר של נקודות סוף פיזיולוגיות, מה שמשפיע ישירות על תיקוף יעדים (target validation) והפחתת סיכונים מכניסטיים במחקרי ביולוגיה של השריר ומטבוליזם.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר חקירה של מסלולים מטבוליים ומסלולי ציטוקינים תחת תנאים פיזיולוגיים רלוונטיים של דחק נמוך.
- משפר את הפחתת הסיכון הביולוגי על ידי מזעור ארטיפקטים של דחק במדדים תפקודיים.
- תומך בתיקוף יעיל של גנים או מסלולים המשפיעים על סיבולת ותפקוד השרירים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מסייע בפיתוח של בדיקות סיבולת סטנדרטיות וניתנות לשחזור לצורך סריקת תרכובות או סריקה גנטית.
- מספק תוצאות כמותיות עם מינימום סטרס, המתאימות למחקרים השוואתיים בין קבוצות ניסוי.
- מאפשר הערכה מהימנה של התערבויות המשפיעות על כושר גופני או על עמידות לעייפות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאים מודלים פרה-קליניים למסמני קצה רלוונטיים לבני אדם על ידי הפחתת תגובות דחק המבלבלות את התוצאות.
- תומך בגילוי ובתיקוף של סמנים ביולוגיים (biomarkers) על ידי מתן אפשרות לניתוחים מדויקים של סרום ורקמות לאחר מאמץ.
- משפר קבלת החלטאות לגבי קידום תוכניות טיפוליות מטבוליות ונוירו-שריריות, בהתאמה לרמת הסיכון.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
שיטה זו משתלבת ברצף הגילוי המוקדם והתיקוף הפרה-קליני, ותומכת בבדיקת השערות ובמחקרים מכניסטיים בביולוגיה של מטבוליזם ושרירים.
- ביולוגיה של גילוי: מספקת פלטפורמה לבדיקה מונחית-היפותזה של שינויים מולקולריים המושרים על ידי פעילות גופנית.
- סקר (Screening): מספק מדדי סיבולת כמותיים וניתנים לשחזור להערכת התערבויות גנטיות או פרמקולוגיות.
- אנליטיקה: מאפשרת מדידה מהימנה של הזמן עד לתשישות ושל סמנים ביולוגיים לאחר פעילות גופנית, תוך הפחתת גורמים מתערבים.
- מחקר תרגומי: משפר את ההלימה של מודלים של עכברים לפיזיולוגיה של פעילות גופנית באדם על ידי מזעור ארטיפקטים של סטרס.
- שימוש חוזר ארגוני: מציע פרוטוקול הומני וסטנדרטי שניתן להתאמה למסגרות מחקר של מטבוליזם, נוירו-שריר והזדקנות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בוולידציה של מטרות ובמחקרים מכניסטיים על ידי הפחתת שונות הנגרמת מעקה.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה של בדיקות סיבולת, ובכך משפר את השחזוריות והיכולת להרחבה בין צוותי מחקר.
- ערך אסטרטגי: תומך בקבלת החלטות מושכלת יותר לגבי המשך או הפסקת פיתוח (go/no-go) על ידי אספקת אותות ביולוגיים ברורים יותר להערכת מועמדים.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף של תוכניות המכוונות למטבוליזם ולשרירים בהתאמה לרמת הסיכון, בהתבסס על נתונים פרה-קליניים חסונים.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בהערכה התנהגותית של עכברים ובפיזיולוגיה של מאמץ.
- נדרשת גישה להליכות ממונעות עם אפשרויות כיוונון של מהירות ושיפוע.
- נדרש סטנדרד אחיד בין הצוותים לגבי קריטריוני התעייפות ותיעוד נתונים.
- עשוי לדרוש התאמה עבור זני עכברים שונים או קבוצות גיל שונות, בשל שונות בהתנהגות ריצה וולונטרית.
- מוגבל על ידי שיעור העכברים המסרבים לרוץ, במיוחד בקבוצות גיל מבוגרות.
שאלות נפוצות בנושא ביו-פרמה
Chapters in this video
0:05
Title
1:11
Experimental Preparation and Acclimation of Mice to the Treadmill
2:37
Starting the Run-to-Exhaustion Test
3:59
Endpoints and Mice that Stop
5:59
Results: Exercise Endurance Reflects the Expression of Cytokine IL-15 in C57BL/6 Mice
7:24
Conclusion
