ניתוח של היכולת למידה וזיכרון במודל של מחלת אלצהיימר באמצעות מבוך המים של מוריס
29 באוקטובר 2019
להלן, פרוטוקול לניהול בדיקות מבוך מים של מוריס כדי להעריך את היכולת של למידה וזיכרון של עכברי מודל מחלת אלצהיימר ולהעריך את ההשפעה של דיקור ידני לטיפול בהם מתוארת.
מבוך המים של מוריס, או ניסוי MWM, הפך לניסוי ההתנהגותי הנפוץ והקלאסיק ביותר להערכת יכולת הלמידה והזיכרון המרחבית של בעלי חיים. למרות שיש מאמרים רבים על MWM, בפועל, החוקרים עדיין מרגישים מבולבלים. לכן, וידאו זה תהליך פעולה אינטואיטיבי וקפדני חשוב במיוחד.
ביצענו בעבר מחקר מבוסס MWM, הציע כי דיקור סיני יכול להקל על הסימפטומים של עכברים מודל AD. להלן, אנו מציגים את פרוטוקול הפעולה של MWM המשמש במחקרים האחרונים שלנו כדי לספק שיטה פשוטה וגלויה לחוקרים להעריך את הלמידה המרחבית ואת הזיכרון של בעלי חיים מודל AD. MWM היא טכניקה רבת עוצמה להערכת התפקוד הקוגניטיבי והיא נמצאת בשימוש נרחב במחקרים.
עם זאת, אין פרמטרים מוגדרים או סטנדרטיים לביצוע המשימה, כגון גודל הבריכה והפלטפורמה. אז, הדגמה אמיתית של השיטה היא קריטית. התחילו בהתמקמה למבחן מבוך המים של מוריס או MWM בהתאם לכיווני כתב היד.
התקן ה-MWM ומערכת רכישת האותות והעיבוד צריכים להיות ממוקמים בחדר ניסויים שנועד לשמור על בידוד קול. מיכל לבן עגול מוקף בד אטום צריך להיות ממוקם באמצע התקן MWM. יש לתקן מצלמת וידאו לתקרת ההתקן, ומחוברת למקליט וידאו באמצעות מערכת מעקב אוטומטית.
מחלקים את מיכל מבוך המים לארבעה אזורים שווים באמצעות קווים המסומנות צפונה, דרום, מזרח ומערב, אשר יחלקו את אזור הבריכה לארבעה רבעים. לאחר מכן, מניחים רמז חזותי ייחודי על הקיר של כל רבע בטווח הראייה של העכבר. ממלאים את המיכל העגול במים בעומק של 30 ס"מ, ומוסיפים 150 גרם אבקת חלב למים כדי להפוך אותו אטום.
כדי לבצע את ניסוי הפלטפורמה הנראית לעין, הנח פלטפורמה מעגלית מפלסטיק סנטימטר אחד מעל פני המים בכל רבע באקראי, והניח עליה דגל שחור. שחרר כל עכבר בעדינות לתוך המים מאחד מארבעת המיקומים להתחיל מול קיר המיכל. הפעל את תוכנית המעקב אחר המחשב ברגע שהעכבר משתחרר למים, ותן לכל עכבר 60 שניות להגיע לפלטפורמה.
בסוף כל ניסיון, מניחים את העכבר על הרציף, ולאפשר לו להישאר שם במשך 10 עד 30 שניות. שימו לב למסלולי השחייה של העכברים במחשב. הקלט את הזמן שלקח לעכבר למצוא את הפלטפורמה כהשהיה בריחה, ולנתח את מהירות השחייה של העכבר.
לאחר מכן, לייבש את העכבר עם מגבות לחמם אותו עם תנור חשמלי. להזיז את הפלטפורמה ולבצע ארבעה ניסויים לכל עכבר, הפעלת עכבר ברביע אחר. אפשר לעכבר להתאושש במשך 15 עד 20 דקות בין כל ניסיון.
כדי לבצע את משפט הפלטפורמה הנסתרת, מקם את אותה פלטפורמה ללא דגל ברביע הדרום-מזרחי. לאחר מכן, מניחים את העכבר באופן אקראי באחד מארבעת הרבעים, ולתת לו 60 שניות כדי למצוא את הפלטפורמה הנסתרת. אם העכבר לא יכול למצוא את הפלטפורמה בתוך 60 שניות, להנחות אותו לפלטפורמה ולאפשר לו להישאר שם במשך 10 עד 30 שניות.
הקלט את השהיית הבריחה של כל משפט. יבש את העכבר עם מגבות, ולשמור אותו חם עם תנור חשמלי. בצע ארבעה ניסויים לכל עכבר עם 15 עד 20 דקות בין כל ניסיון, הפעלת העכבר ברביע אחר בכל פעם.
חזור על הניסויים במשך חמישה ימים רצופים עם הפלטפורמה ורמזים חזותיים בעמדות קבועות. כדי לבצע את ניסוי הגשוש, הסר את הפלטפורמה והצב את העכבר במים הפונים לקיר הטנק ברביע הצפון-מערבי. רשום את מרחק השחייה, המהירות ומספר ההצלבה של הפלטפורמה.
בסיום, ייבשו את העכבר ושמור עליו חם. כדי לבצע את המשפט הפוך, למקם את הפלטפורמה ברביע הצפון מערבי ולחזור על המשפט פלטפורמה נסתרת. פרוטוקול זה שימש כדי לחקור את ההשפעות של דיקור ידני או MA על למידה וזיכרון של עכברים עם מחלת אלצהיימר.
עבור קבוצת MA, הטיפול החל 15 ימים לפני בדיקות MWM ונמשך לאורך 11 ימי הבדיקות. במהלך מבחן הפלטפורמה הנראית לעין ביום הראשון של MWM, לא נצפו הבדלים סטטיסטיים בהשהיה הבריחה או במהירות השחייה בין הקבוצות. במהלך הפלטפורמה הנסתרת וניסוי היפוך, השהיית הבריחה של מחלת האלצהיימר או קבוצת AD נשארה גבוהה, בעוד ההשהיה של שלוש הקבוצות האחרות ירדה בהדרגה.
חשוב לציין, השהיית הבריחה של קבוצת MA הייתה קצרה יותר מזה של קבוצת AD. במהלך ניסוי הבדיקה, מספר הקרוסאוברים של עכברים בקבוצת MA היה נמוך מזה של קבוצת הביקורת, אך גבוה משמעותית מזה של קבוצת AD. יתר על כן, אחוז הזמן שהעכברים MA בילו ברביע שבו הפלטפורמה הייתה ממוקמת בעבר היה דומה לקבוצת התרופות, אשר היה פחות שליטה, אבל גדול יותר מאשר לספירה. חשוב לזכור שאם העכבר לא יכול למצוא את הפלטפורמה בתוך 60 שניות, החוקר צריך להנחות אותו לפלטפורמה ולאפשר לו להישאר שם במשך 10 עד 30 שניות.
אין סטנדרטים ספציפיים לממדים של הבריכה וגודל הפלטפורמה. פרמטרים אלה חייבים להיות אופטימליים בניסויים ראשוניים בהתאם לדרישות הניסוי ולמצבם של בעלי החיים הניסיוניים. רוב המחקרים צריכים להתבצע על ניסויים בסיסיים כמו MWM.
כיום, הגמישות של MWM ככלי ניסיוני טמונה רק ביכולת לבחור את הפרוטוקולים הבסיסיים על פי המחקר המוצע, ולכן ניתן ליישם מבחן זה כדי להעריך את התפקוד הקוגניטיבי לעומק.
סקירה
מאמר זה מציג פרוטוקול מפורט לביצוע בדיקות מבוך המים של מוריס (MWM) להערכת למידה וזיכרון בעכברי מודל של מחלת אלצהיימר. הוא גם מעריך את ההשפעות של אקופונקטורה ידנית כטיפול בעכברים אלו.
רכיבי מחקר מרכזיים
תחום המדע
- נוירולוגיה
- ניתוח התנהגותי
- מחקר מחלת אלצהיימר
רקע
- מבוך המים של מוריס הוא ניסוי התנהגותי נפוץ להערכת למידה ומרחב בבעלי חיים.
- למרות הפופולריות שלו, חוקרים מתמודדים לעיתים קרובות עם אתגרים בביצוע פרוטוקול ה-MWM.
- אקופונקטורה הוצעה כטיפול פוטנציאלי להקלה על תסמינים בעכברי מודל של מחלת אלצהיימר.
- פרמטרים סטנדרטיים לביצוע ה-MWM אינם מוגדרים היטב, מה שמצריך הנחיות תפעוליות ברורות.
מטרת המחקר
- לספק פרוטוקול פשוט למבחן ה-MWM.
- להעריך את התפקוד הקוגניטיבי של עכברי מודל של מחלת אלצהיימר.
- לחקור את ההשפעה של אקופונקטורה ידנית על למידה וזיכרון בעכברים אלו.
שיטות ששימשו
- הגדרת מבוך המים של מוריס עם מידות ספציפיות ורמזים חזותיים.
- ביצוע ניסויים של פלטפורמה גלויה ונסתרת למדידת זמן בריחה ומהירות שחייה.
- ביצוע ניסויי חקירה והפוך להערכת שימור זיכרון וגמישות קוגניטיבית.
- ניתוח ההשפעות של טיפול אקופונקטורה ידני על ביצועי העכברים במבוך המים.
תוצאות עיקריות
- לא נצפו הבדלים משמעותיים בזמן הבריחה בין הקבוצות במהלך מבחן הפלטפורמה הגלויה.
- קבוצת ה-MA הציגה זמן בריחה קצר יותר בהשוואה לקבוצת ה-AD במהלך ניסויי הפלטפורמה הנסתרת וההפוך.
- במהלך ניסוי החקירה, לקבוצת ה-MA היה מספר חציות פלטפורמה גבוה יותר מאשר לקבוצת ה-AD.
- עכברי ה-MA בילו אחוז דומה של זמן ברבע היעד כמו קבוצת התרופות, מה שמצביע על שיפור שימור הזיכרון.
מסקנות
- ה-MWM הוא כלי יעיל להערכת תפקוד קוגניטיבי בעכברי מודל של מחלת אלצהיימר.
- אקופונקטורה ידנית עשויה לשפר את ביצועי הלמידה והזיכרון בעכברים אלו.
- יש צורך במחקרים נוספים כדי לייעל את פרמטרי ה-MWM לתנאים ניסיוניים שונים.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
The Morris Water Maze (MWM) provides a standardized behavioral assay to evaluate spatial learning and memory in preclinical Alzheimer's disease models, supporting target validation and mechanistic de-risking. By quantifying escape latency, platform crossover, and quadrant preference, MWM enables objective assessment of cognitive phenotypes and therapeutic intervention effects. This assay enhances predictive confidence in early discovery by linking behavioral outputs to disease-relevant systems and facilitating go/no-go decisions in translational research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by measuring cognitive deficits in Alzheimer's disease model mice.
- Operational Value: Enables functional target validation through quantitative assessment of learning and memory performance.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by identifying compounds that improve escape latency and memory retention in disease-relevant systems.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream compound screening using standardized MWM protocols.
- Reproducibility: Ensures consistent quantitative outputs across trials through defined escape latency and swimming speed measurements.
- Screening Scalability: Supports platform reuse and cross-functional collaboration via standardized trial structures and visual cue systems.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models progressive memory loss characteristic of Alzheimer's disease through spatial learning deficits.
- Translational Continuity: Bridges discovery to preclinical validation by assessing cognitive functional outcomes.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs decision-making by measuring reversal learning and probe trial performance as indicators of cognitive flexibility and memory retention.
Pipeline & Workflow Integration
MWM integrates into the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, providing behavioral phenotyping at each stage.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying spatial learning and memory deficits in Alzheimer's disease models.
- Screening: Delivers assay readiness and reproducible quantitative outputs through standardized visible and hidden platform trials.
- Analytics: Generates escape latency, swimming speed, platform crossover number, and quadrant preference measurements to enable comparative condition analysis.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by assessing memory retention and cognitive reversal as translational biomarkers of therapeutic efficacy.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable behavioral phenotyping platform across multiple therapeutic areas and target classes.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in cognitive functional assessments.
- Operational Value: Delivers standardization, reproducibility, and scalability through defined trial protocols and automated tracking systems.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions, capital efficiency, and reduces late-stage biological risk via objective cognitive phenotyping.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on measurable improvements in learning and memory performance.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and automated video tracking systems for accurate data collection.
- Necessitates instrumentation including circular water maze, overhead camera, video recorder, and temperature control for animal welfare.
- Demands cross-team standardization of pool dimensions, visual cues, and trial timing to ensure reproducibility across sites.
- Involves adaptation considerations when translating protocols across different rodent strains, ages, and disease models.
- Includes practical limitations such as variability in swim strategy and stress responses that must be controlled through standardized handling and acclimation procedures.
