L'impianto di trasmettitori Radiotelemetry Cedendo dati su ECG, frequenza cardiaca, temperatura corporea e attività di movimento libero topi di laboratorio
21 novembre 2011
Una tecnica chirurgica per l'impianto di trasmettitori telemetrici disponibili in commercio utilizzati per la misura continua della biopotenziale (un ECG), frequenza cardiaca, temperatura corporea e l'attività locomotoria nei topi liberamente in movimento è mostrato. Raccomandazioni e protocolli per il post-operatorio e del dolore, migliorare il recupero, il benessere e il tasso di sopravvivenza sono presentati.
L'obiettivo generale di questa procedura è impiantare un trasmettitore di telemetria utilizzato per misurazioni continue della temperatura corporea centrale, delle attività locomotorie e dei potenziali biologici, dai quali possono essere determinati la frequenza cardiaca, la variabilità della frequenza cardiaca e gli intervalli PQ e QT in topi liberi di muoversi e non vincolati. Ciò viene realizzato preparando innanzitutto il topo per l'implantazione alcuni giorni prima dell'intervento chirurgico. Successivamente, si preparano l'ambiente operatorio, gli strumenti e il trasmettitore telemetrico.
Successivamente, il trasmettitore telemetrico viene impiantato chirurgicamente nel topo. Infine, viene praticata la cura postoperatoria all'animale per garantirne il recupero e la sopravvivenza. In definitiva, i risultati mostrano l'impatto di svariati esperimenti biomedici e modificazioni genetiche sulla frequenza cardiaca a breve e lungo termine, sulla variabilità della frequenza cardiaca, sugli intervalli PQ e QT, sulla temperatura corporea centrale e sull'attività locomotoria, nonché sul ritmo circadiano di questi parametri, grazie a misurazioni telemetriche effettuate su topi liberi di muoversi.
Il principale vantaggio della telemetria rispetto ai metodi esistenti, come le misurazioni effettuate su animali immobilizzati, connessi tramite cavo o addirittura anestetizzati, è che dati precisi possono essere ottenuti in periodi brevi o addirittura a lungo termine su topi non immobilizzati e in libera movimentazione. Nel giorno dell'implantazione, il trasmettitore telemetrico viene preparato sotto una cappa a flusso laminare su un banco disinfettato in condizioni asettiche, utilizzando strumenti autoclavati e materiali sterilizzati. Per iniziare, rimuovere i trasmettitori dal loro imballaggio sterile e, con l'aiuto di forbici, accorciare i fili fino a una lunghezza adeguata alle dimensioni del topo. Per la maggior parte dei topi adulti, l'elettrodo rosso può essere accorciato a circa 42 millimetri e l'elettrodo bianco o incolore a una lunghezza di circa 55 millimetri.
Rimuovere circa 20 millimetri di guaina isolante dalla parte distale dell'elettrodo rosso e 10 millimetri dall'elettrodo bianco o incolore. Formare le estremità distali di ciascun elettrodo a forma di anello fissandone i capi con suture di seta sottile. Posizionare il trasmettitore in soluzione salina sterile tiepida, pronta per l'innesto, il giorno precedente l'innesto.
Preparare il topo anestetizzandolo in una camera in plexiglas con il 8% di isoflurano. Quando ha perso il riflesso di scrittura, applicare un cono nasale con il 3-4% di isoflurano. Tagliare e rasare i peli sulla regione anteriore del collo e sull'addome.
Lasciare che l'animale si risvegli e riportarlo nella sua gabbia il giorno successivo, dopo aver somministrato analgesia e anestetizzato il topo; trasferirlo quindi su una superficie riscaldata nel settore chirurgico. Applicare un unguento sugli occhi del topo e mantenere l'anestesia utilizzando una maschera nasale con il 3-4% di sevoflurano. Per ulteriori dettagli, consultare il protocollo scritto.
Disinfettare la cute precedentemente rasata della regione anteriore del collo e di quella addominale del topo. Successivamente, praticare un'incisione cutanea lunga da 1 a 1,5 centimetri, partendo dal torace inferiore lungo la linea mediana dell'addome. Eseguire una piccola incisione in direzione longitudinale nella regione anteriore del collo e posizionare sottocutaneamente il filo negativo del trasmettitore, portandolo dal torace fino al collo.
Preparare la cute e il tessuto sottostante per creare lo spazio necessario al fissaggio del cappio metallico dell'elettrodo. Fissare il cappio metallico tra i muscoli situati a destra della trachea utilizzando due suture sottili in seta. Quindi chiudere la ferita al collo in strati con sei suture in Vicryl zero.
Aprire la parete addominale alla linea alba e posizionare il trasmettitore telemetrico nella cavità addominale. Suturare con punti di seta l'anello del filo dell'elettrodo positivo al processo xifode in modo che si trovi tra il fegato e il diaframma nella regione addominale superiore sinistra. Per prevenire infezioni e fornire liquidi, iniettare nella cavità addominale una miscela di sulfadina e trimetoprim e soluzione salina, quindi chiudere la cute addominale e somministrare sottocute un analgesico per il trattamento del dolore.
Somministrare 0,1 milligrammi per chilogrammo di bup, ine e lasciare l'animale riprendersi sulla superficie calda del banco di lavoro per due ore. Gli animali vengono monitorati attentamente e ricevono supporto durante il recupero per quattro-dieci giorni successivi all'intervento chirurgico, come indicato nel protocollo scritto. Dieci giorni dopo l'intervento chirurgico, restituire gli animali alla colonia di topi per almeno quattro settimane di interazione sociale normale.
Per avviare la raccolta dei dati, toccare l'animale con un magnete. Questo attiverà il trasmettitore. Una matrice di scambio dati raccoglie e invia segnali al computer per un periodo di tempo specifico a intervalli regolari oppure in modo continuo, salvando i dati sull'hard disk del computer poiché la portata e la qualità del segnale emesso dipendono fortemente dalla composizione dei materiali della gabbia e delle attrezzature circostanti.
Posizionare la piastra ricevente il più vicino possibile all'animale, ad esempio sotto la gabbia dell'animale. Utilizzare il software Data Quest per coordinare il rilevamento, la raccolta, l'analisi e la rappresentazione grafica dei segnali provenienti da uno o più animali. Verificare che la configurazione del sistema di registrazione e trasmissione dei dati sia corretta effettuando misurazioni in tempo reale in modalità di campionamento continuo.
Dopo aver raccolto e archiviato i dati, crearne un elenco di grafici e analizzarli per una varietà di parametri differenti, come la frequenza cardiaca, la variabilità della frequenza cardiaca, la temperatura corporea e l'attività locomotoria, utilizzando il programma di analisi. Qui vengono mostrate una stampa grezza delle curve ECG a un derivazione da un topo cosciente e dello stesso animale sotto anestesia inalatoria con sevoflurano. La frequenza cardiaca viene calcolata automaticamente dal sistema di telemetria. La sequenza di tre secondi registrata sotto anestesia indica una frequenza cardiaca di 440 battiti al minuto.
La curva registrata nel topo cosciente mostra una frequenza cardiaca di 660 battiti al minuto, che rientra nell'intervallo previsto per la frequenza cardiaca. Durante attività fisiche moderate, come la pulizia del pelo o l'alimentazione, la frequenza cardiaca, la temperatura corporea centrale e l'attività locomotoria sono state misurate su tre topi con diverse condizioni corporee mentre erano alloggiati singolarmente nelle loro gabbie abitative senza alcun disturbo. La frequenza cardiaca è stata registrata per 30 secondi ogni cinque minuti.
La temperatura corporea centrale è stata campionata per 10 secondi ogni cinque minuti, e l'attività locomotoria è stata registrata in modo continuo e memorizzata a intervalli di cinque minuti. Il topo sano mostra un chiaro ritmo circadiano con aumenti normali dei valori fisiologici e del comportamento dell'attività locomotoria durante la fase scura. Al contrario, dopo un intervento chirurgico maggiore, la frequenza cardiaca aumenta, in particolare durante la fase di luce, e l'attività locomotoria è depressa.
Il terzo topo soffriva di una malattia tumorale cronica. Il suo ritmo circadiano della frequenza cardiaca e della temperatura corporea centrale appare appiattito e l'attività locomotoria è ridotta. In questo esperimento, 16 topi sono stati sottoposti a 50 minuti di isoflurano o sevoflurano come anestesia, e l'impatto a lungo termine degli anestetici sulla frequenza cardiaca, sulla temperatura corporea centrale e sull'attività locomotoria è stato confrontato. I valori medi dei dati telemetrici per ciascun animale sono stati calcolati separatamente per le fasi notturne e diurne.
I valori normali sono stati calcolati come medie dei tre giorni precedenti l'anestesia. I valori delta rappresentano il confronto tra i valori registrati in condizioni di buio e luce rispetto ai valori normali. Una volta acquisita padronanza, l'intervento chirurgico può essere eseguito in 35-45 minuti; durante il tentativo di questa procedura, è fondamentale mantenere un'anestesia adeguata, somministrare analgesici efficaci, prevenire infezioni e fornire idratazione.
Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come impiantare questo trasmettitore telemetrico e di come ottenere misurazioni affidabili di valori fisiologici come la frequenza cardiaca o la temperatura corporea in topi di laboratorio.
Panoramica
In questo articolo viene presentata una tecnica chirurgica per l'impianto di trasmettitori di telemetria in topi liberi di muoversi, che consente la misurazione continua di biopotenziali, frequenza cardiaca, temperatura corporea centrale e attività locomotoria. Sono inoltre incluse raccomandazioni per le cure post-operatorie al fine di migliorare i tassi di recupero e sopravvivenza.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Biotecnologia
- Fisiologia
Sfondo
- I trasmettitori telemetrici consentono il monitoraggio in tempo reale dei parametri fisiologici nei topi.
- Questo metodo offre vantaggi rispetto alle misurazioni tradizionali con restrizione o cavo di collegamento.
- Comprendere questi parametri è fondamentale per la ricerca biomedica e gli studi genetici.
- Le cure post-operatorie sono essenziali per il benessere degli animali e l'integrità dei dati.
Scopo dello studio
- Dimostrare un metodo affidabile per l’impianto di dispositivi di telemetria nei topi.
- Facilitare il monitoraggio continuo dei segni vitali e dei comportamenti.
- Migliorare i protocolli di recupero post-chirurgico per gli animali da laboratorio.
Metodi Utilizzati
- Preparazione dei topi e degli strumenti chirurgici in condizioni asettiche.
- Implantazione del trasmettitore telemetrico nella cavità addominale.
- Monitoraggio e cure post-operatorie per il recupero.
- Raccolta dei dati mediante software specializzato per l'analisi dei parametri fisiologici.
Risultati principali
- Implantazione riuscita di dispositivi di telemetria nei topi senza complicazioni significative.
- Raccolta continua di dati su frequenza cardiaca, temperatura corporea e attività locomotoria.
- Dimostrato l'impatto di diverse condizioni sui parametri fisiologici.
- Evidenziata l'importanza della telemetria nella ricerca comportamentale e fisiologica.
Conclusioni
- La tecnica chirurgica descritta è efficace per l'implantazione di telemetria nei topi.
- Un'adeguata assistenza post-operatoria migliora significativamente il recupero e la qualità dei dati.
- Questo metodo può far progredire la ricerca in diversi ambiti biomedici.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale
Il monitoraggio fisiologico continuo in topi liberi di muoversi riduce gli artefatti di misurazione derivanti dal blocco e dall'anestesia, migliorando l'affidabilità dei dati negli studi cardiovascolari e farmacologici. Questo approccio supporta la riduzione del rischio meccanicistico consentendo una valutazione longitudinale della frequenza cardiaca, degli intervalli QT e dei ritmi circadiani in condizioni fisiologicamente rilevanti. Una riproducibilità migliorata e una ridotta variabilità tra animali contribuiscono a modelli preclinici più predittivi e a decisioni informate di tipo go/no-go nelle fasi iniziali della scoperta.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Consente l'analisi di ipotesi terapeutiche mediante parametri derivati dall'ECG in tempo reale, come la variabilità della frequenza cardiaca e gli intervalli PQ/QT, in animali coscienti.
- Valore operativo: Fornisce una validazione funzionale di bersagli cardiovascolari acquisendo dati di biopotenziale fisiologicamente rilevanti senza fattori di disturbo legati allo stress.
- Valore predittivo: Supporta la selezione di portafogli identificando composti che inducono rischio aritmogeno o alterano l'equilibrio autonomo in sistemi pertinenti alla malattia.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Genera output standardizzati e quantitativi relativi all'attività locomotoria e alla temperatura corporea centrale, consentendo la prontezza del saggio per lo screening di composti.
- Valore operativo: Permette un monitoraggio altamente riproducibile tra gruppi di studio, riducendo il rumore e migliorando la potenza statistica negli screening fenotipici.
- Scalabilità: Supporta la raccolta longitudinale di dati per giorni o settimane, consentendo studi con somministrazione cronica in topi svegli e non vincolati.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Continuità Translazionale: Collega il monitoraggio fisiologico nella fase di scoperta alla validazione preclinica, catturando ritmi circadiani e risposte allo stress rilevanti per la fisiologia umana.
- Avanzamento Basato sul Rischio: Permette di rilevare variazioni indotte dal trattamento nell'intervallo QT o nella variabilità della frequenza cardiaca, supportando la riduzione del rischio prima degli studi GLP.
- Allineamento dei Biomarcatori: Fornisce candidati biomarcatori traslazionali, come la variabilità della frequenza cardiaca e le metriche di alterazione circadiana, per l'estrapolazione interspecie.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si integra nel percorso di scoperta, dalla validazione del bersaglio all'ottimizzazione del composto iniziale, fornendo letture fisiologiche che contribuiscono alla comprensione meccanicistica e al progresso del composto.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi consentendo il monitoraggio continuo dei parametri elettrofisiologici e termoregolatori nei modelli di malattia.
- Screening: Fornisce dati riproducibili in serie temporali su frequenza cardiaca e attività, facilitando la valutazione affidabile degli effetti dei composti.
- Analisi: Produce variabili dipendenti quantitative come gli intervalli tra battito e battito e le tendenze della temperatura, permettendo confronti statistici tra diverse condizioni sperimentali.
- Ricerca traslazionale: Si collega al lavoro preclinico acquisendo fenotipi circadiani e di risposta allo stress predittivi degli esiti clinici.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma riutilizzabile per la fenotipizzazione longitudinale in diversi ambiti terapeutici, riducendo lo sviluppo ridondante di modelli.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva riducendo l'ambiguità meccanicistica grazie a un monitoraggio fisiologico privo di artefatti.
- Valore operativo: Migliora la standardizzazione e la riproducibilità tra laboratori e sedi di studio attraverso protocolli chirurgici e di acquisizione dati coerenti.
- Valore strategico: Migliora le decisioni di avanzamento o interruzione dello sviluppo identificando precocemente i rischi cardiovascolari, riducendo il rischio di fallimento nelle fasi avanzate.
- Impatto sul portafoglio: Consente la priorizzazione dei composti in base al rischio, utilizzando segnali longitudinali di sicurezza ed efficacia ottenuti da animali svegli.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze in chirurgia su roditori, tecnica asettica e gestione dell'analgesia post-operatoria.
- È dipendente dall'hardware di telemetria, dall'infrastruttura ricevente e dal software di acquisizione dati compatibili con ECG a derivazione singola e rilevamento dell'attività.
- Necessita di standardizzazione condivisa tra i gruppi riguardo ai protocolli di impianto, al monitoraggio della ripresa e alle procedure di validazione dei dati.
- Comporta considerazioni adattative per diverse ceppi di topi, età e modelli di malattia che influenzano la guarigione delle ferite e la stabilità del trasmettitore.
- È limitato dalla durata della batteria del trasmettitore e dalle interferenze del segnale causate dai materiali delle gabbie, richiedendo un'ottimizzazione ambientale per una trasmissione dati affidabile.
