Un Esecuzione meccanismo innovativo Wheel-based per migliorare le prestazioni Rat Formazione
19 settembre 2016
Questo studio presenta un sistema di mobilità degli animali innovativo a base di ruota in esecuzione di quantificare un attività di esercitazione efficace nei ratti. Un banco di prova topo-friendly è costruito, utilizzando una curva di accelerazione adattativo predefinita, e una forte correlazione tra il tasso effettivo esercizio e il volume dell'infarto suggerisce il potenziale del protocollo per gli esperimenti di prevenzione ictus.
L'obiettivo generale di questa procedura è quantificare un'attività di esercizio efficace per la prevenzione dell'ictus ischemico nei ratti, utilizzando una ruota per la corsa posizionata. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo della medicina sperimentale riguardo alla prevenzione dell'ictus. Il vantaggio principale di questa tecnica è che dimostra un sistema altamente efficace basato su una ruota per la corsa, utilizzabile per la prevenzione dell'ictus ischemico nei ratti.
Le implicazioni di questa tecnica migliorano l'efficacia della prevenzione dell'ictus poiché i risultati relativi all'arteria cerebrale media dimostrano che il nostro sistema PRW supera il sistema tradizionale del tapis roulant. Sebbene questo metodo possa fornire informazioni utili per la prevenzione dell'ictus, può essere applicato anche ad altri modelli di malattia, come la malattia di Alzheimer. La procedura sarà dimostrata da Ling-Yu Tang e Chung-Ham Wang, tecnici del nostro laboratorio.
Iniziare procurandosi una ruota per correre in acrilico trasparente, con un diametro di 55 centimetri e una larghezza di 15 centimetri. Praticare un'apertura a forma di quarto di cerchio su un lato della ruota per consentire l'ingresso e l'uscita ai ratti. Successivamente, applicare uno strato di pista in gomma ad alto attrito all'interno della ruota in acrilico.
Successivamente, collegare un'asta di ferro con cuscinetti al volano. Quindi, posizionare due colonne triangolari in acrilico su ciascun lato del volano per fungere da telaio di supporto. Utilizzare delle viti per fissare un foglio acrilico trasparente semicircolare dello spessore di un millimetro ai lati esterni delle due colonne triangolari.
Assicurarsi che le lastre di acrilico siano posizionate a circa tre centimetri da ciascun lato della ruota girevole. Utilizzare questa lastra per posizionare i sensori a infrarossi; a tale scopo, praticare in anticipo un foro in ciascuna lastra di acrilico a ogni incremento di 45 gradi. Successivamente, creare fori delle stesse dimensioni dei sensori a infrarossi.
Per far funzionare la ruota rotante, utilizzare un motore in corrente continua senza spazzole (Brushless DC Motor) e un driver per motore. Montare un disco di gomma del diametro di 10 centimetri sull'asse centrale del motore. Utilizzando il telaio in ferro e le molle per sostenere il motore, collegare il disco di gomma dall'asse centrale del motore al lato esterno della ruota rotante.
Successivamente, utilizzare un microcontrollore per far ruotare il disco di gomma e osservare la rotazione della ruota rotante. In seguito, montare quattro emettitori a infrarossi su un lato e i corrispondenti quattro ricevitori a infrarossi sul lato opposto, posizionandoli in sequenza tra zero gradi e 135 gradi. Infine, collegare quattro coppie di sensori a infrarossi montati su entrambe le lastre di acrilico ai pin generali del microcontrollore mediante cavi monofilare, al fine di realizzare il sistema di posizionamento della ruota rotante.
Tre giorni prima di iniziare l'esercizio di allenamento della durata di tre settimane, abituare il ratto all'ambiente di corsa azionando manualmente la ruota per la corsa. Durante l'allenamento manuale, aumentare gradualmente la velocità di corsa finché il ratto non riesce più a mantenerla. Quando ciò accade, ridurre la velocità fino a quando il ratto non riprende un'andatura costante, quindi aumentare nuovamente la velocità in modo graduale fino a raggiungere 20 metri al minuto.
Tre giorni dopo, iniziare l'allenamento di tre settimane premendo ogni settimana il pulsante di avvio sul microcontrollore per eseguire un modello di allenamento in cui il ratto corre a 20 metri al minuto per 30 minuti durante la prima settimana, a 30 metri al minuto per 30 minuti durante la seconda settimana e a 30 metri al minuto per 60 minuti durante la terza settimana. Mantenere il ratto in uno stato stazionario di corsa compreso tra zero gradi e 135 gradi, definito come area efficace di esercizio. Iniziare valutando le prestazioni comportamentali mediante punteggi di gravità neurologica in tutti i ratti con ictus il giorno prima dell'intervento chirurgico e successivamente ogni giorno per sette giorni dopo l'intervento.
Successivamente, misurare la forza degli arti del ratto utilizzando un piano inclinato. A tale scopo, posizionare il ratto su un apparato di arrampicata inclinato su base giornaliera e abituare il ratto all'apparato e alle condizioni di prova una settimana prima dell'inizio dei test. Durante il test, posizionare il ratto in cima all'apparato in modo che l'asse del corpo sia allineato con l'asse longitudinale del piano inclinato.
Assicurarsi che il ratto rimanga lungo la pendenza della superficie gommata a coste del piano inclinato, che deve essere impostato a un angolo di 25 gradi. Aumentare dinamicamente l'angolo mediante una vite a ricircolo di sfere collegata a un motore passo-passo per determinare l'angolo massimo a cui il ratto riesce a restare aggrappato al piano. Aumentare gradualmente l'angolo del piano inclinato finché il ratto non riesce più a mantenere la presa, quindi rilevare l'evento di scivolamento verso il basso.
Infine, far esaminare e valutare in modo indipendente tutti i test comportamentali da due osservatori non esperti. Questo studio ha presentato un approccio scientifico per quantificare l'attività fisica efficace nel training per la prevenzione dell'ictus, utilizzando punteggi di gravità neurologica, o M-N-S-S, per verificare il metodo proposto. Questi risultati mostrano una variazione significativa tra tutti i gruppi sottoposti a esercizio e i gruppi di controllo, indicando che l'esercizio fisico apporta benefici nella prevenzione dell'ictus.
Il gruppo PRW presenta il punteggio più basso tra i gruppi sottoposti a esercizio, dimostrando un meccanismo neuroprotettivo superiore rispetto agli altri sistemi di allenamento. Inoltre, il gruppo PRW presenta un volume di infarto notevolmente inferiore rispetto al gruppo di controllo e risulta il più basso tra tutti i gruppi sottoposti a esercizio, confermando l'effetto preminente della PRW nella prevenzione dell'ictus. Questa tecnica può essere eseguita in sedici ore se realizzata correttamente.
Durante l'esecuzione di questa procedura, è importante ricordare di basarsi sui risultati e sugli indicatori per determinare con precisione le velocità, i tempi e le posizioni. Dopo aver seguito questa procedura, possono essere eseguiti altri metodi, come una tradizionale ruota motorizzata per la corsa, al fine di rispondere ad ulteriori domande riguardanti l'apprendimento stabile. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della fisiologia dell'esercizio per esplorare la medicina preventiva nei ratti.
Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come costruire un sistema altamente efficace di ruota per la corsa per la prevenzione dell'ictus ischemico nei ratti.
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Panoramica
Questo studio presenta un innovativo sistema di mobilità animale basato su una ruota per correre, progettato per quantificare l'attività fisica efficace nei ratti, con l'obiettivo della prevenzione dell'ictus ischemico. Il metodo dimostra una forte correlazione tra le frequenze di esercizio efficace e il volume dell'infarto, suggerendo il suo potenziale per esperimenti di prevenzione dell'ictus.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Prevenzione dell'ictus
- Sistemi di mobilità animale
Sfondo
- L'ictus ischemico è un problema sanitario di rilevante importanza.
- L'esercizio fisico efficace può svolgere un ruolo nella prevenzione dell'ictus.
- I metodi tradizionali potrebbero non quantificare accuratamente l'attività fisica.
- Sistemi innovativi possono migliorare la ricerca nella prevenzione dell'ictus.
Scopo dello studio
- Quantificare l'attività fisica efficace nei ratti.
- Valutare il potenziale di un sistema con ruota rotante nella prevenzione dell'ictus.
- Confrontare il nuovo sistema con i metodi tradizionali su tapis roulant.
Metodi Utilizzati
- Sviluppo di una ruota per la corsa posizionabile.
- Implementazione di una curva di accelerazione adattativa predefinita.
- Misurazione delle frequenze efficaci di esercizio.
- Analisi della correlazione con il volume dell'infarto.
Risultati principali
- Il sistema della ruota rotante ha mostrato un'elevata correlazione con il volume dell'infarto.
- Ha prestato meglio rispetto ai tradizionali sistemi con tapis roulant nella quantificazione dell'esercizio.
- Il metodo può essere applicato ad altri modelli di malattia, come la malattia di Alzheimer.
- Dimostrato dai tecnici Ling-Yu Tang e Chung-Ham Wang.
Conclusioni
- Il sistema innovativo di ruota rotante è efficace nella ricerca sulla prevenzione dell'ictus.
- Migliora la comprensione del ruolo dell'esercizio fisico nell'ictus ischemico.
- Applicazioni future potrebbero estendersi ad altre malattie neurologiche.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Questo studio presenta un sistema di ruota per la corsa con posizionamento (PRW) che consente una quantificazione precisa dell'intensità dell'esercizio in modelli rodentici, colmando una lacuna fondamentale nella ricerca preclinica sull'ictus. Correlando in tempo reale le metriche dell'esercizio con la riduzione del volume dell'infarto, il metodo supporta l'identificazione meccanicistica delle potenziali terapie basate sull'esercizio. Esso aumenta la fiducia predittiva nella validazione degli obiettivi per strategie neuroprotettive e migliora la continuità traslazionale dalla fase di scoperta alla validazione preclinica.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Valore scientifico: Consente l'analisi dell'esercizio fisico come ipotesi terapeutica nei modelli di ictus ischemico.
- Valore operativo: Fornisce dati quantitativi sulla posizione in tempo reale per chiarire le relazioni dose-risposta tra intensità dell'esercizio e neuroprotezione.
- Valore predittivo: Supporta la validazione del bersaglio funzionale collegando l'efficacia dell'esercizio alla riduzione del volume dell'infarto e al miglioramento dei punteggi neurologici.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Genera output standardizzati e riproducibili dell'esercizio mediante il tracciamento della posizione basato su sensori a infrarossi.
- Valore operativo: Permette la prontezza del saggio attraverso curve di accelerazione adattive che minimizzano la variabilità dell'operatore.
- Scalabilità: Consente il riutilizzo della piattaforma in diversi modelli di malattia, inclusa la malattia di Alzheimer, come indicato nella trascrizione.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Dimostra la rilevanza clinica nei modelli di occlusione dell'arteria cerebrale media (MCAo) con esiti neuroprotettivi validati.
- Valore operativo: Garantisce la continuità dalla fase di scoperta al lavoro preclinico, consentendo un addestramento longitudinale della durata di tre settimane.
- Decisioni basate sulla valutazione del rischio: Facilita le valutazioni di prosegui/non prosegui in base alle correlazioni tra volume dell'infarto e punteggio mNSS.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il sistema PRW si inserisce nel percorso di scoperta che va dal test delle ipotesi all'identificazione di composti promettenti e alla validazione preclinica, in particolare per le vie di neuroprotezione modulate dall'esercizio fisico.
- Biologia della scoperta: Supporta l'analisi meccanicistica della modulazione dei percorsi indotta dall'esercizio nella patologia da ictus.
- Screening: Fornisce letture quantitative e riproducibili dell'intensità dell'esercizio mediante matrici di sensori a infrarossi.
- Analisi: Permette l'analisi di correlazione tra durata/velocità dell'esercizio e volume dell'infarto, supportando la valutazione comparativa delle condizioni.
- Ricerca traslazionale: Collega l'efficacia dell'esercizio ai risultati preclinici utilizzando i test mNSS e del piano inclinato.
- Riutilizzo aziendale: Posiziona la PRW come piattaforma riutilizzabile per la quantificazione dell'esercizio in diversi modelli di malattie neurologiche.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva negli interventi basati sull'esercizio riducendo l'ambiguità meccanicistica nei modelli di ictus.
- Valore operativo: Migliora la standardizzazione e la riproducibilità attraverso curve di accelerazione predefinite e registrazione automatica dei sensori.
- Valore strategico: Migliora l'efficienza del capitale consentendo una riduzione precoce dei rischi associati ai regimi di esercizio prima di costosi studi in vivo.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione aggiustata per il rischio di candidati neuroprotettivi in base a soglie di efficacia dell'esercizio validate.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze in fisiologia dell'esercizio, integrazione di sensori e test comportamentali su roditori.
- Si basa su strumentazione che include motori brushless a corrente continua, microcontrollori e coppie di emitter-ricevitori a infrarossi.
- Necessita di una standardizzazione tra i gruppi di lavoro per quanto riguarda il posizionamento dei sensori, i protocolli di velocità e le procedure di analisi dei dati.
- Comporta considerazioni relative all'adattamento quando si trasporta il PRW ad altri modelli di malattia o a risposte specifiche per ceppo.
- Comprende limitazioni pratiche, come la necessità di competenze chirurgiche nella modellizzazione dell'MCAo e la valutazione comportamentale in cieco.
