Utilizzo di un sistema di labirinto riconfigurabile per migliorare la riproducibilità dei test di navigazione spaziale nei roditori
2 dicembre 2022
Il presente protocollo descrive un labirinto riconfigurabile, un sistema unico per testare la navigazione spaziale e i fenotipi comportamentali nei roditori. L'adattabilità di questo sistema di labirinto consente l'esecuzione di vari esperimenti in un unico ambiente fisico. La facilità di riarrangiamento strutturale genera risultati sperimentali affidabili e riproducibili.
Questo protocollo fornisce un ambiente di esperimento di labirinto flessibile e consente allo sperimentatore di eseguire più attività di labirinto in un unico spazio. Il vantaggio principale di questa tecnica è che la forma del labirinto desiderata può essere configurata istantaneamente combinando parti standardizzate. Inoltre, quel sistema può essere facilmente smontato e riprodotto per e Questo metodo contribuisce allo studio dei meccanismi comportamentali e fisiologici della navigazione.
È anche utile in un corpo di prova per lo screening di anomalie comportamentali in animali transgenici e knockout. Per iniziare, inserisci torri con piastre di base nel pannello di perforazione per formare una struttura a forma di T del labirinto. Attaccare i percorsi alla parte superiore delle torri e sostituire il percorso nell'area ritardata con un tapis roulant.
Attacca gli alimentatori a ciascun bordo del labirinto, quindi attacca le pareti mobili ai rami sinistro e destro. Per l'esecuzione dell'attività, avviare e collegare la scatola di controllo, il microcontrollore e il PC. Scrivere un programma per impostare la pianificazione delle attività e ricevere i parametri necessari per l'esperimento sul microcontroller, quindi eseguire un'attività. Costruisci la forma del labirinto desiderata, sposta i ratti dalle gabbie domestiche e posizionali nella posizione arbitraria del labirinto.
Consenti ai ratti di esplorare liberamente il labirinto costruito per 10 minuti per abituarsi. Impostare un programma per eseguire l'attività di alternanza ritardata con il tapis roulant e modificare la forma del labirinto se necessario. Posiziona i ratti in una posizione arbitraria nel labirinto ed esegui l'addestramento o il test del compito di alternanza ritardato.
Riportare i ratti nella gabbia di casa dopo ogni attività e pulire accuratamente il labirinto con etanolo al 70% dopo ogni ratto. Attendere almeno 5 minuti prima di utilizzare nuovamente il labirinto. Per la traiettoria animale, registrare il comportamento dell'animale durante l'attività di alternanza ritardata con una videocamera digitale montata a soffitto.
Infine, tieni traccia delle traiettorie di corsa utilizzando un software di stima della posa senza marker basato su immagini acquisite a 50 fotogrammi al secondo. Le immagini del test del labirinto riconfigurabile per i ratti sono mostrate in questa figura. Le parti del percorso sono state riconfigurate in diverse forme in un unico ambiente.
Le immagini mostrate qui rappresentano il test del labirinto riconfigurabile per i topi. Questi labirinti sono stati collocati con alimentatori e pareti mobili in qualsiasi posizione. La forma del labirinto cambia gradualmente durante le fasi di treno e test dell'attività di alternanza ritardata.
Il tipo di alimentatore utilizzato nell'attività è indicato da una scatola colorata. Le traiettorie di corsa di un ratto rappresentativo sono mostrate qui. Queste immagini grafiche rappresentano le prestazioni comportamentali dei ratti per 4 giorni, dall'inizio dell'allenamento alla fine del test.
Il tempo di completamento dell'attività per ogni fase di formazione e il primo giorno della fase di test sono mostrati qui. Le percentuali di risposte di scelta corretta nel test di alternanza ritardata sono presentate in questa figura. Le linee tratteggiate indicano i livelli di possibilità.
Il tempo di assemblaggio del labirinto riconfigurabile è presentato in questa figura. La pista lineare è stata modificata in un labirinto a forma di T con l'aggiunta di percorsi, alimentatori e un tapis roulant. Cinque sperimentatori hanno eseguito tre prove ciascuna, e tutte le prove sono state eseguite lo stesso giorno.
È importante posizionare correttamente le parti del labirinto sul pavimento con i fori. Utilizzando la piastra di base per determinare il layout, l'esperimento del labirinto può essere eseguito con un'elevata riproducibilità.
Panoramica
Questo protocollo descrive un sistema di labirinto riorganizzabile progettato per testare la navigazione spaziale e i fenotipi comportamentali nei roditori. La sua adattabilità consente di eseguire diversi esperimenti all'interno di un singolo ambiente, garantendo risultati affidabili e riproducibili.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Analisi del Comportamento
- Modelli su Roditori
Sfondo
- Il sistema del labirinto può essere rapidamente riconfigurato utilizzando componenti standardizzati.
- È utile per lo studio dei meccanismi di navigazione e delle anomalie comportamentali.
- Il protocollo consente un facile smontaggio e la riproduzione degli esperimenti.
- Il tracciamento comportamentale è migliorato attraverso la registrazione video digitale e l'analisi software.
Scopo dello studio
- Studiare la navigazione spaziale nei roditori.
- Valutare i fenotipi comportamentali in animali transgenici e knockout.
- Fornire un allestimento sperimentale flessibile per diverse prove in labirinto.
Metodi Utilizzati
- Costruzione di un labirinto a forma di T utilizzando torri e percorsi.
- Integrazione di un tapis roulant nel labirinto per compiti di alternanza differita.
- Registrazione del comportamento dell'animale mediante una telecamera montata sul soffitto.
- Analisi delle traiettorie di corsa mediante software di stima della posa senza marcatori.
Risultati principali
- Riconfigurazione con successo delle forme del labirinto durante le fasi di addestramento e di prova.
- Monitoraggio delle prestazioni comportamentali nel corso di più giorni.
- Dati quantitativi sui tempi di completamento del compito e sulle risposte corrette.
- Dimostrazione di un'elevata riproducibilità nell'assemblaggio del labirinto e nell'esecuzione sperimentale.
Conclusioni
- Il labirinto riorganizzabile è uno strumento versatile per la ricerca comportamentale.
- Permette lo studio della navigazione e dei fenotipi comportamentali nei roditori.
- Il metodo migliora l'affidabilità dei risultati sperimentali.
Domande Frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
La riproducibilità e la scalabilità nella fenotipizzazione comportamentale sono fondamentali per una valida conferma degli obiettivi e per la ricerca traslazionale in neurofarmacologia. Il sistema di labirinto riorganizzabile consente saggi standardizzati e ripetibili di navigazione spaziale nei roditori, favorendo un'elevata affidabilità predittiva e la comparabilità tra studi. Questa piattaforma affronta un punto critico nella fase iniziale della scoperta, permettendo schermate comportamentali efficienti e ad alto rendimento all'interno di un unico ambiente sperimentale.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Permette un'analisi sistematica della navigazione spaziale e della funzione cognitiva in modelli murini rilevanti per le malattie.
- Supporta la riduzione del rischio biologico consentendo una rapida riproduzione di multipli paradigmi di labirinto per la validazione funzionale delle target.
- Facilita la selezione del portafoglio generando dati comportamentali riproducibili su linee transgeniche e knockout.
Sviluppo di screening e saggi
- Prepara sistemi comportamentali validati per lo screening di composti e saggi fenotipici successivi.
- Standardizza le condizioni e gli output del saggio attraverso una geometria modulare e riorganizzabile del labirinto.
- Consente letture comportamentali scalabili, riproducibili e quantitative per una valutazione affidabile dei composti.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea i comportamenti osservati nei roditori a endpoint traslazionali rilevanti per i disturbi cognitivi e neuropsichiatrici.
- Garantisce continuità dalla fase iniziale di scoperta fino alla validazione preclinica, sostenendo metriche comportamentali costanti.
- Riduce l'ambiguità meccanicistica permettendo una valutazione precisa e ripetibile dei fenotipi di navigazione e apprendimento.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il sistema del labirinto riorganizzabile si integra nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica consentendo test rapidi delle ipotesi, la standardizzazione dei saggi e la riproducibilità tra studi in neuroscienze comportamentali.
- Biologia della scoperta: Supporta test basati su ipotesi dei percorsi di navigazione e memoria in roditori geneticamente modificati.
- Screening: Fornisce output comportamentali riproducibili e quantitativi adatti per screening ad alto rendimento e studi comparativi.
- Analisi: Offre il tracciamento delle traiettorie e metriche di prestazione per un'analisi statistica robusta degli endpoint comportamentali.
- Ricerca traslazionale: Collega la scoperta iniziale alla validazione preclinica allineando i dati comportamentali dei roditori con esiti rilevanti per la malattia.
- Riutilizzo aziendale: Offre una piattaforma modulare e riutilizzabile, adattabile alle esigenze di ricerca in evoluzione e a diverse progettazioni sperimentali.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce il rischio biologico attraverso saggi comportamentali standardizzati e riproducibili.
- Valore operativo: Semplifica l'allestimento sperimentale, riduce i requisiti di risorse e aumenta la produttività.
- Valore strategico: Migliora il processo decisionale di avanzamento o interruzione dei progetti e l'allocazione del capitale fornendo dati affidabili e confrontabili.
- Impatto sul portafoglio: Permette una priorizzazione dei bersagli e dei modelli aggiustata per il rischio, basata su fenotipizzazione comportamentale solida.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specialistiche in neuroscienze comportamentali dei roditori e progettazione di saggi.
- Necessita di strumentazione per l'acquisizione video digitale e analisi della stima della postura.
- Esige una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro per il montaggio del labirinto e le procedure di raccolta dati.
- Adattabile a diversi modelli di roditori e paradigmi comportamentali grazie a componenti modulari.
- Dipende da un posizionamento e un assemblaggio precisi per garantire la massima riproducibilità e integrità dei dati.
Domande frequenti sulla biofarmaceutica
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:06
Evaluation of Spacial Navigation of Rodents in the Reconfigurable Maze
1:47
Behavioral Experiment, Performance, and Data Analysis
2:48
Results: Maze Shapes in a Single Environment, Maze Expansion and Trajectories of a Rat, and the Performance of Maze Experiments
4:08
Conclusion
