パーキンソン病のマウスモデルにおける感覚運動機能の評価
June 17th, 2013
一般的にパーキンソン病と運動障害では、高感度かつ信頼性のある行動アッセイは小説潜在治療をテストするために不可欠です。ここでは、黒質線条体系への損傷の程度の差に敏感と前臨床研究のために有用であるマウスのために感覚テストの管理可能なバッテリーを記述します。
これらの手順の全体的な目的は、センサーの運動機能を定量的に評価することです。マウスで。これは、一連の感度の高い行動テストを使用して実現します。
これには、シリンダー内の困難なビーム横行自発的な活動や、DOTテストとも呼ばれる接着剤除去テストが含まれます。試験後、ビームトラバースと自発的な活動のビデオ録画を採点することができます。最終的には、これらの検査は、新規の遺伝子マウスモデルにおけるセンサー機能や運動機能の特性評価や、疾患の治療薬候補を研究する前臨床薬物研究に使用することができます。
したがって、これらのテストが他のテスト、特に自動化されたテストよりも優れているのは、運動機能障害に対して非常に敏感で、ローターロッドのようなテストよりも感度が高いことがわかっていることです。さらに、これらのテストは、特に数千ドルの費用がかかる可能性のある自動化されたテストと比較して、実際には非常にコスト効率が高くなります。これらのテストは、一般的な運動障害の分野における主要な質問に答えることができ、非常に有用な結果の尺度です。
潜在的な治療薬を試験する場合、ビームは、テーブルトップまたはマウスケージ内の3つの清潔なマウスケージを反転させることによってセットアップされます。ドラフトを交換し、ケージを均等に並べて、1メートルのビームの長さを支えられるようにします。次に、ビームの4つのセクションを最も広いセクションから最も狭いセクションに組み立て、逆さマウスケージの上に置きます。
テストする予定のマウスのホームケージをビームの端に横向きに置き、ビームの最も狭い端がホームケージに直接通じるようにします。補助試験を開始するには、最初のマウスの尻尾の付け根をつかみ、手のひらで後肢を支えます。マウスをビームの幅の広い端に置き、尻尾を離して手を離します。
マウスが匂いを嗅ぎ、動き回るようにして、装置に向きを合わせます。マウスが回転した場合は、マウスを目的の方向にゆっくりとリダイレクトします。マウスを道に進めるように促すには、ホームケージを持ち上げ、横向きの同じ位置に保ち、テストマウスに近づけます。
マウスがホームケージに入ろうとし始めたら、マウスが入らないように戻して一歩前進させます。最後に、マウスがホームケージに入るのを許可します。ケージ内の各マウスに対して同じ手順を実行します。
ケージ内の動物室洗浄液でケージ間のビームを完全に清掃します。次のマウスを実行する前に、ビームから尿や糞便のペレットを取り除くことが重要です。ケージ内のすべてのマウスが1回の補助試験を受けたら、最初のマウスを再度手に取り、必要に応じてビームの幅の広い端に置きます。
マウスを希望の方向にそっと向け、背面に軽く触れて、ビームの長さに沿ってホームケージに向かって移動するように促し、マウスがスニッフィングを停止したりビームから離れたりした場合はマウスを修正します。手を近くに置いて、マウスをビームの端に導きます。ビーム上での停止と探索を最小限に抑えます。
トレーニング中にこれを行うほど、マウスが行う傾向は少なくなります。試験中、マウスが4本の手足のうちの1本をホームケージに入れると試験は終了し、次のマウスは2回目の試行を受けることができます。マウスは、最初の訓練日にマウス間で交互に合計5回の試行を受けるため、各マウスの試行間隔は30秒以上になります。
2日目には、1日目と同じビーム設定を使用して、各マウスに対してさらに5回の試行を行います。マウスは補助を必要としないはずですが、停止や探索を防ぐために、背中を修正または触れる必要がある場合があります。24時間後に、テスト日を開始します。前の 2 日間のトレーニングと同様の方法でビームを設定します。
ただし、各ビーム幅に対応するメッシュグリッドを各ビームセクションの上部に配置します。ビデオ カメラを使用して、各試行が始まる前にすべてのビーム探索試行を記録します。日付、マウス番号、試行回数などの基本的な実験情報をカードにラベル付けし、カメラの前に置きます。
各試行の2〜3秒前に記録して、どのマウスがテストされ、どの試行が行われているかを明確にします。各テストで、マウスをグリッド面の最も幅の広い部分の上に置き、マウスの本体の全長が見えるようにビームレコードに沿って移動しながら記録します。カメラは、グリッドがビューアーの中央にくるように配置する必要があります。
各マウスをグリッド表面ビームでテストを5回実行し、各マウス間でクリーニングします。自発的な活動実験を設定するには、ケージの前面が実験者の方を向くように、約18センチ間隔で2つのケージを並べて配置します。必要に応じて、ミラーのサポートとして機能するように、他の2つのケージの後ろに追加のケージを配置します。
次に、2つのケージの上にガラス片を置き、最初の2つのケージの外縁でガラスが支えられるように配置します。次に、ガラスの上に円柱を置き、ガラスの下に斜めに鏡を置きます。3つ目のケージバックにもたれかかっている。
角度は30度から45度の範囲ですが、さらに重要なことは、カメラからのビューにはシリンダーの全直径を含める必要があることです。実験を設定したら、ビデオカメラをミラーの前に置き、シリンダーの底の直径全体が見えるようになるまでミラーとビデオカメラの両方を調整します。次に、タイマーを 3 分に設定し、前の実験ビデオのように重要な実験の詳細をカードにラベル付けします。
ラベルを2〜3秒間録音します。その後、停止します。実験を実行するには、円柱にマウスを置きます。
録音を押してタイマーを開始します。マウスを3分間記録します。大きな音や会話がマウスの注意をそらし、フリーズ動作を引き起こす可能性があるため、テストエリアが静かであることが重要です。
実験中、ハンドカウンターを使用して、シリンダー内でマウスが行う背面の数を数えます。後部は、マウスが後肢だけで立っているように、両方の落下肢が床から離れて垂直運動として定義されます。タイマーが切れたら、マウスを取り外して自宅のケージに戻します。
各マウスの間に動物室の洗浄液でシリンダーとガラスを清掃します。次のマウスに進む前に、洗浄液を乾かしてください。マウスをホームケージに入れることから、接着剤の除去テストを開始します。
フィーダービンを取り外した状態で、マウスがフィーダーなしで試験室とケージに慣れるのを待ちます。テストのために1時間、清潔なケージを使用してケージメイトを配置し、テストマウスがホームケージ内のマウスだけになるようにします。寝具の4分の3を取り外し、ケージメイトをホームケージに入れて清潔なケージに入れます。
テストマウスをスクラップして、一対の小さな鉗子を使用してそれを拘束するために、マウスのssltに1つの粘着ラベルを置きます。鉗子で鼻のラベルをそっと押し、マウスを放します。ケージに蓋をして、マウスが4つの毛穴でラベルを取り除こうとしたときにストップウォッチを開始します。
マウスが接触したが、ラベルを削除しなかった場合の時間を記録します。時間を記録しますが、タイマーは時間が記録されるまで続けてください。完全に取り外します。
マウスが60秒以内にステッカーに接触しない、またはステッカーを剥がさない場合は、試用期間を終了し、手動でステッカーを剥がしてください。各試行の後、テストマウスを保持ケージに入れ、次のマウスのテストを開始します。すべてのマウスは、マウス間で交互に3回の試行を受けます。
マウスで3つの試行をすべて一度に行うのではなく、ラベルが脱落したり、鼻に固定されていない試行はカウントされません。シリンダー内の挑戦的なビーム自発的な活動と接着剤除去試験はすべて、挑戦的なビーム試験でマウスのセンサー運動機能の非常に有用なアッセイであり、TH 1 α-シヌクレインマウスは野生型マウスよりもステップごとに有意に多くのエラーを起こします。1匹のα-シヌクレインマウスでは、ビームが狭くなるにつれてエラーの数が増加した。
これは野生型マウスには当てはまりませんでした。この同じ系統のマウスは、シリンダーテストでも後肢のステップが大幅に減少していることを示しています。これらの結果は、変異マウスの核内でのヒトαの過剰発現が、検出可能なセンサー運動障害の発症につながることを示しています。
最後に、接着剤除去試験では、黒質線条体ドーパミンニューロンが大幅に減少したPITXの3匹のakiaマウスは、野生型の対照と比較して接触までの時間が有意に増加したことを示しています。私たちや他の人々は、パーキンソン病の治療の可能性を評価するために、これらのテストを日常的に使用しています。これらの試験は、遺伝的マウスモデルの特性評価や、特定の突然変異が感覚運動機能に及ぼす影響を判断するためにも使用できます。
概要
この記事では、パーキンソン病と運動障害の文脈でマウスの運動機能を評価するために設計された一連の感覚運動テストを紹介します。これらのテストは、黒質線条体系への様々な程度の損傷に敏感で、前臨床研究に有用です。
主要な研究構成要素
科学分野
- 神経科学
- 行動アッセイ
- 前臨床研究
背景
- 運動機能障害はパーキンソン病の重要な特徴です。
- 信頼できる行動アッセイは潜在的な治療法のテストに不可欠です。
- 既存のテストは提案された方法に比べて感度が低い可能性があります。
- 前臨床研究には費用対効果の高いテスト方法が必要です。
研究目的
- マウスの感覚運動機能を定量的に評価すること。
- 運動機能を評価するための敏感な行動テストを提供すること。
- 前臨床薬研究のための管理可能なテストプロトコルを確立すること。
使用した方法
- 挑戦的なビーム横断テスト。
- 円筒内での自発的活動評価。
- 接着剤除去テスト（DOTテスト）。
- 行動テストの採点のためのビデオ記録。
主な結果
- テストは運動機能障害に高い感度を示しました。
- 自動化されたテスト方法と比較して費用効率が高い。
- 遺伝子マウスモデルの運動機能を特徴づけるのに効果的。
- 潜在的な治療法をテストするための有用な結果測定。
結論
- 提案されたテストは運動機能を評価するために信頼性が高く、感度があります。
- これらは既存の自動化テストに費用対効果の高い代替手段を提供します。
- これらの方法は運動障害の研究における前臨床研究を大いに支援できます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Sensitive and reliable behavioral outcome measures are essential for evaluating potential therapeutic treatments in preclinical trials for neurodegenerative diseases. In Parkinson's disease, sensorimotor tests sensitive to varying degrees of nigrostriatal dysfunction are fundamental for testing the efficacy of potential therapeutics. The described test battery provides a cost-effective, easy-to-implement, and highly sensitive approach for characterizing motor function in genetic mouse models and assessing disease-modifying therapies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by quantifying sensorimotor deficits in genetic mouse models of Parkinson's disease.
- Operational Value: Supports biological de-risking through functional target validation using assays sensitive to nigrostriatal dysfunction.
- Predictive Value: Enhances predictive confidence and portfolio triage by detecting motor impairments across a wide variety of PD models.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows with quantitative, video-scored behavioral outputs.
- Operational Value: Ensures assay standardization, reproducibility, and low-cost implementation compared to automated alternatives.
- Scalability: Facilitates screening readiness and platform reuse due to minimal equipment requirements and ease of training.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Demonstrates disease relevance through robust detection of sensorimotor deficits in models like TH one alpha-synuclein and PITX three akia mice.
- Preclinical Alignment: Supports risk-adjusted advancement decisions by linking specific mutations to measurable motor function consequences.
- Mechanistic De-risking: Focuses on predictive value by identifying detectable motor impairments resulting from nigrostriatal pathway disruption.
Pipeline & Workflow Integration
The method supports the discovery continuum from Early Discovery through Lead Identification to Preclinical work by providing reliable sensorimotor readouts that inform go/no-go decisions.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying motor dysfunction in genetic models.
- Screening: Delivers assay readiness through reproducible, video-based scoring of beam traversal, cylinder rearing, and adhesive removal performance.
- Analytics: Generates quantitative measurements such as error rates per step, hind limb step counts, and label removal latency to enable cross-condition comparison.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by characterizing mutation-specific motor consequences in disease-relevant systems.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable capability across multiple studies due to low cost, minimal training, and broad model applicability.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, and reduction of mechanistic ambiguity in motor circuit function.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability across laboratories and model systems.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk in movement disorder programs.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on quantifiable sensorimotor outcomes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and mouse handling for consistent test administration.
- Depends on basic instrumentation including video cameras, lighting, and simple apparatus like beams, cylinders, and adhesive labels.
- Necessitates cross-team standardization of scoring criteria for beam errors, rear counts, and removal latencies.
- Involves adaptation considerations across mouse strains and genetic backgrounds to ensure baseline normalization.
- Includes practical limitations such as manual scoring effort and sensitivity to environmental distractions during testing.
