マウス疾患モデルで嚥下障害を検出し、特徴づけるために、人間のVideofluoroscopicツバメ調査方法を適応させる
2015年3月1日
この研究は、成功したトランスレーショナ嚥下障害の研究を促進する目的で、マウス疾患モデルで使用するための人間のvideofluoroscopic嚥下研究（VFSS）メソッドを適応さ。
この手順の全体的な目標は、ビデオ透視嚥下研究またはVFSSファーストと呼ばれる、自由に行動するげっ歯類の嚥下機能を研究することです。給餌室は、試験中にげっ歯類を小さなスペースに閉じ込めるために構築されています。2番目のステップは、テストソリューションを使用して行動条件付けを実行し、最大限の参加を確保することです。
次のステップは、プレコンディショニングマウスでVFSSテストを実施することです。最後に、ビデオをフレームごとに分析して、飲み込みパラメータを定量化します。最終的に、この新しい評価ツールを使用して、ミラーリング疾患モデルで嚥下障害を検出および特徴付け、前臨床試験で使用するための機能バイオマーカーを提供できます。
私たちが最初に観察室を使用するというアイデアを持っていたのは、人間のVFSSテストは自発的で自由であり、人間の臨床手順を厳密に模倣したいと考えていたからです。この技術が類似の既存の方法と比較した場合の主な利点は、げっ歯類の自発的な摂食行動を迅速に引き出すことで、嚥下のすべての段階を迅速にテストできることです。一般に、この方法に不慣れな個人は、嚥下とマウスの小さくて速い動きを識別するのが難しいため、ビデオ分析に苦労します。
次に、観察チャンバーを組み立てることから始め、シリンジ送達システムを組み立てて、テスト中にペグボウルに溶液を送達します。組み立てが完了したら、観察室を電動シザーリフトに載せてリモートポジショニングを行います。リモートコントロールシザーリフトテーブルの主な利点は、研究者の放射線安全性を向上させながら、蛍光透視視野で自由に行動するげっ歯類を維持することです。
マウスを観察室に慣れさせ、一晩の水調節期間にさらすことにより、マウスを準備します。テストの準備ができたら、チャンバーをケージから取り外し、完全に清掃します。ドライイレースマーカーを使用して、クリーニングした各チューブにラベルを付けてから、ホームケージに戻します。
次に、チョコレート風味のイオヘキソール溶液を調製して、透視環境を設定します。予備の観察チャンバーとペグボウルを使用して、側面面での飲酒を視覚化できる透視ビーム内の最適な高さと位置を決定します。透視法のフレームレートを 30 フレーム/秒に設定します。
可能な場合は、より高いフレームレートを使用できます。X線不透過性キャリブレーションマーカーが透視カメラに適切に配置され、テスト全体を通してディスプレイモニターに表示されるようにしてください。このステップは、取り扱いによるストレスを軽減するために、長さ測定の校正を可能にするために必要です。
マウスが観察室に自由に入るまでケージを観察します。入ったら、チャンバーをケージから持ち上げ、2番目のエンドキャップをそっと取り付けます。テストを繰り返すことで、マウスをケージ内のマウスの前に配置したり、テールでチャンバー開口部に吊り下げたりすることで、マウスをチャンバーに簡単に誘導してチャンバーに入ることができます。
観察室を透視装置内に配置して、側面でVFSSテストを開始します。次に、シリンジデリバリーシステムを使用して、ペグボウルにチョコレート風味のイオヘキソール溶液を入れます。ビデオ透視記録を開始します。
テスト中にマウスが飲酒を開始するときは、リモコンのリフトテーブルを使用して観察チャンバーの位置を調整し、嚥下メカニズムが視野に見えるようにします。マウスがペグボウルから離れるたびに録音を一時停止して、放射線被曝の時間を最小限に抑えます。マウスがペグボウルに戻ったら録音を再開し、必要に応じてペグボウルを補充します。
目標は、ほとんどのマウスに典型的な、連続飲酒のいくつかの長い発作を記録することです。テストの最初の2分以内に、マウスが5分以内に飲まない場合はテストを中止し、不適合マウスをホームケージに戻して、同じ日に再テストします。24時間の水規制を超えないようにしてください。
同じホームケージから複数のマウスをテストする場合。マウスの間に乾いたペーパータオルでペグボウルとチューブを清掃します。必要に応じて、PEチューブの先端をトリミングします。
試験中に噛んだ場合は、必要に応じて観察室を清掃し、チャンバー壁に飛び散ったイオヘキソールを取り除きます。チャンバーを水道水ですすぎ、ペーパータオルで乾かします。ビデオ透視記録のフレームごとの分析を可能にするビデオ編集ソフトウェアプログラムを使用してください。
関心のあるツバメ パラメーターを定量化するには、少なくとも 2 人の訓練を受けたレビュアーが各ビデオを盲検法で分析する必要があります。主要なレビュアーは、各ビデオを見て、3〜5回の長時間の飲酒発作を特定して分析します。この基準は、このパラメーターが統計分析に十分であることを示す、公開された非X線写真によるツバメ研究に基づいています。
次に、二次レビューアは、一次レビューアによって最初に同定および分析された各マウスのスワローパラメータあたり3〜5つの測定値を独立して分析します。その後、各マウスについてレビューアの不一致が特定され、100%のコンセンサスに達するまで再分析されます。次に、各ツバメパラメータの議論の余地のない値を平均化して、各マウスの平均値を取得します。
ツバメ・パラメーターで取得されたメジャーが 3 つ未満の場合は、そのメジャーの統計データベースに欠損値を入力します。これらの例は、低エネルギー透視システムの位置を使用して取得されました。1つは、頭部全体と近位胸部の視覚化を可能にします。
ツバメのトリガーポイントは、視野の中央に配置されます。ポジション 2 では、ツバメのトリガー ポイントから胃食道接合部までの視覚化が可能です。なお、ボーラスは最低倍率の設定でも遠位食道を通過します。
頭頸部の骨構造は、低エネルギー透視システムを使用して容易に観察できます。解剖学的構造も高倍率で調べられ、いくつかの追加のツバメパラメータの定量化が可能になります。この図は、2つのVFSS嚥下パラメータ、嚥下率、および嚥下間隔間隔の代表的な予備所見を示しています。嚥下率は、老化したC 57と比較して、SOD 1匹のマウスで有意に遅かった。
マウスと対照群の嚥下間隔は、群間で有意差はなかった。一度マスタリングしたビデオキャプチャは、適切に実行されれば、1質量あたりわずか2分未満で完了できます。この手順を試行する際は、回避行動につながる可能性のある粘度と嗜好性の変化を防ぐために、準備から数時間以内にチョコレート風味の試験液を使用することを忘れないでください。
この新しい技術は、神経科学の分野の研究者が健康なげっ歯類や疾患モデルにおける自然な摂食行動と嚥下行動を探求する道を開いています。このビデオを見た後、あなたはよくよく理解しているはずです 自由に行動するげっ歯類のVFSSテストを正常に実行する方法 典型的な摂食行動と嚥下機能を定量化するために、放射線放出装置での作業は非常に危険であることを忘れないでください、そしてこの手順を実行する際には、時間、距離、およびシールドに関する放射線の注意事項に常に従う必要があります。
概要
この研究は、ヒトのビデオフローロスコピック嚥下検査（VFSS）の方法をマウスの疾病モデルに適応させ、翻訳的嚥下障害研究を促進することに成功しました。この手順は、自由行動するげっ歯類の嚥下機能を評価することを目的としており、ヒトの臨床実践に近い方法です。
研究の主要な構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 行動分析
- 翻訳研究
背景
- VFSSは人間の嚥下を評価する標準的な方法です。
- この研究はげっ歯類モデルでVFSS技術を再現することを目指しています。
- この方法は自発的な摂食行動の観察を可能にします。
- 疾病モデルでの嚥下障害の検出のためのプラットフォームを提供します。
研究の目的
- げっ歯類の嚥下を研究するための信頼できる方法を開発すること。
- 前臨床試験のための機能的バイオマーカーを作成すること。
- 疾病モデルにおける嚥下障害のメカニズムの理解を深めること。
使用した方法
- テスト中のげっ歯類の拘束のための摂食チャンバーの構築。
- 参加を確保するためのテスト溶液を使用した行動条件付け。
- VFSSビデオのフレームごとの分析による嚥下パラメータの定量化。
- 改善された放射線安全性のためのリモコン付きシザーリフトの使用。
主な結果
- この方法はげっ歯類の自発的な摂食行動を成功裏に誘発しました。
- ビデオ分析を通じて嚥下パラメータの定量化が達成されました。
- レビュアー間のコンセンサスにより、嚥下パラメータの正確な測定が確保されました。
- この技術はマウスモデルでの嚥下障害の同定の可能性を示しました。
結論
- この新しいVFSS適応法はげっ歯類の嚥下障害の研究に効果的です。
- この方法は前臨床嚥下障害研究に価値あるツールを提供します。
- 将来の研究はこのフレームワークを基に様々な疾病状況における嚥下障害を探求することができます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Adapting human videofluoroscopic swallow study (VFSS) methods to murine models enables early detection of dysphagia phenotypes in preclinical disease models, supporting target validation and mechanistic de-risking in neurodegenerative and neuromuscular drug development. This approach provides functional biomarkers that bridge behavioral assays with clinical endpoints, improving predictive confidence in lead identification and preclinical progression decisions. By quantifying swallow physiology in freely behaving rodents, the method enhances translational continuity from discovery through preclinical stages.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by quantifying swallow physiology as a functional readout of brainstem and neuromuscular circuit integrity.
- Operational Value: Enables behavioral conditioning and voluntary feeding in confined spaces, reducing stress-induced variability in murine phenotyping.
- Scientific Value: Supports biological de-risking of targets involved in swallowing control, such as SOD1 in ALS models, by linking genetic manipulation to measurable dysphagia phenotypes.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by standardizing swallow parameter quantification via frame-by-frame video analysis.
- Operational Value: Addresses assay standardization and reproducibility through blinded dual-reviewer consensus and defined drinking bout criteria.
- Scientific Value: Highlights screening readiness and scalability by enabling rapid testing of multiple mice per session with remote-controlled chamber positioning.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Discusses disease relevance and translational biomarker alignment by detecting genotype-specific differences in swallow rate and inter-swallow interval in SOD1 mice versus controls.
- Operational Value: Describes continuity from discovery through preclinical validation by providing quantifiable VFSS parameters that correlate with disease progression.
- Scientific Value: Focuses on predictive de-risking value by identifying 13 consistently quantifiable swallow parameters using low-energy fluoroscopy, nearly doubling the detection sensitivity compared to high-energy systems.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from Early Discovery to Lead Identification and Preclinical work, supporting hypothesis testing, pathway clarification, and biological de-risking of targets affecting bulbar function.
- Discovery Biology: Explains how the method supports hypothesis testing, pathway clarification, or biological de-risking by quantifying swallow mechanics as a proxy for neural circuit function in disease models.
- Screening: Describes assay readiness, reproducibility, or quantitative outputs when supported by the article through standardized protocols, blinded analysis, and consensus-driven parameter measurement.
- Analytics: Highlights measurements, readouts, or statistical outputs that help teams compare conditions, including swallow rate, inter-swallow interval, and bolus transit timing derived from frame-by-frame VFSS video analysis.
- Translational Research: Connects the method to preclinical continuity or biomarker alignment only when the source supports it by demonstrating genotype-dependent differences in swallow physiology that mirror clinical dysphagia endpoints.
- Enterprise Reuse: Frames the method as a reusable capability rather than a single-use technique through standardized chamber design, flavored contrast agent protocols, and remote-operated imaging setup.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, reduction of mechanistic ambiguity in brainstem-mediated phenotypes.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of swallow phenotyping across murine cohorts and laboratories.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk by identifying dysphagia early in preclinical pipelines.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on functional biomarker data from VFSS in disease models.
Implementation Considerations
- Required scientific expertise in neurobehavioral testing, video fluoroscopy operation, and frame-by-frame video analysis.
- Instrumentation and analytical infrastructure needs include fluoroscopy systems (preferably low-energy for high-resolution murine imaging), remote-controlled positioning tables, and video editing software for blinded review.
- Cross-team standardization requirements involve harmonizing chamber design, contrast agent preparation (e.g., chocolate-flavored iohexol), and drinking bout selection criteria across sites.
- Adaptation considerations across model systems include adjusting chamber size, contrast agent palatability, and positional protocols for different rodent strains and disease severities.
- Practical limitations supported by source material include dependency on fluoroscope energy level for parameter detectability, with high-energy systems limiting quantification to seven parameters versus thirteen with low-energy systems.
