モーターと脳卒中とアルツハイマー病のトランスジェニックラットモデルにおける海馬依存性の空間学習とリファレンスメモリ評価
March 22nd, 2016
新規モデルにおける共病的なアルツハイマー病（AD）とストロークの状態を調べるために、3つの動作タスクは、モータ制御および認知行動の両方を評価することに記載されています。これらのタスクは、ビーム歩行タスク、シリンダータスクとモリス水迷路を含みます。
これらの行動テストの全体的な目標は、アルツハイマー病と脳卒中の新しい併存ラットモデルにおける運動機能、および空間学習と記憶パフォーマンスを評価することです。この方法は、脳卒中とアルツハイマー病の病理がどのように相互作用し、運動障害の増強や認知機能低下の加速の可能性のある表現型を生み出すかなど、認知症分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。これらの技術の主な利点は、さまざまな脳機能をテストすると同時に、実施が容易で、費用対効果が高く、後の時点での繰り返しテストに適していることです。
この技術の意味は、新しい予防化合物がコモリの行動表現型を改善する可能性についてテストできるため、脳卒中後の認知症の予防にまで及びます。まず、以前に取り付けられたシリンダー装置の下に45度の角度でミラーを配置します。次に、ビデオカメラを三脚に取り付け、装置から約50センチメートルの距離に配置します。
鏡の中の円筒形の直径全体がカメラで視覚化できることを確認します。次に、順応したラットを選び、ホワイトボードに動物の数と追加の試験情報を書き留めます。このボードをミラーの前に置き、ビデオカメラの録画を押します。
尾の付け根でネズミを拾い上げ、シリンダーに入れます。次に、装置の蓋を固定し、ホワイトボードを取り外して、ミラーを遮らないようにします。ホワイトボードを取り外したら、動物を5分間撮影します。これは1回の試行を構成する期間です。
この時間の終わりに、録音を停止し、ラットを自宅のケージに戻し、ペーパータオルと水でシリンダーを清掃します。次に、前述の手順をさらに2回繰り返して、ラットあたり合計3回の試行を達成します。すべてのラットのデータが収集されたら、カメラファイルをビデオ編集プログラムにインポートし、テキストプロトコルで説明されているように、4つの四肢接触の数を定量化します。
まず、黒い壁の前に2つのシェルフユニットを約100cm離して配置します。次に、以前に取得した木製の梁の端をテープで棚に固定し、その間に約1メートルの支えのない木材があるようにします。次に、ビデオカメラをスタンドに置き、カメラがビームの全長をキャプチャするように配置します。
ビームウォーキングトレーニングセッションを受けたラットを選択し、その数と追加の試行情報をホワイトボードに記録します。終了したら、ホワイトボードを梁の後ろの壁にテープで貼り付けます。動物のホームケージと、ラットが板を渡った後すぐに入ることができる動機付けキューとして機能する環境エンリッチメントチューブをビームの一方の端に配置することにより続けます。
次に、ビデオカメラの録画を押します。その直後に、尾の付け根でネズミを拾い上げ、ケージとチューブのないビームの反対側の端に置きます。動物が隆起した木材の全長を成功裏に横断するまで記録し、それが試験の終了を示します。
ネズミがビームの途中で止まった場合は、尻尾にそっと触れて動きを促進します。動物がタスクを完了したら、ホームケージをビームのもう一方の端に移動します。ホワイトボード上のトライアル番号を変更し、前述のように手順を繰り返します。
すべての動物の試験が記録されたら、カメラファイルをビデオ編集プログラムにインポートし、テキストプロトコルで説明されているように、関連する歩数、手足の滑り、および転倒データを分析します。まず、空の円形プールの中央の上にビデオカメラを固定します。次に、プールの縁に沿ってテープを貼ってタンクの4つの象限を指定し、追跡ソフトウェアプログラムのタンクの輪郭に適切に位置合わせします。
次に、タンクを36センチメートルの深さまで水で満たし、次に液体が不透明な場合は黒の無毒の塗料を追加して、プラットフォームが水面下に見えないようにし、白いネズミをよりよく視覚化します。プールの準備ができたら、空白の壁面でプールを囲みます。次に、ポスターボードの異なる色から4つの形状を切り取って、空間的な手がかりを準備します。
その後、北、南、東、西のプールの位置に関連付けられた各壁に 1 つの形状をアタッチします。空間学習の実験を実行するには、プールの南西象限に円形のプラットフォームを配置して続行します。付属のコンピュータープログラムで、この構造が象限の指定されたプラットフォーム領域と位置合わせされていることを確認します。
ネズミの尻尾の付け根をつかみ、プールの壁に沿って水中の指定されたスタート地点にそっと置きます。動物が水槽に入ったら、すぐに視界を動かし、別の実験者に追跡ソフトウェアを起動するように合図します。ラットがプラットフォームを見つけて登るまで、ラットを泳がせます。
その時点で、他の研究者はコンピューターでの試験を停止する必要があります。動物をプラットフォームに30秒間留まらせます。ラットが割り当てられた試用時間内(ここでは90秒)にプラットフォームを見つけられなかった場合は、動物を構造物に誘導し、30秒間そこに留まらせます。
その後、ラットの尻尾の付け根を持ち上げて迷路から取り出します。腕に掛けたタオルの上に置きます。この手順を動物ごとにさらに3回繰り返し、20分の試験間隔で、各ラットが合計4回の試験を完了するようにします。
空間学習実験が完了したら、プラットフォームをプールから取り外してプローブの試行を開始します。ソフトウェアで、南西象限の前のプラットフォーム位置が定義されたままであることを確認します。次に、ネズミをプールに導入します。
タンクの壁に沿って水中に置きます。前と同じように、すぐに動物の視界から離れ、別の実験者に追跡ソフトウェアを起動するように指示します。30秒のプローブ試行の終わりに、動物を尾の付け根でつかみ、タンクから取り出してから、タオルで覆われたアームの1つを置きます。
この手順を 1 週間後に繰り返します。すべての動物について空間学習とプローブ試行を実行したら、テキストプロトコルで説明されているようにデータを分析します。シリンダー装置からの4肢使用データは、脳卒中導入の3日前と7日後と20日後にAPP21トランスジェニックラットから収集されました。
標準化され、四肢の使用が等しいことを表す値(ここでの赤い線)と比較すると、これらの結果は、併存するラットが統計的に四肢の欠損を示さないことを示しています。同様の結果は、脳卒中の有無にかかわらず野生型動物およびAPP21トランスジェニックラット単独について得られた。しかし、併存動物では、運動に関連する運動機能に違いが認められました。
脳卒中導入の7日前と21日後にこれらのラットについて収集されたビームタスクデータは、他のグループでは観察されなかった、板を横断するために必要なステップの有意な増加を明らかにしています。モリス水迷路の結果は、このグラフが潜伏時間の変化率、つまり動物がプラットフォームが1回目と2回目のプローブ試行の間に一度あったプールの象限に到達するのにかかる時間を示すように、併存動物の記憶障害も明らかにしています。ここでは、脳卒中のAPP21ラットは、2回目の試行で目標象限に入るのにかなり長い時間がかかります。
トランスジェニックラット単独または脳卒中を起こした野生型動物では示されなかった違い。これは、併存動物が長期記憶障害を持っていることを示しています。この手順を試行する際は、テストセッション全体およびテストセッション間ですべての変数を可能な限り一貫性を保ち、動物にとってストレスのない環境を作り出すことが重要です。
このビデオを見た後、脳卒中後の認知症のラットモデルで運動能力と認知能力を評価する方法について十分に理解できるはずです。
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概要
この研究では、新しいラットモデルを用いてアルツハイマー病と脳卒中の併存状態を調査します。運動制御と認知行動を評価するために3つの行動タスクを用います。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 行動分析
- 認知機能
背景
- アルツハイマー病と脳卒中は頻繁に共存し、治療を複雑にします。
- その相互作用を理解することで認知症研究に役立ちます。
- 行動テストは、これらの状態が運動および認知機能に与える影響を明らかにします。
- 新しいモデルは、潜在的な介入をテストするために不可欠です。
研究の目的
- ラットモデルにおける運動機能と空間学習を評価すること。
- アルツハイマー病と脳卒中の病理がどのように相互作用するかを探ること。
- 認知症に対する予防薬の可能性を評価すること。
使用された方法
- 運動制御評価のためのビームウォークタスク。
- 探索行動を評価するシリンダータスク。
- 空間学習と記憶のためのモリス水迷路。
- 行動分析のためのビデオ録画。
主な結果
- 行動テストは、モデルにおける運動障害の増強を示します。
- 両方の状態の存在下で認知機能の低下が加速しているように見えます。
- これらの方法は費用対効果が高く、繰り返しテストに適しています。
- 認知症の症状を緩和するための新しい化合物のテストの可能性。
結論
- 新しいモデルは、アルツハイマー病と脳卒中の相互作用に関する洞察を提供します。
- 行動評価は併存症を理解する上で重要です。
- 将来の研究は、これらの発見に基づいて介入を開発することができます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Modeling comorbid Alzheimer's disease and stroke enables mechanistic de-risking of neurodegenerative pathways in preclinical discovery. Behavioral phenotyping supports target validation by quantifying motor and cognitive deficits in a disease-relevant system. This approach enhances predictive confidence for lead identification in dementia therapeutics.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by modeling amyloid pathology and stroke interaction.
- Operational Value: Provides a disease-relevant system for functional target validation of neuroprotective candidates.
- Scientific Value: Supports predictive confidence through quantification of motor and cognitive phenotypes.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream compound screening using standardized behavioral endpoints.
- Operational Value: Ensures assay reproducibility and quantitative outputs for reliable compound evaluation across time points.
- Scientific Value: Enables screening readiness and platform reuse for longitudinal assessment of therapeutic efficacy.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Aligns with translational biomarker assessment by linking behavioral outcomes to pathology.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery through preclinical validation using consistent phenotyping.
- Scientific Value: Supports risk-adjusted advancement decisions by detecting comorbid exacerbation of deficits.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates behavioral assessment across the discovery continuum from target validation to preclinical efficacy testing.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification in amyloid-stroke comorbidity models.
- Screening: Delivers assay readiness and quantitative motor/cognitive readouts for compound screening campaigns.
- Analytics: Provides spatial learning latency and limb-use measurements enabling cross-group comparison.
- Translational Research: Connects behavioral phenotypes to preclinical continuity via memory deficit detection.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable capability for longitudinal testing in neurodegenerative comorbidity models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, reduction of mechanistic ambiguity in comorbidity modeling.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of motor and cognitive assessments.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk in dementia programs.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on comorbid phenotype severity.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent behavioral neuroscience and video-based motion analysis.
- Dependent on standardized apparatuses including cylinder maze, elevated beam, and water maze pools.
- Necessitates cross-team standardization for consistent handling, testing intervals, and environmental controls.
- Involves adaptation considerations across transgenic strains and stroke models to ensure phenotype reproducibility.
- Limited by stress sensitivity in aged or comorbid rodents, necessitating habituation and operator training.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:03
Cylinder Task for Gross Forelimb Motor Assessment
2:37
Beam-walk Task for Gross Motor Assessment
4:27
Morris Water Maze for Spatial Learning and Reference Memory
7:33
Results: A Comorbid Rat Model of Alzheimer's Disease and Stroke Demonstrates Locomotion and Reference Memory Deficits
9:11
Conclusion
