エレベーター垂直運動と観覧車回転を用いたラットにおける受動運動の自律性と行動の影響の評価
2020年2月7日
プロトコルは、エレベーターの垂直運動と観覧車回転を使用してげっ歯類における受動運動の自律的および行動的影響を評価するために提示される。
これらのプロトコルは、自律神経系の機能を評価し、前庭系障害を明らかにするために自律神経系の完全性と正常な機能を確立するために重要です。前庭機能または運動協調障害は、自律神経系の損傷を示すことができます。これらの技術は、自律機能の完全性を明らかにすることができます。
行動技術は、実験者によって導入された変動性に影響を受けやすい場合があります。同じ研究者が実験を通じて技術を実施し、すべてのげっ歯類を同じように扱うことをお勧めします。エレベーターの垂直運動分析のために、22.5から20センチメートルのプレキシガラスボックスに2ヶ月から250グラムのラットを4匹まで入れ、箱をしっかりと整えます。
エレベーターの垂直モーションデバイスのエレベーターパッドにボックスを置き、順応のために最も低い設定でデバイスをオンにします。次に、振幅をニュートラルから22センチメートル上、22センチメートル下に設定し、初期サイクル期間を2、5分、5分間5分5分5,000ミリ秒、5分間1,500ミリ秒でデバイスを起動します。次に、デバイスを 1、5 分間 5 分間 5 分、2,000 ミリ秒(5 分)、2,500 ミリ秒 (5 分間) の期間を使用してデバイスを逆方向に減速する前に、2 時間 1, 000 ミリ秒に設定します。
観覧車の回転手順では、プレキシガラス容器を木製のベンチに置き、ネズミを観覧車の水平回転ロッドに垂直な体の長い軸で容器に入れます。箱をしっかりと閉じた後、同じような質量を持つラットの第2のセットを、観覧車回転装置の第2アームの水平回転ロッドに垂直な体の長い軸を持つ第2のプレキシガラス容器に入れる。ボックスをしっかりと閉じたら、観覧車の回転を時計回りに16度/秒で始め、1秒あたり120度の角速度に達します。
観覧車がピーク速度に達すると、毎秒48度で減速し始め、毎秒ゼロ度に達します。1 秒の休止後、コンテナは 1 秒あたり 16 度の反時計回り方向に回転し続け、毎秒 120 度の角速度に達してから、毎秒 0 度に達するまで 48 度秒で減速します。次に、約 720 回転のセッションで、時計回り反時計回りの回転をセッションごとに 2 時間続けます。
バランスビームトレーニングのために、最初の場所に約110センチメートル離れて実験場に2つの木製の0.75メートルの高さの便。仕上げ工具にプラスチック製の黒い15、15、8センチメートルのボックスを置き、2つのスツールの間に狭い2.5%130センチメートルの木製の梁を配置し、開始スツールから仕上げの便までの便縁間の距離を100センチメートル残します。スタートスツールにランプを設置し、ランプをオンにします。
その後、部屋ができるだけ暗くなるように部屋の明かりを消し、明るいコーナーのビームに最初のラットを導入します。ラットがその意志を越えない場合は、穏やかにビームを渡るように動物に促します。3日間連続してトレーニングを行った後、訓練を受けたラットを光の近くのスタートスツールに乗べ、すぐにストップウォッチを開始します。
ラットは、バランスビームを急速に交差し、仕上げ便のブラックボックスに入る必要があります。動物の鼻が仕上げの便の暗い箱に入ったらすぐにストップウォッチを止めます。運動処理後の排便カウントのために、プレキシガラス容器からラットを個々の40から40、45センチメートルのオープンフィールドボックスに移し、各げっ歯類に起因するプレキシガラスボックス内のフェースペレットの数をカウントする。
オープンフィールドの挙動テストでは、赤外線ビデオカメラを使用して動物を3分間記録し、得られたビデオ映像を使用して各動物の総移動距離を決定します。ここで、3日間連続した訓練の後にバランスビームを横断するのに要した時間の代表残高ビーム結果が示される。エレベータの垂直運動、ヘルツ垂直運動の変化、観覧車回転が排便を大幅に増加させた。
また、エレベータの垂直運動、ヘルツ垂直運動の変化、観覧車回転は、移動距離のオープンフィールドを大幅に減少させた。バランスビームトレーニングは、ラットがビームを横切るときにやる気と自信を持たなければならないので重要です。それ以外の場合、その残高は評価期間中に測定されません。
行動手順に従って、目的とする異なる薬物が自律神経機能および細胞シグナル伝達に及ぼす影響は、これらの前庭刺激アッセイを用いて評価することができる。
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概要
本記事では、げっ歯類における受動的運動が自律神経および行動に及ぼす影響を評価するためのプロトコルを提示します。自律神経系の整合性を評価するために、エレベーターによる垂直運動や観覧車のような回転運動などの手法が用いられます。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 行動解析
- 自律神経系
背景
- 自律神経系の機能を評価するには、プロトコルが不可欠です。
- 前庭系の疾患は、運動協調能の欠損によって示されることがあります。
- 行動解析の手法は、実験者のばらつきに影響を受ける可能性があります。
- 信頼性の高い結果を得るためには、齧歯類のハンドリングにおける一貫性が極めて重要です。
研究目的
- 自律神経系の完全性を確認すること。
- 自律神経系の機能を評価すること。
- 前庭系の潜在的な障害を特定すること。
使用方法
- げっ歯類を用いたエレベーター垂直運動解析。
- 観覧車回転プロトコル。
- 試験のための制御環境の使用。
- 実験全体を通じた被験者の標準化された取り扱い。
主な結果
- プロトコルによって、自律機能の整合性を効果的に明らかにできます。
- 一貫した取り扱いにより、行動評価におけるばらつきを低減できます。
- 特定された手法により、自律神経系の損傷を検知できる可能性があります。
- 行動結果は、前庭系の健康状態と相関しています。
結論
- これらのプロトコルは、自律神経および行動への影響を評価する上で信頼性が高い。
- 実験の完全性を維持するためには、研究者の整合性が不可欠である。
- これらの手法は、前庭および自律神経疾患の診断に役立てることができる。
よくある質問
産業界における意義
受動的運動に対する自律神経および行動反応を評価することは、前臨床研究において前庭系および自律神経系の完全性を評価するためのトランスレーショナルモデルを提供します。これらのアッセイは、排便、オープンフィールド活動、および運動協調性を介して自律神経出力を定量化することで、乗り物酔い、不安症、または神経変性疾患を標的とする化合物のメカニズム的なリスク低減を可能にします。エレベーターによる垂直運動およびフェリスホイール回転プロトコルの標準化され再現性の高い性質は、創薬パイプラインにおける初期段階のターゲットバリデーションおよびフェノタイプスクリーニングを支援します。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期発見およびターゲットバリデーション
- 科学的価値：自律神経系の機能を精査し、前庭系およびストレス応答経路に関連する治療仮説を検証する。
- 運用上の価値：排便回数、オープンフィールド走行距離、バランスビーム潜時などの定量的な行動リードアウトを提供し、標的への結合を客観的に評価する。
- 予測的価値：前庭刺激と自律神経出力との相関を明らかにすることで生物学的なリスク低減を可能にし、初期探索段階における意思決定（go/no-go判断）を支援する。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- アッセイの準備状況： 排便回数のカウントおよびオープンフィールド追跡により、ハイスループットスクリーニングへの適応に適した、拡張可能で定量化可能なエンドポイントが得られます。
- 再現性： 齧歯類のハンドリングと動作パラメータを標準化することで、実験者間のばらつきが抑えられ、施設をまたいだアッセイの信頼性が向上します。
- プラットフォームの有用性： アクリル製容器を用いた設計により、複数の動作パラダイム（垂直方向、回転方向）で再利用が可能となり、効率的なリソース配分が実現します。
翻訳・前臨床研究
- 疾患との関連性： 乗り物酔いや不安障害などの自律神経機能失調をモデル化し、表現型に基づいた化合物スクリーニングを可能にします。
- トランスレーショナルな連続性： 前庭刺激と自律神経出力を結びつけ、バイオマーカーに沿った前臨床検証を支援します。
- リスク調整済みの進展： 運動ストレスに対する自律神経反応を正常化する化合物を特定し、後期研究への移行に伴うリスクを低減します。
パイプラインおよびワークフローの統合
このアッセイは、ターゲットの仮説検証からリード最適化に至る創薬の連続的なプロセスに適合しており、特に自律神経系の副作用が懸念される中枢神経系（CNS）活性化合物において有用です。
- 探索生物学：前庭刺激と自律神経出力の間のメカニズム的な関連性を検証し、ストレスおよび不安モデルにおける経路の関与を明らかにします。
- スクリーニング：化合物の効果を比較するための、定量的で再現性のある行動データ（排便、移動、運動協調性）を生成します。
- 分析：回数および距離に基づく指標を用いて、用量や治療群間における自律神経反応の統計的比較を可能にします。
- トランスレーショナル研究：自律神経のリードアウトを機能的指標として検証することで、前庭疾患の前臨床モデルへの連続性をサポートします。
- 企業での再利用：標準化された動作装置と行動アッセイを、CNSモジュレーターや制吐剤を研究する複数のプロジェクトに展開できます。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 直接的な機能的リードアウトを提供することで、自律神経経路変調におけるメカニズム的な曖昧さを軽減する。
- 運用の価値： 標準化された動作プロファイル、齧歯類のハンドリング、および環境制御を通じて再現性を確保する。
- 戦略的価値： 創薬の早期段階でオフターゲットの自律神経影響を特定することにより、go/no-go判断の信頼性を向上させる。
- ポートフォリオへの影響： 好ましい自律神経プロファイルを持つ化合物のリスク調整済み優先順位付けを可能にし、後期段階での脱落を低減する。
実施上の検討事項
- 齧歯類行動学、前庭生理学、および自律神経系アッセイの解析に関する専門知識が必要です。
- 正確な振幅およびサイクル制御を備えた、校正済みのエレベーター垂直移動装置およびフェリスホイール回転装置に依存します。
- 個体差を最小限に抑えるため、バランスビーム試験およびオープンフィールド試験の標準化されたトレーニングが必要です。
- 他の齧歯類系統や年齢への適応には、運動感度およびベースラインの自律神経緊張状態の検証が必要となる場合があります。
- 前庭機能が維持されているモデルに限定されます。自律神経緊張とは無関係な運動機能障害を持つ動物では、混同要因が生じる可能性があります。
バイオファーマ FAQ
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:56
Elevator Vertical Motion (EVM) Procedure
2:03
Ferris-wheel Rotation (FWR) Device Procedure
3:22
EVM and FWR Evaluation: Balance Beam Analysis
4:30
EVM and FWR Evaluation: Defecation Counting and Open-field Examination
5:03
Results: Representative Defecation Counts and Total Distance Traveled
5:35
Conclusion
