モリス水迷路を用いたアルツハイマー病マウスモデルにおける学習能力と記憶力の解析
2019年10月29日
本明細書では、アルツハイマー病モデルマウスの学習能力および記憶能力を評価し、それらを治療するための手動鍼治療の効果を評価するためのモリス水迷路試験を実施するプロトコルについて説明する。
モリスウォーター迷路、またはMWM実験は、動物の空間学習と記憶能力を評価するために最も広く使用され、古典的な行動実験となっています。MWMに関する記事はたくさんありますが、実際には研究者はまだ混乱しています。したがって、この直感的で厳密な操作プロセスビデオは特に重要です。
我々は、以前にMWMベースの研究を行い、鍼治療がADモデルマウスの症状を緩和できることを示唆した。ここでは、研究者がADモデル動物の空間学習と記憶を評価するための簡単で目に見える方法を提供するために、最近の研究で使用されるMWMの操作プロトコルを紹介する。MWMは、認知機能を評価するための強力な技術であり、研究で広く使用されています.
ただし、プールやプラットフォームのサイズなど、タスクを実行するための定義済みパラメーターや標準パラメーターはありません。したがって、このメソッドの実際のデモンストレーションは非常に重要です。まず、原稿の指示に従って、モリスウォーター迷路またはMWMテストの設定から始めます。
MWMデバイスと信号の取得と処理システムは、遮音性を維持するために設計された実験室に配置する必要があります。不透明な布で囲まれた円形の白いタンクは、MWMデバイスの中央に配置する必要があります。ビデオカメラは、デバイスの天井に固定し、自動追跡システムでビデオレコーダーに接続する必要があります。
北、南、東、西にラベル付けされた線を使用して、水迷路タンクを4つの等しい領域に分割し、プールエリアを4つの象限に分割します。次に、マウスの視界内の各象限の壁にユニークな視覚的な手掛かりを配置します。30センチメートルの深さの水で円形のタンクを充填し、それを不透明にするために水に粉ミルクの150グラムを追加します。
Visible Platform トライアルを実行するには、プラスチック円形のプラットフォームを水面から1センチメートル上の任意の象限にランダムに配置し、黒い旗を付けます。各マウスを、タンクの壁に面した4つの開始位置の1つから水の中にそっと放します。マウスが水に放されるとすぐにコンピュータ追跡プログラムを起動し、各マウスをプラットフォームに到達するために60秒を与えます。
各トライアルの最後に、マウスをプラットフォーム上に置き、10~30秒間そこに留まるようにします。コンピュータ上のマウスの泳ぐ軌跡を観察します。プラットフォームをエスケープ待ち時間として見つけるためにマウスがかかった時間を記録し、マウスの泳ぐ速度を分析します。
その後、タオルでマウスを乾燥させ、電気ヒーターで温める。プラットフォームを移動し、マウスごとに 4 回の試行を実行し、別の作業領域でマウスを開始します。各試行の間にマウスを15〜20分間回復させます。
Hidden プラットフォームのトライアルを実行するには、同じプラットフォームを南東の象限にフラグなしで配置します。次に、マウスを 4 つの象限の 1 つにランダムに配置し、60 秒を与えて隠しプラットフォームを見つけます。マウスがプラットフォームを 60 秒以内に見つけられない場合は、プラットフォームにガイドし、10 ~ 30 秒間そこに留まるようにします。
各試行のエスケープ待ち時間を記録します。タオルでマウスを乾かし、電気ヒーターで暖かく保ちます。各試行の間に15〜20分のマウスごとに4回のトライアルを実行し、毎回異なる象限でマウスを開始します。
プラットフォームと視覚的な手掛かりを一定の位置で5日間連続して試行を繰り返します。プローブトライアルを実行するには、プラットフォームを取り外し、北西象限のタンク壁に面した水にマウスを置きます。水泳距離、速度、プラットフォームのクロスオーバー数を記録します。
終了したら、マウスを乾燥させて、暖かく保ちます。リバーストライアルを実行するには、プラットフォームを北西の象限に配置し、Hiddenプラットフォームトライアルを繰り返します。このプロトコルは、アルツハイマー病のマウスの学習と記憶に対する手動鍼治療またはMAの影響を調べるのに使用されました。
MA群の治療はMWM検査の15日前に始まり、11日間の検査を通じて続いた。MWM の初日の可視プラットフォーム テストでは、グループ間のエスケープ遅延または水泳速度に統計的な違いは認められなかった。隠しプラットフォームと逆転試験の間、アルツハイマー病またはADグループの脱出遅延は高いままでしたが、他の3つのグループの待ち時間は徐々に減少しました。
重要なのは、MA グループのエスケープ遅延が AD グループの待機時間よりも短い点です。プローブ試験の間、MA群のマウスのプラットフォームクロスオーバー数は対照群のマウスよりも低かったが、AD群のマウスよりも有意に高かった。さらに、MAマウスが以前にプラットフォームが配置されていた象限で過ごした時間の割合は、対照未満であったがADよりも大きい薬物群に似ていた。マウスが60秒でプラットフォームを見つけることができない場合、研究者はそれをプラットフォームに導き、10〜30秒間そこに滞在することを許可する必要があることを覚えておくことが重要です。
プールとプラットフォームのサイズの寸法に関する特定の基準はありません。これらのパラメータは、実験動物の実験要件および条件に従って予備実験で最適化されなければならない。ほとんどの研究は、MWMのような基本的な実験で行われる必要があります。
現在、実験ツールとしてのMWMの柔軟性は、提案された研究に従って基本的なプロトコルを選択する能力にあるだけであり、したがって、このテストは、より深く認知機能を評価するために適用することができる。
概要
この記事では、アルツハイマー病モデルマウスの学習と記憶を評価するためのモリス水迷路（MWM）テストの詳細なプロトコルを提示します。また、これらのマウスの治療法としての手動鍼灸の効果も評価します。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 行動分析
- アルツハイマー病研究
背景
- モリス水迷路は、動物の空間学習と記憶を評価するための広く使用されている行動実験です。
- その人気にもかかわらず、研究者はMWMプロトコルの実行に課題に直面することがあります。
- 鍼灸は、アルツハイマー病モデルマウスの症状を軽減する可能性のある治療法として提案されています。
- MWMの実行のための標準的なパラメータは明確に定義されておらず、明確な運用ガイドラインが必要です。
研究目的
- MWMテストの簡単なプロトコルを提供すること。
- アルツハイマー病モデルマウスの認知機能を評価すること。
- これらのマウスの学習と記憶における手動鍼灸の影響を調査すること。
使用された方法
- 特定の寸法と視覚的手がかりを持つモリス水迷路のセットアップ。
- 逃避潜時と水泳速度を測定するための可視プラットフォームと隠蔽プラットフォーム試行の実施。
- 記憶保持と認知の柔軟性を評価するためのプローブ試行とリバース試行の実施。
- MWMにおけるマウスのパフォーマンスに対する手動鍼灸治療の効果を分析すること。
主要な結果
- 可視プラットフォーム試験中のグループ間の逃避潜時の有意な差は観察されませんでした。
- MAグループは隠蔽プラットフォームとリバーサル試行中、ADグループと比較して短い逃避潜時を示しました。
- プローブ試行中、MAグループはADグループよりも高いプラットフォーム交差数を示しました。
- MAマウスは、薬物グループと同様の割合の時間をターゲット象限で過ごし、記憶保持の改善を示しました。
結論
- MWMはアルツハイマー病モデルマウスの認知機能を評価するための効果的なツールです。
- 手動鍼灸はこれらのマウスの学習と記憶のパフォーマンスを向上させる可能性があります。
- 異なる実験条件のためのMWMパラメータを最適化するためのさらなる研究が必要です。
よくある質問
Executive Industry Relevance
The Morris Water Maze (MWM) provides a standardized behavioral assay to evaluate spatial learning and memory in preclinical Alzheimer's disease models, supporting target validation and mechanistic de-risking. By quantifying escape latency, platform crossover, and quadrant preference, MWM enables objective assessment of cognitive phenotypes and therapeutic intervention effects. This assay enhances predictive confidence in early discovery by linking behavioral outputs to disease-relevant systems and facilitating go/no-go decisions in translational research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by measuring cognitive deficits in Alzheimer's disease model mice.
- Operational Value: Enables functional target validation through quantitative assessment of learning and memory performance.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by identifying compounds that improve escape latency and memory retention in disease-relevant systems.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream compound screening using standardized MWM protocols.
- Reproducibility: Ensures consistent quantitative outputs across trials through defined escape latency and swimming speed measurements.
- Screening Scalability: Supports platform reuse and cross-functional collaboration via standardized trial structures and visual cue systems.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models progressive memory loss characteristic of Alzheimer's disease through spatial learning deficits.
- Translational Continuity: Bridges discovery to preclinical validation by assessing cognitive functional outcomes.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs decision-making by measuring reversal learning and probe trial performance as indicators of cognitive flexibility and memory retention.
Pipeline & Workflow Integration
MWM integrates into the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, providing behavioral phenotyping at each stage.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying spatial learning and memory deficits in Alzheimer's disease models.
- Screening: Delivers assay readiness and reproducible quantitative outputs through standardized visible and hidden platform trials.
- Analytics: Generates escape latency, swimming speed, platform crossover number, and quadrant preference measurements to enable comparative condition analysis.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by assessing memory retention and cognitive reversal as translational biomarkers of therapeutic efficacy.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable behavioral phenotyping platform across multiple therapeutic areas and target classes.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in cognitive functional assessments.
- Operational Value: Delivers standardization, reproducibility, and scalability through defined trial protocols and automated tracking systems.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions, capital efficiency, and reduces late-stage biological risk via objective cognitive phenotyping.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on measurable improvements in learning and memory performance.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and automated video tracking systems for accurate data collection.
- Necessitates instrumentation including circular water maze, overhead camera, video recorder, and temperature control for animal welfare.
- Demands cross-team standardization of pool dimensions, visual cues, and trial timing to ensure reproducibility across sites.
- Involves adaptation considerations when translating protocols across different rodent strains, ages, and disease models.
- Includes practical limitations such as variability in swim strategy and stress responses that must be controlled through standardized handling and acclimation procedures.
