再構成可能な迷路システムを利用して、げっ歯類の空間ナビゲーションテストの再現性を高める
2022年12月2日
本プロトコルは、再構成可能な迷路、げっ歯類における空間ナビゲーションおよび行動表現型を試験するためのユニークなシステムを記述する。この迷路システムの適応性により、単一の物理環境でさまざまな実験を実行できます。構造再配列の容易さは、信頼性が高く再現性のある実験結果を生成します。
このプロトコルは、柔軟な迷路実験環境を提供し、実験者が単一の空間で複数の迷路タスクを実行できるようにします。この手法の主な利点は、標準化された部品を組み合わせることで、目的の迷路形状を瞬時に構成できることです。さらに、そのシステムは、容易に分解および再現することができ、 この方法は、ナビゲーションの行動的および生理学的メカニズムの研究に貢献します。
また、トランスジェニック動物やノックアウト動物の行動異常をスクリーニングするために、試験体において有用です。まず、ベースプレート付きのタワーをパンチングボードに挿入して、迷路のT字型のフレームワークを形成します。タワーの上部に通路を取り付け、遅延エリアの通路をトレッドミルに交換します。
迷路の各端にフィーダーを取り付けてから、左右の枝に可動壁を取り付けます。タスク実行のために、コントロールボックス、マイクロコントローラ、PCを起動して接続します。タスクスケジュールを設定し、実験に必要なパラメータをマイコン上で受け取るプログラムを作成し、タスクを実行します。目的の迷路形状を構築し、ホームケージからラットを移動させ、迷路の任意の位置に配置します。
ラットが構築された迷路を10分間自由に探索して慣れるようにします。トレッドミルで遅延交替タスクを実行するプログラムを設定し、必要に応じて迷路の形状を変更します。ラットを迷路の任意の位置に置き、遅延交替タスクのトレーニングまたはテストを実行します。
各タスクの後にラットをホームケージに戻し、各ラットの後に70%エタノールで迷路を完全に拭きます。迷路を再度使用する前に、少なくとも5分間待ちます。動物の軌跡については、天井に取り付けられたデジタルビデオカメラを使用して、遅延交替タスク中の動物の行動を記録します。
最後に、毎秒50フレームでキャプチャされた画像に基づいて、マーカーレス姿勢推定ソフトウェアを使用して走行軌跡を追跡します。ラットの再構成可能な迷路テストの画像をこの図に示します。経路部分は、1つの環境で複数の形状に再構成されました。
ここに示す画像は、マウスの再構成可能な迷路テストを表しています。これらの迷路は、任意の場所にフィーダーと可動壁とともに配置されました。迷路の形状は、遅延交替タスクの列車フェーズとテストフェーズ中に徐々に変化します。
タスクで使用されるフィーダのタイプは、色付きのボックスで示されます。代表的なラットの走行軌跡を示す。これらのグラフィック画像は、トレーニングの開始からテストの終了までの4日間のラットの行動パフォーマンスを表しています。
各トレーニング フェーズのタスク完了時刻とテスト フェーズの初日がここに表示されます。遅延交替テストにおける正しい選択肢応答の割合をこの図に示します。点線は確率レベルを示します。
再構成可能な迷路の組み立て時間をこの図に示します。線形トラックは、経路、フィーダー、およびトレッドミルを追加して、T字型の迷路に変更されました。5人の実験者がそれぞれ3回の試行を行い、すべての試験を同じ日に実施した。
迷路の部分を穴のある床に正しく配置することが重要です。地板を用いてレイアウトを決定することで、高い再現性で迷路実験を行うことができます。
概要
このプロトコルでは、げっ歯類の空間ナビゲーションおよび行動表現型のテスト用に設計された、再構成可能な迷路システムについて解説します。このシステムの適応性により、単一の環境内でさまざまな実験を行うことができ、信頼性と再現性の高い結果を確保することが可能です。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 行動解析
- げっ歯類モデル
背景
- この迷路システムは、標準化された部品を用いて迅速に再構成することが可能です。
- ナビゲーションメカニズムや行動異常の研究に有用です。
- このプロトコルにより、容易な分解と実験の再現が可能になります。
- デジタルビデオ録画とソフトウェア解析を通じて、行動トラッキングが強化されます。
研究の目的
- げっ歯類における空間ナビゲーションを調査する。
- トランスジェニック動物およびノックアウト動物における行動表現型を評価する。
- 様々な迷路課題に対応可能な、柔軟な実験セットアップを提供する。
使用方法
- タワーと通路を用いたT型迷路の構築。
- 遅延交互交代タスクのため、迷路内にトレッドミルを設置。
- 天井設置カメラによる動物の行動記録。
- マーカーレスポーズ推定ソフトウェアを用いた走行軌跡の解析。
主な結果
- トレーニングおよびテスト段階における迷路形状の再構成の成功。
- 数日間にわたる行動パフォーマンスの追跡。
- タスク完了時間および正解選択反応に関する定量的データ。
- 迷路の組み立ておよび実験遂行における高い再現性の実証。
結論
- 再構成可能な迷路は、行動研究のための多用途なツールです。
- これにより、げっ歯類におけるナビゲーションと行動表現型の研究が容易になります。
- この手法は、実験結果の信頼性を向上させます。
よくある質問
業界における実用的意義
行動表現型解析における再現性と拡張性は、神経薬理学における堅牢なターゲットバリデーションおよびトランスレーショナルリサーチにとって極めて重要です。再構成可能な迷路システムにより、げっ歯類における標準化され再現性のある空間ナビゲーションアッセイが可能となり、予測の信頼性と研究間の比較可能性が向上します。本プラットフォームは、単一の実験環境内で効率的なハイスループット行動スクリーニングを可能にすることで、初期創薬における重要な転換点に対応します。
バイオ製薬R&Dにおける戦略的活用
初期発見およびターゲット検証
- 疾患に関連するげっ歯類モデルにおける空間ナビゲーションおよび認知機能の体系的な解析を可能にします。
- 機能的ターゲットのバリデーションに向けた複数の迷路パラダイムの迅速な再現を可能にし、生物学的リスクの低減をサポートします。
- トランスジェニック株およびノックアウト株における再現性のある行動データを生成し、ポートフォリオの選別を促進します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 下流の化合物スクリーニングおよび表現型アッセイに向けた、検証済みの行動解析システムを構築します。
- モジュール式で再構成可能な迷路の形状により、アッセイ条件と出力を標準化します。
- 信頼性の高い化合物評価を可能にする、スケーラブルで再現性のある定量的な行動リードアウトを実現します。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 齧歯類による行動出力を、認知障害および神経精神疾患に関連するトランスレーショナルなエンドポイントと整合させます。
- 一貫した行動指標をサポートすることで、初期の発見から前臨床試験での検証までの一貫性を提供します。
- ナビゲーションおよび学習表現型の精密で再現可能な評価を可能にすることで、メカニズムの曖昧さを低減します。
パイプラインおよびワークフローの統合
この再構成可能な迷路システムは、行動神経科学における迅速な仮説検証、アッセイの標準化、および研究間の再現性を可能にすることで、基礎研究から前臨床試験への一連の流れ（discovery-to-preclinical continuum）に統合されます。
- 探索生物学：遺伝子組み換えげっ歯類におけるナビゲーションおよび記憶経路の仮説検証をサポートします。
- スクリーニング：ハイスループットスクリーニングや比較研究に適した、再現性のある定量的な行動出力を提供します。
- 分析：行動エンドポイントの堅牢な統計分析のための、軌跡追跡およびパフォーマンス指標を提供します。
- トランスレーショナルリサーチ：げっ歯類の行動データと疾患に関連するアウトカムを整合させることで、初期探索から前臨床検証への橋渡しを行います。
- エンタープライズ再利用：進化する研究ニーズや多様な実験デザインに適応可能な、モジュール式で再利用可能なプラットフォームを提供します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：標準化され再現性のある行動アッセイを通じて、予測の信頼性を高め、生物学的リスクを軽減します。
- 運用的価値：実験セットアップを効率化し、リソース要件を削減し、スループットを向上させます。
- 戦略的価値：信頼性が高く、相互比較可能なデータを提供することで、Go/No-Go判断および資本配分を改善します。
- ポートフォリオへの影響：堅牢な行動表現型解析に基づいた、リスク調整後のターゲットおよびモデルの優先順位付けを可能にします。
実施上の考慮事項
- げっ歯類の行動神経科学およびアッセイ設計に関する専門知識が必要です。
- デジタルビデオキャプチャおよびポーズ推定分析のための装置が必要です。
- 迷路の組み立ておよびデータ収集プロトコルのチーム間標準化が求められます。
- モジュール式コンポーネントにより、複数のげっ歯類モデルや行動パラダイムに適用可能です。
- 最適な再現性とデータの完全性を確保するためには、正確な配置と組み立てが必要です。
バイオファーマに関するよくあるご質問（FAQ）
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:06
Evaluation of Spacial Navigation of Rodents in the Reconfigurable Maze
1:47
Behavioral Experiment, Performance, and Data Analysis
2:48
Results: Maze Shapes in a Single Environment, Maze Expansion and Trajectories of a Rat, and the Performance of Maze Experiments
4:08
Conclusion
