Het nabootsen van een ruimtemissie naar Mars met behulp van stuk lossen en gedeeltelijke gewicht dragen bij ratten
4 april 2019
Met behulp van een innovatieve grond analoge model, zijn we in staat om te simuleren een ruimtemissie met inbegrip van een reis naar (0 g) en een verblijf op Mars (0.38-g) bij ratten. Dit model zorgt voor een longitudinale beoordeling van de fysiologische veranderingen die zich voordoen tijdens de twee hypo-gravitationele fasen van de missie.
Ons protocol biedt een belangrijk voordeel door de mogelijkheid te creëren om dieren bloot te stellen aan opeenvolgende losniveaus. In het verleden hebben modellen op de grond gebruik gemaakt van het losen achter de grond of gedeeltelijk gewichtsdragend afzonderlijk. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is het gebruik van een enkel apparaat en omgeving om tal van mogelijkheden te bieden, zoals het nabootsen van een reis naar, en kort verblijf op Mars.
Dit model zal helpen begrijpen van de fysiologische toestand bij de landing op Mars en de fysiologische uitdagingen voor astronauten blootgesteld aan verschillende ontlaadniveaus tijdens hun missie. Dit model kan onderzoekers helpen bij het verkennen van een breed scala aan fysiologische veranderingen, waaronder maar niet beperkt tot gedrag, geheugen, prestaties of stress. Het aantonen van de procedure zal Daniela Riveros, een Research Fellow in ons laboratorium.
Om het lossen achter de klim uit te voeren, plaatst u de volledig verdoofde rat op de bank met verdovingsgas afkomstig van een neuskegel met 2%isoflurane en een zuurstofstroom van 1,5 liter per minuut. Plaats de rat in een gevoelige positie en zet het bekken harnas op in een rostrocaudal beweging. Buig het bekkenharnas voorzichtig om een goede pasvorm te bieden terwijl je voorzichtig bent om de achterste ledematen niet te knijpen om schaafwonden en ongemak te voorkomen.
Bevestig de roestvrijstalen ketting met de draaibare sluiting aan de bovenkant van het bekkenharnas, waar aan de voet van de staart een haak is bevestigd. Haal de rat uit de narcose en plaats het dier in een aangepaste kooi met de ketting maximaal verlengd. Zodra de rat volledig wakker en mobiel is, verkort u de ketting met behulp van de bovenste draaibare sluiting totdat de achterste ledematen de vloer niet meer kunnen bereiken.
Zet de achterpootlossingsingensie tot een gedeeltelijk gewichtsdragende ophanging door toevoeging van het driehoekvormige deel, bestaande uit roestvrijstalen kettingen en een achterstang. Plaats een tether jas van de juiste grootte op de voorpoten van de rat, en sluit het met behulp van de rug beha extender. Bevestig een sluiting van de driehoekvormige deel van de haak gelegen op de rug beha extender, en de tegenovergestelde sluiting op de haak gelegen op het bekken harnas aan de basis van de staart.
Plaats de rat op de schaal om het geladen lichaamsgewicht inclusief het gewicht van het hele apparaat op te nemen zonder de ketting te verkorten. Verkort de ketting tot de weegschaal 40% van het geladen lichaamsgewicht weergeeft en noteren het bereikte zwaartekrachtniveau. Verwijder met de stang het hele apparaat van de weegschaal en plaats de rat terug in zijn kooi.
Om de achterste greepkracht te beoordelen, houdt u de rat met de traditionele terughoudendheid vast door één hand onder de voorpoten te plaatsen. Houd de staart voorzichtig vast met de tweede hand. Benader de gripbalk met de achterste poten en zorg ervoor dat beide poten volledig op de bar rusten.
Ten slotte, trek voorzichtig de rat recht naar achteren totdat hij zijn greep loslaat. Herhaal dit drie keer en noteer de maximale kracht die op de transducer wordt weergegeven. Bereken het gemiddelde van de drie metingen om rekening te houden met vermoeidheid.
Een week van HLU gevolgd door een week van PWB40 resulteerde in een aanzienlijk gewichtsverlies vergelijkbaar met wat werd waargenomen bij ratten blootgesteld op alleen PWB40 voor dezelfde duur. Echter, deze ratten bleven afvallen na verloop van tijd, terwijl vervolgens wordt blootgesteld aan PWB40. Een week van totale lossen leidde tot een daling van de achterpoot grip kracht in vergelijking met leeftijd-matched controles.
Echter, na een volgende week van PWB40, geen verdere verandering met betrekking tot grip kracht werd waargenomen. Bovendien vertoonden ratten die totale lossing ondergingen, gevolgd door gedeeltelijk gewichtsdragend, een aanzienlijk groter verlies van gripkracht in vergelijking met de PWB40-groep. PWB40 in HLU-PWB40 groepen had aanzienlijk lagere natte massa van soleus, gastrocnemius, en tibialis voorste spieren dan leeftijd-matched controles.
Er werd echter geen significant verschil waargenomen tussen de natte massa van de PWB40- en HLU-PWB40-groepen. Het succes van deze methode is afhankelijk van de nauwkeurigheid van het gedeeltelijke gewichtsdragende niveau. Frequente controle is cruciaal om het welzijn en het dagelijks lossen van dieren te beoordelen.
Deze methode is niet-invasief en voorkomt daarom niet dat er extra testprocedures worden gebruikt voor alle systemen. Longitudinale maatregelen zijn ook eenvoudig te implementeren als de laadtijd gecontroleerd blijft. Deze methode is volledig ontwikkeld in het laboratorium en het gebruik van aangepaste apparatuur kan een uitdaging zijn voor nieuwe teams.
Deze techniek opent de weg voor uitgebreide studies waarin gedeeltelijke gewichtsdragende rol speelt. Dit kan klinische situaties omvatten, zoals het gebruik van hulpmiddelen, bijvoorbeeld krukken, stokken of afgietsels, evenals aquatherapie.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie introduceert een nieuw grondgebonden analoog model dat een ruimtemissie simuleert, inclusief een reis naar nul重力 en een verblijf op Mars. Het model maakt een uitgebreide beoordeling mogelijk van fysiologische veranderingen bij ratten tijdens deze hypogravitatiecondities.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Fysiologie
- Lucht- en ruimtevaartgeneeskunde
Achtergrond
- Eerdere modellen richtten zich op ofwel het ontlasten van de achterpoten of op gedeeltelijke gewichtsdraagbaarheid.
- Deze studie beoogt de omstandigheden van een Marsmissie na te bootsen.
- Het begrijpen van fysiologische reacties is essentieel voor de gezondheid van astronauten.
- Op de grond gebaseerde modellen bieden een gecontroleerde omgeving voor onderzoek.
Doel van de studie
- Om de fysiologische toestand van ratten tijdens gesimuleerde ruimtecondities te beoordelen.
- Om de effecten van variërende ontlastingsniveaus op het gedrag en de prestaties te onderzoeken.
- Om inzicht te verschaffen in de uitdagingen waar astronauten op Mars mee te maken kunnen krijgen.
Gebruikte methoden
- Innovatief grondgebonden analoog model voor het simuleren van ruimtemissies.
- Longitudinale beoordeling van fysiologische veranderingen bij ratten.
- Eén enkel apparaat voor meerdere ontlastingsniveaus.
- Gedrags- en prestatie-evaluaties tijdens de studie.
Belangrijkste resultaten
- De haalbaarheid van het simuleren van een Marsmissie in een laboratoriumomgeving is aangetoond.
- Fysiologische veranderingen geassocieerd met verschillende zwaartekrachtniveaus zijn geïdentificeerd.
- Er is een raamwerk geboden voor toekomstig onderzoek naar de gezondheid van astronauten.
- Het belang van het begrijpen van stress en prestaties onder condities van ontlasting is benadrukt.
Conclusies
- Het model biedt een unieke mogelijkheid om de effecten van hypogravitatie te bestuderen.
- Bevindingen kunnen bijdragen aan strategieën om risico's voor astronauten te beperken.
- Verder onderzoek is nodig om het volledige scala aan fysiologische veranderingen te verkennen.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor directie
Dit op de grond gebaseerde model maakt sequentiële blootstelling aan hypogravitatieomstandigheden mogelijk, wat de preklinische evaluatie ondersteunt van musculoskeletale adaptaties die relevant zijn voor de gezondheid van astronauten tijdens Marsmissies. Door gravitatieovergangen tijdens de verschillende missiefasen te simuleren, biedt het een gecontroleerd systeem voor het verminderen van risico's bij de ontwikkeling van tegenmaatregelen. De aanpak biedt translationele waarde voor het beoordelen van de fysiologische veerkracht onder scenario's met gecombineerde ontlasting en gedeeltelijke gewichtsdraagbaarheid.
Strategische Toepassingen in Biopharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen met betrekking tot spieratrofie bij progressieve zwaartekrachtreductie mogelijk.
- Operationele waarde: Ondersteunt functionele targetvalidatie door de respons van spieren in de achterpoten op een combinatie van ontlasting en gewichtsonlasting te modelleren.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor om de effecten van verbindingen op de grijpkracht van spieren en de natte massa te beoordelen.
- Operationele waarde: Standaardiseert fysiologische metingen, zoals de natte massa van de mus soleus, mus gastrocnemius en mus tibialis anterior, voor reproduceerbare screening.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Biedt ziekterelevante systeeminzichten in musculoskeletale beperkingen tijdens zwaartekrachtovergangen.
- Operationele waarde: Faciliteert preklinische continuïteit van ontdekking tot validatie van tegenmaatregelen voor de gezondheid van astronauten.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode is geïntegreerd in de discovery biology door hypothese-toetsing mogelijk te maken op musculoskeletale pathways onder sequentiële blootstelling aan hypo-gravitatie, wat bijdraagt aan de identificatie van lead-candidates voor tegenmaatregelen.
- Discovery Biology: Ondersteunt de verduidelijking van pathways en het biologisch risico-onderzoek naar targets die betrokken zijn bij spieratrofie.
- Screening: Levert kwantitatieve resultaten zoals grijpkracht en natte spiermassa voor een betrouwbare evaluatie van verbindingen.
- Analytics: Maakt statistische vergelijking van fysiologische veranderingen bij verschillende ontlastingsniveaus mogelijk om go/no-go-beslissingen te onderbouwen.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt met preklinische validatie door het modelleren van gravitatieblootstellingssequenties die relevant zijn voor Mars.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbaar platform voor het bestuderen van effecten van gravitatieveranderingen in meerdere fysiologische systemen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen bij targetvalidatie door mechanische ambiguïteit in spieratrofie-paden te verminderen.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid en schaalbaarheid door gestandaardiseerde apparatuur en belastingsprotocollen.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door vroege fysiologische readouts te bieden onder missierelevante condities.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van tegenmaatregelen mogelijk op basis van sequentiële gegevens over de respons op ontlasting.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in de omgang met knaagdieren, het plaatsen van chirurgische harnassen en de kalibratie van het gravitatieniveau.
- Is afhankelijk van op maat gemaakte apparatuur, waaronder een bekkenharnas, roestvrijstalen kettingen en driehoekige componenten voor gedeeltelijke gewichtsdraagkracht.
- Maakt standaardisatie tussen teams noodzakelijk voor het consistent bereiken en monitoren van het niveau van gedeeltelijke gewichtsdraagkracht.
- Omvat overwegingen voor aanpassingen bij het vertalen van protocollen naar verschillende knaagdierstammen of leeftijden.
- Wordt beperkt door de noodzaak van dagelijkse welzijnscontroles en nauwkeurige controle van de beladingstijd om de validiteit van het model te behouden.
