Een metrische test voor het beoordelen van ruimtelijk werkgeheugen bij volwassen ratten na traumatisch hersenletsel
7 mei 2021
Traumatisch hersenletsel (TBI) wordt vaak geassocieerd met geheugenstoornissen. Hier presenteren we een protocol om het ruimtelijk werkgeheugen na TBI te beoordelen via een metrische taak. Een metrische test is een nuttig hulpmiddel om ruimtelijke werkgeheugenstoornissen na TBI te bestuderen.
Traumatisch hersenletsel wordt vaak geassocieerd met geheugenstoornissen. Hier presenteren we een protocol om het ruimtelijke werkgeheugen na traumatisch hersenletsel te beoordelen, via een metrische taak. De belangrijkste voordelen van metrische taken zijn de mogelijkheid van dynamische observatie, goedkope reproduceerbaarheid, relatief eenvoudig te implementeren en een omgeving met weinig stress.
Om de neurologische ernstscore na parasagittale vloeistofpercussieletsel te evalueren, plaatst u de volwassen Sprague Dawley-rat drie keer in het midden van een cirkel met een diameter van 50 centimeter en controleert u het vermogen om de cirkel te verlaten. Om te testen op een verlies van rechtreflex, plaatst u het dier op zijn rug in de palm van de hand en geeft u een score van één als de rat in staat is zichzelf recht te zetten. Om te testen op hemiplegie, evalueert u het onvermogen van de rat om geforceerde positionering te weerstaan.
Om de reflexieve buiging van de achterpoot te testen, tilt u het dier bij zijn staart op. Om het vermogen om rechtdoor te lopen te testen, plaatst u de rat op de grond. Om de pinna-reflex te testen, voert u lichte, tactiele stimulatie uit om de terugtrekking van het oor te observeren.
Om de hoornvliesreflex te testen, breng je lichtjes een zachte stok aan op het oog en meet je de knipperreactie. Om de schrikreflex te testen, sleept u een pen over de bovenkant van de draadkooi en registreert u de reactie van het dier. Om het verlies van zoekgedrag in prostratie te beoordelen, plaatst u de rat in een nieuwe omgeving en observeert u of de rat zijn snorharen beweegt, snuift of rent.
Test vervolgens de ledemaatreflexen voor plaatsing op de linker- en rechtervoorpoten gevolgd door de linker- en rechterachterpoot. Om de balans te testen, voert u een bundelbalanceringstaak uit door de rat op een 1,5 centimeter brede balk te plaatsen, voor één sessie van 20, 40 en meer dan de tweede sessie. Voer vervolgens een straalwandeltest uit met behulp van drie balken van verschillende breedtes.
Voordat u de metrische taak uitvoert, plaatst u een 200 centimeter dik, een centimeter dik, zwart cirkelvormig platform op een 80 centimeter hoge tafel en plaatst u twee objecten in het midden van het platform, 68 centimeter uit elkaar. Installeer een camera met de vereiste computersoftware voor het vastleggen, opslaan en verwerken van gegevens, op een hoogte van 290 centimeter van de vloer. Plaats de rat een dag voor de analyse 10 minuten op het platform om het dier te laten wennen aan de nieuwe omgeving.
Plaats de rat op de dag van de taak op het uiteinde van het platform, op gelijke afstand van de objecten gedurende een gewenningsperiode van 15 minuten en begin met opnemen. Breng aan het einde van de experimentele gewenningsperiode de rat gedurende vijf minuten over naar een individuele kooi en reinig het platform met vijf tot tien procent alcohol. Verklein de afstand tussen de objecten tot 34 centimeter en plaats de rat vervolgens vijf minuten op het platform terwijl hij zijn verkenningsactiviteit registreert.
Maak het platform opnieuw schoon, voordat u verder gaat met het volgende dier. Voordat u de videobestanden analyseert, plaatst u de softwarehardwaresleutel, start u de software voor het bijhouden van video's en opent u de vooraf ingestelde sjabloon. Na het verifiëren, dupliceren en hernoemen van de arena trial control en detectie-instellingen in het hoofdbeeld, klikt u met de rechtermuisknop om de achtergrond te selecteren.
Selecteer in het bladermenu de locatie van het videobestand dat als achtergrondafbeelding moet worden gebruikt. Leg de afbeelding vast en markeer de onderzochte gebieden en zones om de afbeelding te kalibreren voor analyse. Voer dezelfde instellingen uit voor de instellingen voor proefbeheer en detectie.
Na het downloaden van de lijst met videobestanden voor analyse uit de proeflijst, voegt u de video's toe en geeft u de locatie met de vereiste instellingen aan. Selecteer vervolgens acquisitie en start de proefversie en exporteer alle gegevens naar een spreadsheet. De controlegroep vertoont geen neurologische tekorten, 48 uur na de schijnblessure.
Na TBI zijn neurologische tekorten significant groter bij zowel mannelijke als vrouwelijke gewonde dieren. Tijdens de metrische taak is de objectverkenningstijd aanzienlijk korter voor de mannelijke TBI-ratten dan voor de mannelijke schijnratten. Hetzelfde patroon wordt waargenomen voor de vrouwelijke TBI en vrouwelijke sham geopereerde ratten.
Na de metrische taak kunnen we andere methoden voor geheugenbeoordeling uitvoeren, zoals het Barnes-doolhof en topologische en waterdoolhoftaken. De metrische taak maakt ook verder onderzoek mogelijk naar geheugenstoornissen in vergelijkbare modellen van neurologische schade, zoals modellen van diffuus axonaal hersenletsel en beroerte.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteerde een gedetailleerd protocol voor het beoordelen van verstoringen in het ruimtelijk werkgeheugen (SWM) bij volwassen ratten na traumatisch hersenletsel (TBI) met behulp van een metrieke taak. Het protocol omvat neurologische ernstscores, gedragstesten van reflexen en een specifieke taak voor het geheugen van objectplaatsing, waardoor een reproduceerbare methode met lage stress wordt geboden voor het evalueren van geheugendeficiënties na TBI.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Behaviorale neurowetenschappen
- Onderzoek naar traumatisch hersenletsel
Achtergrond
- TBI leidt vaak tot beperkingen in het sensorische geheugen, het kortetermijngeheugen en het langetermijngeheugen.
- Diermodellen, in het bijzonder knaagdieren, worden veelvuldig gebruikt om TBI te bestuderen vanwege ethische en praktische overwegingen.
- Metrische taken beoordelen het ruimtelijke werkgeheugen door het terugroepen van de positie van objecten op verschillende afstanden en hoeken te testen.
- Deze taken worden gewaardeerd om hun mogelijkheden voor dynamische observatie, hun reproduceerbaarheid en de minimale stress voor de dieren.
Doel van de studie
- Om een gestandaardiseerd protocol te bieden voor het meten van SWM-beperkingen bij ratten na TBI.
- Om de voordelen van de metrische taak in TBI-onderzoek aan te tonen.
- Om een effectieve evaluatie van de fysiologie en pathofysiologie van de hersenfunctie na letsel mogelijk te maken.
Gebruikte methoden
- Inductie van parasagittaal vloeistofpercussietrauma bij volwassen Sprague Dawley-ratten.
- Neurologische ernstscore, inclusief tests voor de richtreflex, hemiplegie, ledemaatreflexen, balans en gedragsresponsen.
- Implementatie van een metrische taak waarbij objecten op een circulair platform worden geplaatst, inclusief habituatie en registratie van exploratie.
- Videotracking en analyse van exploratiegedrag met behulp van gespecialiseerde software.
Belangrijkste resultaten
- Controle-ratten (schijngeperforeerd) vertoonden geen neurologische defecten 48 uur na het letsel.
- Zowel mannelijke als vrouwelijke TBI-ratten vertoonden significante neurologische defecten in vergelijking met de controlegroep.
- De tijd voor objectexploratie tijdens de metrische taak was significant verminderd bij TBI-ratten vergeleken met schijngeperforeerde ratten voor beide geslachten.
- De metrische taak detecteerde effectief een SWM-stoornis na TBI.
Conclusies
- De metrische taak is een haalbare, reproduceerbare en stressarme methode om tekorten in het ruimtelijk werkgeheugen (SWM) na TBI bij ratten te beoordelen.
- Dit protocol maakt dynamische observatie en kwantitatieve analyse van geheugenstoornissen mogelijk.
- De aanpak kan worden uitgebreid naar andere modellen van neurologische schade, zoals diffuse axonale beschadiging en beroertes.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
Kwantitatieve beoordeling van het ruimtelijk werkgeheugen (SWM) in knaagdiermodellen na traumatisch hersenletsel (TBI) is cruciaal voor het verminderen van risico's bij vroege therapeutische programma's voor het centraal zenuwstelsel. Het metrische testprotocol maakt een reproduceerbare evaluatie van geheugenstoornissen met lage stress mogelijk, wat bijdraagt aan de voorspellende betrouwbaarheid bij targetvalidatie en translationele continuïteit. Deze benadering versterkt besluitvorming over de portfolio door gestandaardiseerde, schaalbare eindpunten te bieden voor preklinische neurobehaviorale studies.
Strategische toepassingen in BioPharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt een rigoureuze toetsing van therapeutische hypothesen met betrekking tot het geheugen in TBI-modellen mogelijk.
- Ondersteunt biologische risicoreductie door functionele tekorten na het letsel te kwantificeren.
- Faciliteert targetvalidatie via objectieve, reproduceerbare gedragseindpunten.
Screening & Assayontwikkeling
- Bereidt gevalideerde knaagdiermodellen voor voor downstream workflows voor verbindingenscreening.
- Standaardiseert de resultaten van gedragsassays voor vergelijkbaarheid en reproduceerbaarheid tussen verschillende studies.
- Genereert kwantitatieve gegevens die geschikt zijn voor screening met een hoge betrouwbaarheid en hergebruik van het platform.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt preklinische eindpunten af met ziekterelateerde geheugenstoornissen waargenomen bij TBI.
- Maakt continuïteit mogelijk van discovery tot preklinische validatie door ondersteuning van biomarkerontwikkeling.
- Levert risico-gecorrigeerde gegevens voor beslissingen over verdere ontwikkeling binnen CNS-portfolio's.
Integratie van Pipeline & Workflow
Dit protocol voor de metrische test is geïntegreerd in het continuüm van discovery tot prekliniek voor de ontwikkeling van geneesmiddelen voor het centraal zenuwstelsel, waarbij de brug wordt geslagen tussen vroege targetvalidatie en translationeel onderzoek.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothese-testen en mechanische risicoreductie in TBI-modellen.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve gedragsoutputs voor de evaluatie van verbindingen.
- Analytics: Biedt gestandaardiseerde metingen en statistische outputs voor de vergelijking van condities.
- Translationeel onderzoek: Verbindt preklinische bevindingen met ziekterelevante functionele uitkomsten.
- Enterprise Reuse: Biedt een schaalbaar, herbruikbaar protocol voor diverse neurologische letselmodellen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit bij de validatie van CNS-doelwitten.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van gedragsassays.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen en kapitaalefficiëntie door middel van robuuste preklinische eindpunten.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering en verdere ontwikkeling van CNS-therapeutische kandidaten mogelijk.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in de gedragsneurowetenschap bij knaagdieren en het induceren van TBI-modellen.
- Vereist instrumentatie voor videotracking en een analytische software-infrastructuur.
- Vereist standaardisatie van gedragsscoring en data-analyse tussen teams.
- Aanpasbaar aan diverse neurologische letselmodellen door middel van protocolwijzigingen.
- Praktische beperkingen omvatten variabiliteit in het hanteren van dieren en omgevingscontrole.
