Ocena autonomicznych i behawioralnych skutków ruchu biernego u szczurów za pomocą pionowego ruchu windy i obrotu diabelskiego młyna
February 7th, 2020
Przedstawiono protokoły oceny autonomicznych i behawioralnych efektów pasywnego ruchu u gryzoni za pomocą pionowego ruchu windy i obrotu diabelskiego młyna.
Protokoły te są ważne dla ustalenia integralności i normalnego funkcjonowania układu autonomicznego, oceny funkcjonalności autonomicznego układu nerwowego i ujawnienia zaburzeń układu przedsionkowego. Deficyt funkcji przedsionkowej lub koordynacji ruchowej może sygnalizować uszkodzenie układu autonomicznego. Techniki te mogą ujawnić integralność funkcjonowania autonomicznego.
Techniki behawioralne mogą być podatne na zmienność wprowadzaną przez eksperymentatora. Zalecamy, aby ten sam badacz przeprowadzał techniki przez cały eksperyment i traktował każdego gryzonia identycznie. Aby przeprowadzić analizę ruchu pionowego windy, umieść do czterech dwumiesięcznych szczurów o wadze od 200 do 250 gramów w pudełku z pleksiglasu o wymiarach 22,5 na 26 na 20 centymetrów i bezpiecznie ułóż pudełko.
Umieść skrzynkę na podkładce windy urządzenia do ruchu pionowego windy i włącz urządzenie na najniższym ustawieniu w celu aklimatyzacji. Następnie ustaw amplitudę na 22 centymetry w górę i 22 centymetry w dół od neutralnego i uruchom urządzenie z początkowym okresem cyklu na 2 500 milisekund przez pięć minut, 2 000 milisekund przez pięć minut i 1 500 milisekund przez pięć minut. Następnie ustaw urządzenie na 1 000 milisekund na dwie godziny, a następnie zwolnij urządzenie w odwrotnej kolejności, używając okresów 1 500 milisekund przez pięć minut, 2 000 milisekund przez pięć minut i 2 500 milisekund przez pięć minut.
W przypadku procedury obracania diabelskiego młyna umieść pojemnik z pleksiglasu na drewnianej ławce i umieść szczury w pojemniku tak, aby długa oś ich ciał była prostopadła do poziomego pręta obrotowego diabelskiego młyna. Po bezpiecznym zamknięciu pudełka umieścić drugi zestaw szczurów o podobnej masie w drugim pojemniku z pleksiglasu tak, aby długa oś ciała była prostopadła do poziomego pręta obrotowego na drugim ramieniu urządzenia do obracania diabelskiego młyna. Po bezpiecznym zamknięciu pudełka rozpocznij obrót diabelskiego młyna w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara o 16 stopni na sekundę do kwadratu, aby osiągnąć prędkość kątową 120 stopni na sekundę.
Kiedy diabelski młyn osiągnie prędkość szczytową, zacznij zwalniać z prędkością 48 stopni na sekundę do kwadratu, aby osiągnąć zero stopni na sekundę. Po jednosekundowej przerwie niech pojemnik będzie nadal obracał się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara z prędkością 16 stopni na sekundę do kwadratu, aby osiągnąć prędkość kątową 120 stopni na sekundę, a następnie zwolni o 48 stopni sekundy do kwadratu, aby osiągnąć zero stopni na sekundę. Następnie kontynuuj obrót zgodnie z ruchem wskazówek zegara i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara przez dwie godziny na sesję przez około 720 obrotów.
Do treningu na równoważni najpierw umieść dwa drewniane stołki o wysokości 0,75 metra na polu doświadczalnym w odległości około 110 centymetrów od siebie. Umieść plastikowe czarne pudełko o wymiarach 15 na 15 na osiem centymetrów na narzędziu do wykańczania i umieść wąską drewnianą belkę o wymiarach 2.5 na 130 centymetrów między dwoma stołkami, pozostawiając 100-centymetrową odległość między krawędziami stołka od stołka początkowego do stołka końcowego. Umieść lampę na stołku startowym i włącz lampę.
Następnie wyłącz światło w pomieszczeniu, aby w pomieszczeniu było jak najciemno i wprowadź pierwszego szczura do wiązki w oświetlonym kącie. Jeśli szczur nie przejdzie z własnej woli, delikatnie skłaniaj zwierzę do przejścia przez belkę. Po trzech kolejnych dniach treningu połóż wytrenowanego szczura na stołku startowym w pobliżu światła i natychmiast uruchom stoper.
Szczur powinien szybko przekroczyć równoważnię i wejść do czarnej skrzynki na stołku końcowym. Zatrzymaj stoper, gdy tylko nos zwierzęcia znajdzie się w ciemnym pudełku na stołku końcowym. W celu zliczenia defekacji po zabiegu ruchowym przenieś szczury z pojemnika z pleksiglasu do indywidualnych skrzynek polowych o wymiarach 40 na 40 na 45 centymetrów i policz liczbę granulek kału w pudełku z pleksiglasu przypisaną każdemu gryzoniowi.
W przypadku testu zachowania w terenie otwartym użyj kamery wideo na podczerwień, aby nagrywać zwierzęta przez trzy minuty i wykorzystaj uzyskany materiał wideo, aby określić całkowitą odległość przebytą przez każde zwierzę. Tutaj pokazane są reprezentatywne wyniki równoważni dotyczące czasu potrzebnego na pokonanie równoważni po trzech kolejnych dniach treningu. Pionowy ruch windy, zmiany w pionowym ruchu Hertza i obrót diabelskiego młyna znacznie zwiększyły defekację.
Ponadto pionowy ruch windy, zmiany w ruchu pionowym Hertza i obrót diabelskiego młyna znacznie zmniejszyły przebytą odległość na otwartym polu. Trening na równoważni ma kluczowe znaczenie, ponieważ szczury muszą być zmotywowane i pewne siebie podczas przekraczania belki. W przeciwnym razie ich saldo nie będzie mierzone w okresie oceny.
Postępując zgodnie z procedurami behawioralnymi, można ocenić wpływ różnych leków będących przedmiotem zainteresowania na funkcjonowanie autonomiczne i sygnalizację komórkową za pomocą tych testów stymulacji przedsionkowej.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Ten artykuł przedstawia protokoły do oceny efektów autonomicznych i behawioralnych biernego ruchu u gryzoni. Techniki takie jak pionowy ruch windy i rotacja na kółku widokowym są wykorzystywane do oceny integralności układu nerwowego autonomicznego.
Kluczowe komponenty badania
Obszar nauki
- Neuronauki
- Analiza zachowań
- Układ nerwowy autonomiczny
Tło
- Protokoły są niezbędne do oceny funkcjonalności układu nerwowego autonomicznego.
- Zaburzenia układu przedsionkowego mogą być wskazane przez deficyty koordynacji ruchowej.
- Techniki behawioralne mogą być wpłynięte przez zmienność eksperymentatora.
- Konsekwencja w obsłudze gryzoni jest kluczowa dla wiarygodnych wyników.
Cel badania
- Ustanowić integralność układu autonomicznego.
- Ocenić funkcjonalność układu nerwowego autonomicznego.
- Identyfikować potencjalne zaburzenia układu przedsionkowego.
Zastosowanie metod
- Analiza pionowego ruchu windy z gryzoniami.
- Protokoły rotacji na kółku widokowym.
- Wykorzystanie kontrolowanego środowiska do testowania.
- Standardyzacja obsługi podmiotów w trakcie eksperymentu.
Główne wyniki
- Protokoły skutecznie ujawniają integralność funkcjonowania autonomicznego.
- Konsekwentna obsługa zmniejsza zmienność w ocenach behawioralnych.
- Identyfikowane techniki mogą sygnalizować uszkodzenie układu autonomicznego.
- Wyniki behawioralne korelują ze zdrowiem układu przedsionkowego.
Wnioski
- Protokoły są wiarygodne do oceny efektów autonomicznych i behawioralnych.
- Konsekwencja badacza jest kluczowa dla integralności eksperymentu.
- Techniki mogą pomóc w diagnozowaniu zaburzeń przedsionkowych i autonomicznych.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Assessing autonomic and behavioral responses to passive motion provides a translational model for evaluating vestibular and autonomic nervous system integrity in preclinical research. These assays enable mechanistic de-risking of compounds targeting motion sickness, anxiety, or neurodegenerative disorders by quantifying autonomic output through defecation, open-field activity, and motor coordination. The standardized, reproducible nature of the elevator vertical motion and Ferris-wheel rotation protocols supports early-stage target validation and phenotypic screening in drug discovery pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates autonomic nervous system function to validate therapeutic hypotheses related to vestibular and stress-response pathways.
- Operational Value: Provides quantitative behavioral readouts (defecation count, open-field distance, balance beam latency) for objective target engagement assessment.
- Predictive Value: Enables biological de-risking by correlating vestibular stimulation with autonomic output, supporting go/no-go decisions in early discovery.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Defecation counting and open-field tracking deliver scalable, quantifiable endpoints suitable for high-throughput screening adaptation.
- Reproducibility: Standardized rodent handling and motion parameters reduce inter-experimenter variability, enhancing assay reliability across sites.
- Platform Utility: The plexiglass container-based design allows reuse across multiple motion paradigms (vertical, rotational) for efficient resource allocation.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models autonomic dysregulation in conditions like motion sickness and anxiety disorders, enabling phenotype-based compound screening.
- Translational Continuity: Links vestibular stimulation to autonomic output, supporting biomarker-aligned preclinical validation.
- Risk-Adjusted Advancement: Identifies compounds that normalize autonomic responses to motion stress, de-risking progression to later-stage studies.
Pipeline & Workflow Integration
The assay fits within the discovery continuum from target hypothesis testing through lead optimization, particularly for CNS-active compounds where autonomic side effects are a concern.
- Discovery Biology: Tests mechanistic links between vestibular stimulation and autonomic output, clarifying pathway involvement in stress and anxiety models.
- Screening: Generates quantitative, reproducible behavioral data (defecation, locomotion, motor coordination) for compound effect comparison.
- Analytics: Enables statistical comparison of autonomic responses across doses and treatment groups using count- and distance-based metrics.
- Translational Research: Supports continuity to preclinical models of vestibular disorders by validating autonomic readouts as functional indicators.
- Enterprise Reuse: Standardized motion devices and behavioral assays can be deployed across multiple projects studying CNS modulators or anti-emetic agents.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in autonomic pathway modulation by providing direct functional readouts.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized motion profiles, rodent handling, and environmental controls.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision confidence by identifying off-target autonomic effects early in discovery.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds with favorable autonomic profiles, reducing late-stage attrition.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent behavior, vestibular physiology, and autonomic assay interpretation.
- Depends on calibrated elevator vertical motion and Ferris-wheel rotation devices with precise amplitude and cycle control.
- Necessitates standardized training for balance beam and open-field testing to minimize variability.
- Adaptation to other rodent strains or ages may require validation of motion sensitivity and baseline autonomic tone.
- Limited to models with intact vestibular function; confounds possible in animals with motor impairments unrelated to autonomic tone.
Biopharma FAQs
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
