Analiza zdolności uczenia się i zapamiętywania w mysim modelu choroby Alzheimera przy użyciu labiryntu wodnego Morrisa
29 października 2019
Tutaj opisany jest protokół do przeprowadzenia testów labiryntu wodnego Morrisa w celu oceny zdolności uczenia się i pamięci myszy modelowych z chorobą Alzheimera oraz oceny wpływu akupunktury manualnej na ich leczenie.
Eksperyment Morris Water Maze lub MWM stał się najczęściej stosowanym i klasycznym eksperymentem behawioralnym do oceny zdolności uczenia się przestrzennego i zapamiętywania zwierząt. Chociaż istnieje wiele artykułów na temat MWM, w praktyce badacze nadal czują się zdezorientowani. Dlatego ten intuicyjny i rygorystyczny film z procesu obsługi jest szczególnie ważny.
Wcześniej przeprowadziliśmy badanie oparte na MWM, które sugerowało, że akupunktura może złagodzić objawy myszy modelowych AD. W niniejszym artykule przedstawiamy protokół operacyjny MWM stosowany w naszych ostatnich badaniach, aby zapewnić badaczom prostą i widoczną metodę oceny uczenia się przestrzennego i pamięci zwierząt modelowych AD. MWM jest potężną techniką oceny funkcji poznawczych i jest szeroko stosowana w badaniach.
Nie ma jednak zdefiniowanych ani standardowych parametrów do wykonania zadania, takich jak rozmiar puli i platformy. Tak więc prawdziwa demonstracja metody ma kluczowe znaczenie. Zacznij od przygotowania się do testu Morris Water Maze lub MWM zgodnie ze wskazówkami rękopisu.
Urządzenie MWM oraz system akwizycji i przetwarzania sygnałów powinny znajdować się w pomieszczeniu doświadczalnym przeznaczonym do utrzymania izolacji akustycznej. Okrągły biały zbiornik otoczony nieprzezroczystą tkaniną powinien być umieszczony na środku urządzenia MWM. Kamera wideo powinna być przymocowana do sufitu urządzenia i podłączona do magnetowidu z automatycznym systemem śledzenia.
Podziel zbiornik labiryntu wodnego na cztery równe regiony za pomocą linii oznaczonych północą, południem, wschodem i zachodem, które koncepcyjnie podzielą obszar basenu na cztery ćwiartki. Następnie umieść unikalną wskazówkę wizualną na ścianie każdego kwadrantu w zasięgu wzroku myszy. Napełnij okrągły zbiornik wodą na głębokość 30 centymetrów i dodaj do wody 150 gramów mleka w proszku, aby był nieprzezroczysty.
Aby przeprowadzić próbę Visible Platform, umieść plastikową okrągłą platformę jeden centymetr nad powierzchnią wody w dowolnym kwadrancie losowo i umieść na niej czarną flagę. Delikatnie wpuść każdą mysz do wody z jednego z czterech miejsc startowych skierowanych w stronę ściany zbiornika. Aktywuj komputerowy program śledzący, gdy tylko mysz zostanie wypuszczona do wody i daj każdej myszy 60 sekund na dotarcie do platformy.
Pod koniec każdej próby umieść mysz na platformie i pozwól jej pozostać tam przez 10 do 30 sekund. Obserwuj trajektorie pływania myszy na komputerze. Zapisz czas, w którym mysz znalazła platformę, jako opóźnienie ucieczki i przeanalizuj prędkość pływania myszy.
Następnie osusz mysz ręcznikami i ogrzej ją grzejnikiem elektrycznym. Przesuń platformę i wykonaj cztery próby na mysz, uruchamiając mysz w innym kwadrancie. Pozwól myszy na regenerację przez 15 do 20 minut między każdą próbą.
Aby przeprowadzić próbę ukrytej platformy, umieść tę samą platformę bez flagi w południowo-wschodnim kwadrancie. Następnie umieść mysz losowo w jednym z czterech kwadrantów i daj jej 60 sekund na znalezienie ukrytej platformy. Jeśli mysz nie może znaleźć platformy w ciągu 60 sekund, poprowadź ją do platformy i pozwól jej pozostać tam przez 10 do 30 sekund.
Rejestruj opóźnienie ucieczki każdej próby. Osusz mysz ręcznikami i utrzymuj ją w cieple za pomocą grzejnika elektrycznego. Wykonaj cztery próby na mysz z 15 do 20 minutami między każdą próbą, uruchamiając mysz za każdym razem w innym kwadrancie.
Powtarzaj próby przez pięć kolejnych dni z platformą i wskazówkami wizualnymi w stałych pozycjach. Aby przeprowadzić próbę sondy, zdejmij platformę i umieść mysz w wodzie skierowanej w stronę ściany zbiornika w północno-zachodnim kwadrancie. Zapisz jego dystans pływania, prędkość i numer skrzyżowania platformy.
Po zakończeniu osusz mysz i utrzymuj ją w cieple. Aby przeprowadzić próbę odwróconą, umieść platformę w północno-zachodnim kwadrancie i powtórz próbę ukrytej platformy. Protokół ten został wykorzystany do zbadania wpływu akupunktury manualnej lub MA na uczenie się i pamięć myszy z chorobą Alzheimera.
W grupie z MA, leczenie rozpoczęło się 15 dni przed badaniem MWM i trwało przez 11 dni testów. Podczas testu Visible Platform w pierwszym dniu MWM nie zaobserwowano żadnych różnic statystycznych w opóźnieniu ucieczki czy prędkości pływania między grupami. Podczas badania Hidden Platform i Reversal opóźnienie ucieczki w grupie z chorobą Alzheimera lub AD pozostało wysokie, podczas gdy opóźnienie w pozostałych trzech grupach stopniowo się zmniejszało.
Co ważne, opóźnienie ucieczki w grupie MA było krótsze niż w grupie AD. Podczas badania Probe liczba myszy w grupie MA była niższa niż w grupie kontrolnej, ale znacznie wyższa niż w grupie AD. Co więcej, procent czasu, jaki myszy MA spędziły w kwadrancie, w którym wcześniej znajdowała się platforma, był podobny do grupy lekowej, która była mniejsza niż kontrolna, ale większa niż AD.It ważne jest, aby pamiętać, że jeśli mysz nie może znaleźć platformy w ciągu 60 sekund, badacz powinien skierować ją na platformę i pozwolić jej pozostać tam przez 10 do 30 sekund.
Nie ma konkretnych norm dotyczących wymiarów basenu i wielkości platformy. Parametry te muszą być zoptymalizowane we wstępnych doświadczeniach zgodnie z wymaganiami doświadczalnymi i kondycją zwierząt doświadczalnych. Większość badań należy przeprowadzić na podstawowych eksperymentach, takich jak MWM.
Obecnie elastyczność MWM jako narzędzia eksperymentalnego polega jedynie na możliwości wyboru podstawowych protokołów zgodnie z proponowanym badaniem, a zatem test ten może być stosowany do bardziej dogłębnej oceny funkcji poznawczych.
Przegląd
W tym artykule przedstawiono szczegółowy protokół prowadzenia testów z labiryntem Morrisa (MWM) w celu oceny zdolności uczenia się i pamięci u myszy modelu choroby Alzheimera. Ocenia się również wpływ manualnej akupunktury jako leczenia u tych myszy.
Kluczowe Składowe Badania
Dział Neurologii
- Neuroscience
- Behavioral Analysis
- Alzheimer's Disease Research
Tło
- Labirynt Morrisa jest szeroko stosowanym eksperymentem behawioralnym służącym do oceny przestrzennej pamięci uczenia się i pamięci u zwierząt.
- Pomimo swojej popularności, badacze często borykają się z wyzwaniami w realizacji protokołu MWM.
- Akupunktura została zasugerowana jako potencjalne leczenie łagodzące objawy u myszy modelu choroby Alzheimera.
- Standardowe parametry wykonywania MWM nie są dobrze zdefiniowane, co wymaga jasnych wytycznych operacyjnych.
Cel Badania
- Dostarczenie prostego protokołu testu MWM.
- Ocena funkcji poznawczych u myszy modelu choroby Alzheimera.
- Zbadanie wpływu manualnej akupunktury na uczenie się i pamięć u tych myszy.
Wykorzystane Metody
- Konfiguracja labiryntu Morrisa o określonych wymiarach i sygnałach wizualnych.
- Przeprowadzanie prób z widoczną i ukrytą platformą w celu pomiaru czasu ucieczki i prędkości pływania.
- Wykonanie prób sondowych i odwrotnych w celu oceny retencji pamięci i elastyczności poznawczej.
- Analiza wpływu leczenia manualną akupunkturą na wyniki myszy w MWM.
Główne Wyniki
- Nie zaobserwowano istotnych różnic w czasie ucieczki podczas testu z widoczną platformą między grupami.
- Grupa MA wykazała krótszy czas ucieczki w porównaniu z grupą AD podczas prób ukrytej platformy i próby odwrotnej.
- Podczas próby sondowej grupa MA miała wyższą liczbę przekroczeń platformy niż grupa AD.
- Myszy MA spędziły podobny procent czasu w docelowym kwadrancie jak grupa leków, co wskazuje na poprawę retencji pamięci.
Wnioski
- MWM jest skutecznym narzędziem do oceny funkcji poznawczych u myszy modelu choroby Alzheimera.
- Manualna akupunktura może poprawić wyniki uczenia się i pamięci u tych myszy.
- Konieczne są dalsze badania w celu optymalizacji parametrów MWM dla różnych warunków eksperymentalnych.
Często Zadawane Pytania
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.
