Test metryczny do oceny przestrzennej pamięci roboczej u dorosłych szczurów po urazowym uszkodzeniu mózgu
7 maja 2021
Urazowe uszkodzenie mózgu (TBI) jest często kojarzone z zaburzeniami pamięci. W tym miejscu przedstawiamy protokół oceny przestrzennej pamięci roboczej po TBI za pomocą zadania metrycznego. Test metryczny jest przydatnym narzędziem do badania upośledzenia przestrzennej pamięci roboczej po TBI.
Urazowe uszkodzenie mózgu jest często związane z upośledzeniem pamięci. W tym miejscu przedstawiamy protokół oceny przestrzennej pamięci roboczej po urazowym uszkodzeniu mózgu za pomocą zadania metrycznego. Do głównych zalet zadań metrycznych należą: możliwość dynamicznej obserwacji, tania odtwarzalność, względna łatwość realizacji i środowisko o niskim poziomie stresu.
Aby ocenić nasilenie neurologiczne po urazie udarowym płynu przystrzałkowego, umieść dorosłego szczura Sprague Dawley w środku koła o średnicy 50 centymetrów trzy razy i monitoruj jego zdolność do wyjścia z koła. Aby sprawdzić utratę odruchu prostowania, połóż zwierzę na grzbiecie w dłoni i przyznaj wynik jeden, jeśli szczur jest w stanie się wyprostować. Aby przetestować porażenie połowicze, oceń niezdolność szczura do opierania się wymuszonemu ustawieniu.
Aby przetestować odruchowe zginanie tylnej kończyny, podnieś zwierzę za ogon. Aby przetestować zdolność chodzenia prosto, połóż szczura na podłodze. Aby przetestować odruch małżowiny usznej, wykonaj lekką, dotykową stymulację, aby zaobserwować cofanie się ucha.
Aby przetestować odruch rogówkowy, delikatnie przyłóż miękki patyczek do oka i zmierz reakcję na mruganie. Aby przetestować odruch strachu, przeciągnij długopis po górnej części drucianej klatki i nagraj reakcję zwierzęcia. Aby ocenić utratę zachowań związanych z poszukiwaniem w pokłonach, umieść szczura w nowym środowisku i obserwuj, czy szczur porusza wąsami, wącha czy biega.
Następnie przetestuj odruchy kończyn pod kątem umieszczenia na lewej i prawej kończynie przedniej, a następnie na lewej i prawej kończynie tylnej. Aby przetestować równowagę, wykonaj zadanie równoważenia wiązki, umieszczając szczura na belce o szerokości 1,5 centymetra, na jedną sesję 20, 40 i większą niż druga. Następnie przeprowadź test chodzenia po belce przy użyciu trzech belek o różnych szerokościach.
Przed wykonaniem zadania metrycznego umieść czarną okrągłą platformę o średnicy 200 centymetrów i grubości jednego centymetra na stole o wysokości 80 centymetrów i umieść dwa przedmioty na środku platformy, w odległości 68 centymetrów od siebie. Zainstaluj kamerę z wymaganym oprogramowaniem komputerowym do przechwytywania, zapisywania i przetwarzania danych na wysokości 290 centymetrów od podłogi. Dzień przed analizą umieść szczura na platformie na 10 minut, aby przyzwyczaić zwierzę do nowego środowiska.
W dniu wykonania zadania umieść szczura na końcu platformy, w równej odległości od obiektów na 15-minutowy okres przyzwyczajenia i rozpocznij nagrywanie. Pod koniec eksperymentalnego okresu przyzwyczajenia przenieś szczura do indywidualnej klatki na pięć minut i wyczyść platformę pięcioma do dziesięciu procentami alkoholu. Zmniejsz odległość między obiektami do 34 centymetrów, a następnie umieść szczura na platformie na pięć minut, rejestrując jego aktywność eksploracyjną.
Ponownie wyczyść platformę, zanim przejdziesz do następnego zwierzęcia. Przed analizą plików wideo włóż klucz sprzętowy oprogramowania, a następnie uruchom oprogramowanie do śledzenia wideo i otwórz wstępnie ustawiony szablon. Po zweryfikowaniu, zduplikowaniu i zmianie nazwy ustawień kontroli i wykrywania próby areny w głównym polu widzenia, kliknij prawym przyciskiem myszy, aby wybrać opcję chwyć tło.
W menu przeglądania wybierz lokalizację pliku wideo, który ma być używany jako obraz tła. Uchwyć obraz i zaznacz badane obszary i strefy, aby skalibrować obraz do analizy. Wykonaj tę samą konfigurację dla ustawień sterowania próbnego i wykrywania.
Po pobraniu listy plików wideo do analizy z listy prób dodaj filmy i wskaż lokalizację z wymaganymi ustawieniami. Następnie wybierz akwizycję i rozpocznij okres próbny, a następnie wyeksportuj wszystkie dane do arkusza kalkulacyjnego. Grupa kontrolna nie wykazuje żadnych deficytów neurologicznych po 48 godzinach od pozorowanego urazu.
Po TBI deficyty neurologiczne są znacznie większe zarówno u samców, jak i samic zwierząt rannych. Podczas zadania metrycznego czas eksploracji obiektu jest znacznie krótszy dla samców szczurów TBI niż dla samców szczurów operowanych pozorowano. Ten sam wzorzec obserwuje się u samic TBI i samic szczurów operowanych pozorowo.
Po zadaniu metrycznym możemy wykonać inne metody oceny pamięci, takie jak labirynt Barnesa oraz zadania labiryntu topologicznego i wodnego. Zadanie metryczne pozwala również na dalsze badania nad upośledzeniem pamięci w porównywalnych modelach uszkodzeń neurologicznych, takich jak modele rozlanego aksonalnego uszkodzenia mózgu i udaru.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia szczegółowy protokół oceny zaburzeń przestrzennej pamięci operacyjnej (SWM) u dorosłych szczurów po urazowym obrażeniu mózgu (TBI) z wykorzystaniem zadania metrycznego. Protokół obejmuje ocenę stopnia nasilenia objawów neurologicznych, testowanie odruchów behawioralnych oraz specyficzne zadanie pamięciowe dotyczące rozmieszczenia obiektów, zapewniając powtarzalną i niskostresową metodę oceny deficytów pamięci po TBI.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Neuronauka behawioralna
- Badania nad urazowymi uszkodzeniami mózgu
Wstęp
- TBI często prowadzi do upośledzeń pamięci sensorycznej, krótkotrwałej i długotrwałej.
- Modele zwierzęce, zwłaszcza gryzonie, są powszechnie wykorzystywane do badania TBI ze względów etycznych i praktycznych.
- Zadania metryczne oceniają przestrzenną pamięć operacyjną poprzez testowanie przypominania sobie rozmieszczenia obiektów w różnych odległościach i pod różnymi kątami.
- Zadania te są cenione za możliwości dynamicznej obserwacji, powtarzalność oraz minimalny stres dla zwierząt.
Cel badania
- Zapewnienie standaryzowanego protokołu pomiaru upośledzenia SWM u szczurów po TBI.
- Wykazanie zalet zadania metrycznego w badaniach nad TBI.
- Umożliwienie skutecznej oceny fizjologii i patofizjologii funkcji mózgu po urazie.
Zastosowane metody
- Indukcja urazu zstaliczanego uderzeniem płynu (fluid percussion injury) w płaszczyźnie parasagitalnej u dorosłych szczurów Sprague Dawley.
- Ocena stopnia nasilenia deficytów neurologicznych, obejmująca testy odruchu prostowania, hemiplegii, odruchów kończyn, równowagi oraz reakcji behawioralnych.
- Wprowadzenie zadania mierzonego polegającego na rozmieszczeniu obiektów na okrągłej platformie, habituacji oraz rejestracji eksploracji.
- Śledzenie wideo i analiza zachowań eksploracyjnych przy użyciu specjalistycznego oprogramowania.
Główne wyniki
- Szczury kontrolne (poddane zabiegowi pozorowanemu) nie wykazały deficytów neurologicznych 48 godzin po urazie.
- Zarówno samce, jak i samice szczurów z TBI wykazywały istotne deficyty neurologiczne w porównaniu z grupą kontrolną.
- Czas eksploracji obiektów podczas zadania metrycznego był znacząco zredukowany u szczurów z TBI w porównaniu ze szczurami po zabiegu pozorowanym dla obu płci.
- Zadanie metryczne skutecznie wykryło zaburzenia SWM po TBI.
Wnioski
- Zadanie metryczne jest wykonalną, powtarzalną i niskostresową metodą oceny deficytów SWM po TBI u szczurów.
- Niniejszy protokół umożliwia dynamiczną obserwację i ilościową analizę upośledzenia pamięci.
- Podejście to można rozszerzyć na inne modele uszkodzeń neurologicznych, takie jak rozlane uszkodzenie aksonalne i udar.
Najczęściej zadawane pytania
Zastosowanie w przemyśle
Ilościowa ocena przestrzennej pamięci operacyjnej (SWM) w modelach gryzoni po urazowym uszkodzeniu mózgu (TBI) ma kluczowe znaczenie dla minimalizacji ryzyka we wczesnych programach terapeutycznych dotyczących OUN. Protokół testu metrycznego umożliwia powtarzalną, niskostresową ocenę upośledzenia pamięci, co zwiększa pewność prognostyczną w walidacji celów i zapewnia ciągłość translacyjną. Podejście to usprawnia podejmowanie decyzji portfelowych poprzez dostarczenie zestandaryzowanych, skalowalnych punktów końcowych dla przedklinicznych badań neurobehawioralnych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biopharmaceutyki
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia rygorystyczną weryfikację hipotez terapeutycznych dotyczących pamięci w modelach TBI.
- Wspiera biologiczną redukcję ryzyka poprzez kwantyfikację deficytów funkcjonalnych po urazie.
- Ułatwia walidację celów terapeutycznych dzięki obiektywnym i powtarzalnym punktom końcowym w badaniach behawioralnych.
Przesiewy i rozwój testów
- Przygotowuje zwalidowane modele gryzoni do dalszych etapów procesów przesiewowych związków.
- Standaryzuje wyniki testów behawioralnych w celu zapewnienia porównywalności i powtarzalności między badaniami.
- Generuje dane ilościowe odpowiednie do wysokowiarygodnych analiz przesiewowych i ponownego wykorzystania platformy.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Ujednolica punkty końcowe w badaniach przedklinicznych z zaburzeniami pamięci istotnymi dla choroby, obserwowanymi w TBI.
- Zapewnia ciągłość od etapu odkrywania po walidację przedkliniczną poprzez wspieranie opracowywania biomarkerów.
- Dostarcza danych skorygowanych o ryzyko w celu podejmowania decyzji o dalszym rozwoju projektów w portfolio CNS.
Integracja potoku i przepływu pracy
Niniejszy protokół testów metrycznych integruje się z kontinuum od odkrywania leku do fazy przedklinicznej w rozwoju leków na schorzenia OUN, stanowiąc pomost między wczesną walidacją celu a badaniami translacyjnymi.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i ograniczanie ryzyka mechanistycznego w modelach TBI.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalne, ilościowe wyniki behawioralne do oceny związków.
- Analityka: Zapewnia standaryzowane pomiary i wyniki statystyczne do porównywania stanów.
- Badania translacyjne: Łączy wyniki przedkliniczne z istotnymi dla choroby efektami funkcjonalnymi.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje skalowalny, wielokrotnego użytku protokół dla różnych modeli obrażeń neurologicznych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celów terapeutycznych w OUN.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację, odtwarzalność i skalowalność testów behawioralnych.
- Wartość strategiczna: Usprawnia decyzje o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz zwiększa efektywność kapitałową dzięki zapewnieniu wiarygodnych punktów końcowych w badaniach przedklinicznych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój kandydatów na leki terapeutyczne w obszarze OUN.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej z zakresu neuronauki behawioralnej gryzoni oraz indukcji modelu TBI.
- Wymaga instrumentacji do śledzenia wideo oraz infrastruktury oprogramowania analitycznego.
- Wymaga standaryzacji oceny behawioralnej i analizy danych pomiędzy zespołami.
- Możliwość adaptacji do różnych modeli uszkodzeń neurologicznych poprzez modyfikacje protokołu.
- Ograniczenia praktyczne obejmują zmienność w obchodzeniu się ze zwierzętami oraz kontrolę środowiskową.
