Analizy behawioralne i farmakologia sieciowa dla tradycyjnej medycyny mongolskiej Zadi-5 w szczurzym modelu depresji
24 lutego 2023
Obecny protokół opisuje metodę walidacji testów behawioralnych i bioinformatycznego przewidywania skuteczności terapeutycznej Zadi-5, tradycyjnego mongolskiego medycyny, w depresji.
Skuteczność terapeutyczną Zadi-5 w leczeniu depresji można ustalić za pomocą testów behawioralnych, podczas gdy farmakologia sieciowa może przewidzieć potencjalne mechanizmy, które leżą u podstaw jego siły. Farmakologia sieciowa może wspierać badania nad tradycyjnymi lekami, które wykazują skomplikowane mechanizmy działania i jeszcze bardziej minimalizują czas i koszty wymagane do badania. Testy takie jak test na otwartym polu, test spożycia sacharozy i labirynt wodny Morrisa są złotym standardem oceny apetytu, poziomu motywacji, zdolności uczenia się i pamięci w zwierzęcych modelach zaburzeń neurologicznych.
Testy te są prostymi, obiektywnymi i rozsądnymi metodami oceny. Stworzenie modelu zwierzęcego ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia patologicznych mechanizmów i skutków nowego leku w badaniu zaburzeń depresyjnych. Aby ustalić dobry model depresji, naukowcy muszą odpowiednio sekwencjonować i dostosowywać intensywność bodźców.
Na początek zastosuj wybrane bodźce depresyjne, w połączeniu z izolacją, przez 28 dni u wszystkich szczurów, z wyjątkiem grupy kontrolnej, i hoduj szczury w indywidualnych klatkach. Aby przeprowadzić test w otwartym polu, podziel czarną skrzynkę na dziewięć kwadratowych obszarów o równej powierzchni. Wyposaż pudełko w system analizy śledzenia wideo.
Dzień po ostatnim zgłębniku umieść szczura na środkowym kwadracie i rejestruj jego aktywność w poziomie i pionie przez trzy minuty. Następnie oceń liczbę kwadratów skrzyżowanych ze wszystkimi pauzami jako aktywność poziomą, a punktuj stanie i pielęgnację jako aktywność pionową. Po każdym teście wyczyść pudełko 75% alkoholem, aby usunąć zapach szczura do kolejnych testów.
Następnie wykonaj test spożycia sacharozy, ważąc odpowiednie butelki przed i po spożyciu. I oblicz 60-minutowe stawki preferencji sacharozy w dniach zero, siódmym, 14, 21 i 28, korzystając z tego równania. Aby wykonać test labiryntu wodnego Morrisa, podziel basen na cztery ćwiartki.
Uporządkuj ćwiartki od jednego do czterech i umieść ukrytą platformę w trzeciej ćwiartce, jeden centymetr pod powierzchnią wody. Dodaj mleko do basenu, aby uzyskać pewien poziom krycia. Następnie umieść szczura w labiryncie w różnych kwadrantach, aby szukać platformy przez 120 sekund.
I rejestruj czas opóźnienia za pomocą systemu analizy szlaków wideo Morris Water Maze. Umieść szczura w ustalonej pozycji w basenie. Jeśli obiekt nie może znaleźć ukrytej platformy w ciągu 120 sekund, zapisz opóźnienie jako 120 sekund.
Następnie usuń platformę, umieść szczura w wodzie i rejestruj liczbę przekroczeń stref przez 120 sekund. Przejrzyj stronę internetową systemu farmakologicznego tradycyjnej medycyny chińskiej i wprowadź nasiona nasienia myristicae, korzenie al-glandia-radiks i piperis longi fructus w sekcji nazw ziół, aby uzyskać nazwy chemikaliów. Ustaw indeks farmakokinetyczny biodostępności po podaniu doustnym (OB) na więcej niż 30%, a indeks podobny do leku na większy niż 0,18.
Wyszukaj aktywne składniki w farmakopei medycyny chińskiej, aby zidentyfikować nazwy chemiczne każdego składnika. Następnie wyszukaj zidentyfikowane nazwy chemiczne w Pub Chem, aby znaleźć izomeryczne uśmiechy lub atramentowe. Zidentyfikuj docelowe białka składników aktywnych za pomocą SEA, Batman i szwajcarskiego przewidywania celu z izomerycznymi uśmiechami lub atramentem i znajdź nakładające się białka.
Skopiuj dane do pliku programu Excel. Następnie wyszukaj i zidentyfikuj potencjalne cele białkowe dla depresji, używając słów kluczowych depresja i zaburzenia depresyjne w GeneCards, DisGeNET i DrugBank. Skopiuj dane do pliku programu Excel.
Przejrzyj diagram Venna i prześlij cele depresji z listy pierwszej. Następnie prześlij cele dla aktywnych składników Zadi-5 na liście drugiej i prześlij. Uzyskaj diagram Venna i odfiltruj nakładających się kandydatów docelowych.
Skonstruuj arkusz kalkulacyjny o nazwie sieć. Skonstruuj także arkusz kalkulacyjny o nazwie type. Eksportuj arkusz do Cytoscape, aby zbudować sieć, zioła Zadi-5 składniki cele chorobowe.
Ustaw typowe cele w bazie danych ciągów, aby przeanalizować ich interakcje. Ustaw typ białka jako homosapiens. Ustaw wartość progu interakcji na 0,9, aby wybrać tylko typy zweryfikowane eksperymentalnie i nie wyświetlać węzłów samotnych wysp.
Otwórz narzędzie DAVID i wklej 86 potencjalnych celów przeciwdepresyjnych Zadi-5 w nawiasie analizy początkowej, aby zbadać powiązane szlaki sygnałowe. Pobierz dokument dotyczący ścieżki beczki. Wybierz geny w ścieżce PI3k-AKT z analizy wzbogacenia i wklej je do arkusza kalkulacyjnego, aby skonstruować dokument typu i sieci.
Eksportuj typ dokumentu sieciowego do Cytoscape, aby wygenerować sieć ścieżek docelowych złożonych PI3K-AKT. Badana grupa zwierząt nie wykazała istotnych różnic przed przewlekłym, nieprzewidywalnym, łagodnym stresem lub stymulacją CUMS. Po ustaleniu modelu CUMS, wyniki pionowe i poziome grupy były niższe niż w grupie kontrolnej.
W porównaniu z grupą modelową, wyniki pionowe i poziome grupy kontroli pozytywnej i grupy Zadi-5 były istotnie wyższe. W dniu zero badane grupy nie miały znaczącej różnicy w spożyciu sacharozy. Grupy Zadi-5 i grupy kontroli dodatniej były wyższe niż grupa modelowa w dniu 28.
W labiryncie wodnym Morrisa opóźnienie grupy modelowej w znalezieniu platformy było znacznie wyższe w porównaniu z kontrolą. Latencja grupy kontroli pozytywnej i Zadi-5 była mniejsza niż w grupie modelowej. Jeśli chodzi o liczbę przekroczeń strefy, grupa modelowa wykazała mniej przekroczeń niż grupa kontrolna.
Grupy kontroli pozytywnej i Zadi-5 wykazały więcej krzyżowań niż grupa modelowa. Analiza diagramu Venna ujawniła 86 nakładających się celów jako krytyczne cele związane z depresją Zadi-5 z 1000 celów białkowych związanych z depresją. Na podstawie tych ustaleń skonstruowano składniki ziół Zadi-5 i cele chorobowe oraz analizę sieci interakcji białko-białko docelowych kandydatów.
Zgodnie z analizą szlaku KEG, szlak sygnałowy PI3K-AKT znalazł się na siódmym miejscu. Wiązało się to z wieloma szlakami sygnałowymi. W związku z tym szlak PI3K-AKT został uznany za stosunkowo ważniejszy niż inne szlaki wzbogacania.
Podejmując się tego zabiegu, należy powstrzymać się od powtarzania tego samego rodzaju bodźców przez kolejne dni. Po przeprowadzeniu analiz składników Zadi-5 w internetowych bazach danych, jakość walidacji można zapewnić za pomocą chromatografii cieczowej, spektrometrii mas i spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy protokół opisuje metodę walidacji testów behawioralnych oraz przewidywania skuteczności terapeutycznej Zadi-5, tradycyjnego leku mongolskiego, w leczeniu depresji.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Farmakologia
- Nauki behawioralne
Wstęp
- Zadi-5 jest tradycyjnym lekiem stosowanym w Mongolii.
- Depresja jest złożonym zaburzeniem neurologicznym.
- Testy behawioralne są niezbędne do oceny skuteczności terapeutycznej.
- Farmakologia sieciowa pomaga w zrozumieniu działania leków tradycyjnych.
Cel badania
- W celu walidacji testów behawioralnych służących do oceny skuteczności Zadi-5.
- W celu przewidzenia mechanizmów działania za pomocą farmakologii sieciowej.
- W celu opracowania wiarygodnego modelu zwierzęcego do badań nad depresją.
Zastosowane metody
- Testy behawioralne, w tym test otwartego pola.
- Test spożycia sacharozy w celu oceny motywacji.
- Wodny labirynt Morrisa do oceny uczenia się i pamięci.
- Farmakologia sieciowa do przewidywania mechanizmów.
Główne wyniki
- Testy behawioralne dostarczają obiektywnych miar skuteczności.
- Farmakologia sieciowa ujawnia potencjalne mechanizmy działania Zadi-5.
- Modele zwierzęce są kluczowe dla zrozumienia efektów działania leku.
- Odpowiednie sekwencjonowanie bodźców zwiększa trafność modelu.
Wnioski
- Zadi-5 wykazuje potencjał jako lek w leczeniu depresji.
- Testy behawioralne są skuteczne w walidacji terapeutycznej.
- Farmakologia sieciowa może usprawnić badania nad tradycyjnymi lekami.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Integracja testów behawioralnych z farmakologią sieciową umożliwia systematyczną redukcję ryzyka w przypadku tradycyjnych leków, takich jak Zadi-5, stosowanych w wskazaniach neuropsychiatrycznych. Podejście to zwiększa pewność predykcyjną w zakresie relacji między celem a szlakiem sygnałowym i wspiera wczesną selekcję portfela nowych terapeutyków ośrodkowego układu nerwowego (CNS). Przepływ pracy łączy empiryczną skuteczność z wglądem w mechanizmy działania, dostarczając informacji niezbędnych do podejmowania decyzji go/no-go w procesach odkrywania leków.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Łączy fenotypowanie behawioralne z predykcją celów w oparciu o sieci w celu walidacji funkcjonalnej.
- Wspiera mechanistyczne ograniczanie ryzyka poprzez powiązanie aktywnych związków z szlakami istotnymi dla depresji.
- Umożliwia priorytetyzację związków kandydackich na podstawie wzbogacenia szlaków i nakładania się celów.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Ustanawia zwalidowane modele zwierzęce i punkty końcowe behawioralne dla powtarzalnych badań skuteczności.
- Umożliwia ilościowy pomiar motywacji, uczenia się i pamięci w systemach przedklinicznych.
- Zapewnia zestandaryzowane odczyty do porównań krzyżowych potencjalnych interwencji.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia dopasowanie sieci związek-cel do ścieżek sygnalizacyjnych związanych z chorobami, takich jak PI3K-AKT.
- Zapewnia ciągłość przejścia od skuteczności in vivo do wyjaśnienia mechanizmów molekularnych.
- Wspiera dostosowane do ryzyka wdrażanie tradycyjnych leków do etapów przedklinicznych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ten zintegrowany schemat obejmuje etapy od wczesnego odkrywania po walidację przedkliniczną, łącząc skuteczność behawioralną z mapowaniem celów w oparciu o sieci.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia testowanie hipotez dotyczących zależności między związkami a szlakami sygnałowymi w modelach depresji.
- Screening: Zapewnia odtwarzalne punkty końcowe behawioralne i ilościowe wyniki niezbędne do oceny kandydatów.
- Analityka: Dostarcza wyników z zakresu farmakologii sieciowej, w tym statystyki dotyczące nakładania się celów i wzbogacenia szlaków.
- Badania translacyjne: Łączy skuteczność in vivo z ludzkimi szlakami chorobowymi, wspierając dopasowanie biomarkerów.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje skalowalną strukturę do oceny innych wieloskładnikowych leków tradycyjnych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w zakresie skuteczności związków i ich istotności mechanistycznej.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje analizy behawioralne i sieciowe w celu zapewnienia powtarzalności i skalowalności.
- Wartość strategiczna: Wspiera podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) i redukuje ryzyko biologiczne w późnych etapach rozwoju portfolio leków na OUN.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację kandydatów pochodnych z tradycyjnej medycyny z uwzględnieniem oceny ryzyka.
Wskazówki dotyczące implementacji
- Wymaga wiedzy specjalistycznej z zakresu neuronauki behawioralnej oraz analityki farmakologii sieciowej.
- Wymagany jest dostęp do zwalidowanych modeli zwierzęcych, systemów śledzenia wideo oraz platform chemoinformatycznych.
- Konieczna jest standaryzacja protokołów behawioralnych i potoków analizy danych pomiędzy zespołami.
- Możliwa może być konieczność adaptacji dla różnych klas związków lub modeli chorób.
- Wyniki zależą od jakości adnotacji związków oraz zakresu pokrycia baz danych szlaków sygnałowych.
