Wszechstronna, behawioralna metoda badania wpływu hormonów tarczycy na funkcjonowanie móżdżku
6 października 2023
Tutaj prezentujemy protokół dla opracowanego ostatnio wszechstronnego testu zachowania, testu belki drabiny. Test ten ma tę zaletę, że wykrywa subtelną ataksję móżdżkową spowodowaną defektem działania hormonów tarczycy w ośrodkowym układzie nerwowym w porównaniu z konwencjonalnymi testami behawioralnymi oceniającymi sprawność motoryczną.
Aby kompleksowo zrozumieć różne aspekty rozwoju hormonów tarczycy w ośrodkowym układzie nerwowym, zbadaliśmy spektrum perspektyw, od fenotypu zachowania po kierunek molekularny na poziomie pojedynczej komórki. Szukamy również połączenia tych różnych wymiarów pacjenta, aby wyjaśnić mechanizm działania hormonów tarczycy w rozwoju mózgu. Główny nurt badań w naszej dziedzinie koncentruje się przede wszystkim wokół biologii molekularnej, a wielu badaczy bada wpływ hormonu tarczycy na ekspresję genów.
W dzisiejszych czasach coraz większy nacisk kładzie się na analizę zachowania w celu odkrycia roli hormonów tarczycy, szczególnie w ośrodkowym układzie nerwowym. Takie podejście może wyjaśniać specyficzne zachowania obserwowane w niektórych chorobach związanych z hormonami tarczycy. Przy obecnym poziomie dostępnych technik, takich jak test rotarod, naukowcy często mają trudności z dostępem do wzorców zachowań, zwłaszcza sprawności motorycznej, u myszy modelowych.
Utrudnia to przełożenie badań na sytuacje kliniczne. Nasz protokół został opracowany w celu oceny dokładnych zmian motorycznych u myszy, ułatwiając jasną interpretację obserwacji zachowania. Zacznij od skonfigurowania zespołu drabiny do testu belki drabiny.
Po połączeniu czterech równoległych pleksi zawierających otwory, przystąp do projektowania różnego rodzaju szczebli drabiny, wkładając aluminiowe patyczki w otwory w pleksi. W przypadku testu drabiny poziomej włóż aluminiowe patyczki w otwory w ściankach z pleksi. W przypadku testu drabiny zygzakowatej włóż aluminiowe patyczki do co trzeciego otworu w kierunku poziomym i pionowym na ściankach z pleksi.
W obu przypadkach należy dostosować szerokości szczebli drabiny zgodnie z wymaganiami, poszerzając lub zwężając odległość ścianek z pleksi. Następnie umieść ciemną komnatę w miejscu docelowym, aby zmotywować zwierzęta do zbliżenia się do celu. Na koniec umieść poduszkę pod szczeblami drabiny dla bezpieczeństwa.
Przed poddaniem myszy testowi belki drabiny należy przeprowadzić wstępny trening habituacyjny na całkowicie zmontowanym urządzeniu testowym belki drabinowej. Aby to zrobić, umieść mysz na krawędzi drabiny wyznaczonej jako punkt początkowy. Za pomocą podmuchu powietrza zachęć mysz do poruszania się do przodu po drabinie prowadzącej do celu.
Powtarzaj trening, aż mysz przyzwyczai się do chodzenia po szczeblach drabiny. Aby przeprowadzić test wydajności silnika, umieść już przyzwyczajoną mysz w punkcie początkowym. Zapisz czas, w którym zwierzę przechodzi przez drabinę i policz liczbę poślizgnięć stóp, które występują, gdy mysz nie potrafi ułożyć łap lub ślizga się po umieszczeniu łap na aluminiowych patyczkach.
Oblicz średnią wartość czasu i poślizgnięć stóp w ciągu dnia i porównaj średnie wartości między różnymi grupami zwierząt. Zarówno testy drabiny poziomej, jak i zygzakowatej wykazały silne upośledzenie koordynacji ruchowej u myszy MF-1. Spędzały znacznie więcej czasu na przechodzeniu przez drabinę, a także popełniały więcej poślizgnięć stóp w porównaniu z myszami typu dzikiego.
Co ważniejsze, wyniki nie poprawiły się po trzech dniach u myszy MF-1, podczas gdy myszy typu dzikiego wykazały poprawę w tym okresie. Nie stwierdzono zmian w sile chwytu między myszami typu dzikiego a myszami MF-1.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia nowatorski test na belce drabinowej, zaprojektowany w celu wykrycia subtelnej ataksji móżdżkowej wynikającej z defektów działania hormonów tarczycy w ośrodkowym układzie nerwowym. Test ten oferuje przewagi nad tradycyjnymi ocenami sprawności motorycznej.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Analiza behawioralna
- Badania nad hormonami tarczycy
Wstęp
- Hormony tarczycy odgrywają kluczową rolę w rozwoju mózgu.
- Analiza behawioralna staje się coraz ważniejsza w rozumieniu chorób związanych z hormonami tarczycy.
- Konwencjonalne testy często nie pozwalają uchwycić subtelnych wzorców behawioralnych.
- Test drabinowej belki (ladder beam test) jest nowym podejściem do oceny sprawności motorycznej.
Cel badania
- Zbadanie wpływu hormonów tarczycy na zachowanie i funkcje motoryczne.
- Opracowanie wiarygodnego testu do wykrywania ataksji móżdżkowej.
- Powiązanie fenotypów behawioralnych z mechanizmami molekularnymi w ośrodkowym układzie nerwowym.
Zastosowane metody
- Opracowanie testu na belce drabinkowej.
- Oceny behawioralne u myszy modelowych.
- Analiza działania hormonów tarczycy na poziomie molekularnym.
- Porównanie z tradycyjnymi testami sprawności motorycznej.
Główne wyniki
- Test przejścia przez drabinę skutecznie wykrywa subtelną ataksję.
- Zaobserwowano wzorce behawioralne powiązane z niedoborami hormonów tarczycy.
- Wyniki sugerują potrzebę wprowadzenia zrewidowanych podejść w analizie behawioralnej.
- Wyniki przyczyniają się do zrozumienia roli hormonów tarczycy w rozwoju mózgu.
Wnioski
- Test belki z poprzeczkami jest cennym narzędziem do oceny funkcji móżdżku.
- Analiza behawioralna jest niezbędna do wyjaśnienia wpływu hormonów tarczycy.
- Przyszłe badania powinny skupić się na integracji badań behawioralnych i molekularnych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ilościowe testy behawioralne, które w sposób czuły wykrywają subtelne deficyty motoryczne, są kluczowe dla walidacji celu i ograniczania ryzyka mechanistycznego w procesie odkrywania leków na schorzenia OUN. Test drabinowej belki pozwala na rzetelne rozróżnienie łagodnej dysfunkcji móżdżku, co zwiększa pewność prognostyczną w preklinicznych modelach działania hormonów tarczycy. Zdolność ta wzmacnia ciągłość translacyjną i dostarcza informacji niezbędnych do selekcji projektów w programach badawczych nad zaburzeniami neurorozwojowymi.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia funkcjonalną analizę szlaków hormonów tarczycy w obwodach neuronalnych istotnych dla przebiegu chorób.
- Wspiera redukcję ryzyka biologicznego poprzez rozróżnianie subtelnych fenotypów pomijanych w konwencjonalnych testach.
- Zwiększa pewność prognostyczną w badaniach nad związaniem z celem oraz skutecznością efektów końcowych.
Przesiewanie i opracowywanie testu
- Zapewnia zestandaryzowany, powtarzalny odczyt behawioralny koordynacji ruchowej w modelach transgenicznych.
- Ułatwia opracowanie testów dla łagodnych lub komórkowo-specyficznych fenotypów, których nie wykrywają testy na rotarodzie.
- Umożliwia ilościowe porównanie efektów interwencji pomiędzy grupami eksperymentalnymi.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Koreluje przedkliniczne punkty końcowe zachowania z subtelnymi klinicznymi fenotypami ruchowymi w niedoczynności tarczycy.
- Zapewnia ciągłość od mechanizmu molekularnego do efektu funkcjonalnego w modelach OUN.
- Zmniejsza ryzyko decyzji dotyczących dalszego rozwoju poprzez ujawnienie niuansowych deficytów istotnych dla populacji pacjentów.
Integracja potoku i przepływu pracy
Test drabinowy (ladder beam test) integruje się z kontinuum od odkrycia do fazy przedklinicznej jako czuły test behawioralny służący do walidacji celów w OUN oraz charakterystyki związków wiodących.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia testowanie hipotez dotyczących funkcji hormonów tarczycy w obwodach móżdżku.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalnych, ilościowych wskaźników sprawności motorycznej do porównywania modeli.
- Analityka: Dostarcza danych dotyczących czasu przejścia oraz poślizgów stóp do statystycznej analizy grupowej.
- Badania translacyjne: Łączy wyniki przedkliniczne z subtelnymi klinicznymi deficytami motorycznymi u pacjentów z niedoczynnością tarczycy.
- Zastosowania przedsiębiorstwa: Możliwość adaptacji do innych modeli łagodnej ataksji w celu szerokiego zastosowania w badaniach nad OUN.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w modelach OUN.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje fenotypowanie behawioralne i zwiększa powtarzalność między badaniami.
- Wartość strategiczna: Wspiera podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) i zmniejsza ryzyko biologiczne na późnych etapach programów neurorozwojowych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację zasobów w obszarze OUN z uwzględnieniem ryzyka na podstawie walidacji funkcjonalnej.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy z zakresu neuronauki behawioralnej oraz doświadczenia w pracy z modelami zwierzęcymi.
- Wymaga specjalistycznej aparatury w postaci belki z drabinką oraz narzędzi do analizy wideo.
- Wymaga standaryzacji protokołów punktacji i szkolenia pomiędzy zespołami.
- Metoda adaptowalna do różnych modeli mysich z łagodnymi lub komórkowo specyficznymi deficytami móżdżku.
- Może być ograniczona pod względem przepustowości w porównaniu do zautomatyzowanych analiz wysokoprzepustowych (high-content assays).
