Avaliação de Alternância Espontânea, Reconhecimento de Objetos Novos e Clasping de Membros em Modelos de Rato Transgênico de Neuropatologia Amilóide-β e Tau

Resumo

Descreve-se aqui uma abordagem de rastreio comportamental escalonada que pode ser utilizada para pesquisar compostos que exibem eficácia in vivo sobre comportamentos motores cognitivos e funcionais em modelos de ratinho transgénicos de β-amiloidose e tauopatia. Esses métodos são otimizados para pesquisar compostos para atividades em tarefas de memória de curto prazo e de trabalho.

Resumo

Aqui descrevemos uma abordagem de teste comportamental escalonada que pode ser usada para pesquisar compostos que exibem eficácia in vivo em comportamentos motores cognitivos e funcionais em modelos de camundongos transgênicos de β-amiloidose e tauopatia. O paradigma inclui testes para alternância espontânea em um labirinto em Y, novo reconhecimento de objetos e aperto de membros. Estes testes foram selecionados porque: 1) interroga a função dos domínios cognitivos ou motores eo correlato dos circuitos neurais relevantes para o estado da doença humana, 2) tem endpoints claramente definidos, 3) tem controlos de qualidade facilmente implementáveis, 4) pode ser executado em Um formato de débito moderado e 5) requerem pouca intervenção do investigador. Estes métodos são projetados para os pesquisadores que procuram compostos de tela para a atividade em curto prazo e tarefas de memória de trabalho, ou comportamentos motores funcionais associados com modelos de ratos de doença de Alzheimer. Os métodos aqui descritos utilizam testes comportamentais que engIdade um número de diferentes regiões cerebrais, incluindo o hipocampo e várias áreas corticais. Os investigadores que desejam testes cognitivos que avaliam especificamente a cognição mediada por uma única região do cérebro podem usar essas técnicas para complementar outros testes comportamentais.

Introdução

A doença de Alzheimer (DA) é uma doença neurodegenerativa progressiva que resulta em debilitante declínio cognitivo que afeta aproximadamente 44 milhões de pessoas em todo o mundo. Atualmente não existem tratamentos disponíveis para a DA que sejam modificadores da doença, enfatizando a necessidade urgente de descobertas pré-clínicas de novas estratégias terapêuticas para esta doença. Vários modelos de camundongos transgênicos diferentes foram criados que recapitulam vários aspectos de AD ^{1 , 2} , incluindo déficits em domínios cognitivos interrompidos em pacientes ³ . Estes modelos de ratinho representam uma ferramenta útil para facilitar a triagem eficiente in vivo .

Ao avaliar um composto para potencial eficácia in vivo , uma abordagem faseada deve ser tomada que telas de eficácia em domínios cognitivos adequados e também monitora os comportamentos que poderiam influenciar os parâmetros específicos utilizados para umSsess cognição. Muitos modelos de ratos transgênicos de AD exibem hiperatividade e outros comportamentos que podem interferir com um determinado teste cognitivo e proibir seu uso no rastreamento de drogas ⁴ . Além disso, para uma abordagem a ser implementada em um ambiente de triagem de drogas, os testes específicos utilizados devem sustentar pelo menos um débito moderado, ter pontos de extremidade claramente definidos e um procedimento que requer intervenção mínima dos investigadores. Usando esses critérios, podem ser implementadas telas comportamentais que exibem a reprodutibilidade, a baixa variabilidade intra e inter-ensaio e os tamanhos de efeito necessários para a triagem de compostos. Aqui estão detalhados os métodos que empregamos para pesquisar compostos eficazes na mitigação dos fenotipos cognitivos e motores presentes em modelos de camundongos transgênicos de β-amiloidose e tauopatia 5,6. Os métodos descritos são adaptados a partir de paradigmas comportamentais comumente usadosCom otimizações específicas e verificações de controle de qualidade para que possam ser usadas em modelos de camundongos transgênicos relevantes para AD. Este protocolo pode ser usado com uma variedade de aquisição de dados e sistemas de análise e assume que o investigador tem um conhecimento prático do software associado.

Protocolo

Os métodos detalhados nesta publicação foram revisados ​​pelo comitê institucional de cuidado e uso de animais (IACUC) em Hilltop Laboratory Animals para garantir o cuidado, uso e tratamento humano adequados de acordo com as leis e regulamentos federais, estaduais e locais aplicáveis, tais como Como o Federal Animal Welfare Regulations, ou AWRs (CFR 1985), e Política de Serviço de Saúde Pública sobre Cuidados Humanos e Uso de Animais de Laboratório, ou PHS Policy (PHS 1996).

1. Diretrizes gerais para toda avaliação comportamental

1. Antes de qualquer manipulação de animais, cubra os cartões de gaiola existentes com um novo cartão de gaiola que indica apenas o identificador de animal cego, exclusivo.
   NOTA: Os investigadores que lidam com ratinhos durante a dosagem rotineira de composto / placebo não são autorizados a manipular ratinhos para avaliação comportamental.
2. Dim ou desligar as luzes de teto e ajustar a iluminação de modo que a iluminação no chão da arena ou labirinto é 30-35 lux.
3. FOu estudos que abrangem várias semanas, gravar pesos corporais semanalmente como uma medida indireta da saúde geral.
   OBSERVAÇÃO: Podem ser incluídas verificações adicionais no lado da gaiola quanto à qualidade do casaco, postura, marcha e locomoção espontânea, se houver uma verificação de saúde mais robusta.

2. Habituação dos ratos ao tratamento por investigadores

1. Dois dias antes de qualquer teste comportamental, habituar os ratos a manipulação. Remova a gaiola do rack gaiola e coloque em uma superfície plana.
2. Retire a tampa da gaiola. Manuseie o mouse exatamente como seria manipulado durante o desempenho do próximo teste comportamental. Coloque o mouse em uma mão em concha acima da gaiola de casa.
3. Meça a latência para saltar da mão do investigador de volta para a gaiola de casa. Segure os ratos por um máximo de 5 s.
   NOTA: Os ratos que exibem latências de ≥ 2 s são considerados "habituados". Os ratos que exibem latências <2 s durante o primeiro ensaio sofrem 2 habituatio adicionaisN sessões naquele dia.
4. Ter os ratos submetidos a 2 dias consecutivos de manipulação habituation. Observe qualquer mouse que não esteja habituado até o final do ^2º dia.

3. Avaliando a Memória de Trabalho Espacial Medindo a Alternância Espontânea em um Y-labirinto ⁸

1. Antes da primeira utilização, limpe bem o Y-labirinto com uma toalha germicida de branqueamento não aromatizada, EtOH a 70%, seguida por dH2O9. Definir claramente os braços do labirinto como 'A', 'B' e 'C' ou outros identificadores únicos comparáveis.
2. Antes do início de uma sessão de testes, defina o sistema de aquisição de dados ou câmeras de vídeo e configure o rastreamento adequado de camundongos no labirinto. Calibre a distância no labirinto usando imagens de vídeo capturadas de uma régua ou outro objeto de comprimento conhecido.
   NOTA: Os métodos comportamentais neste procedimento funcionará com uma variedade de sistemas de aquisição de dados e os autores assumem anyoA execução desse procedimento é proficiente no uso do sistema de aquisição de dados escolhido. Análises de potência indicam que são necessários tamanhos de amostra de 10-15 ratinhos por grupo para um p <0,2.
3. Remova a gaiola do rack e gentilmente coloque-o sobre uma mesa em estreita proximidade com o Y-labirinto. Remova o mouse de sua gaiola doméstica e gentilmente coloque-o em um braço do labirinto Y, de frente para o centro. Ter o investigador passo longe o suficiente do labirinto para que o mouse não pode ver o investigador.
4. Ative o sistema de aquisição de dados / vídeo imediatamente após a colocação do mouse no labirinto.
5. Pressione play e grave o comportamento espontâneo de cada mouse por um período de 10 min. Quando a sessão estiver concluída, coloque o mouse gentilmente em sua gaiola doméstica e retorne a gaiola ao rack.
6. Limpe cuidadosamente o labirinto entre cada sessão com um pano higiênico sem corante, 70% EtOH, seguido por dH ₂ O. Repita do passo 3.4 para avaliar todos os micE.
7. Uma vez que todos os ratos tenham concluído a exploração do labirinto em Y, analisar os dados do sistema de aquisição ou manualmente marcar os vídeos das sessões. Uma entrada de braço ocorre quando todas as 4 patas do rato cruzam o limiar da zona central e para dentro do braço e o focinho do animal está orientado para a extremidade do braço.
   NOTA: Os pontos finais que serão analisados ​​incluem: distância total percorrida no labirinto, distância total percorrida dentro de cada braço (incluindo a zona central), tempo total gasto em cada braço (incluindo a zona central), número total de entradas de braço, Entradas feitas em cada braço, e uma lista seqüencial de armas entrou para avaliar o número de alternâncias feitas.
8. Uma alternância espontânea ocorre quando um rato entra num braço diferente do labirinto em cada uma das 3 entradas de braço consecutivas. A% de alternância espontânea é então calculada com a seguinte fórmula.
   
   NOTA: Por exemplo, iF a ordem de entrada do braço foi: ABCCBABCABC, o investigador teria um total de 6 alternâncias espontâneas (por ordem: ABC, CBA, ABC, BCA, CAB, ABC). Com um total de 11 entradas de braço, a% de alternância espontânea seria de 67%.
9. Faça as seguintes verificações de controle de qualidade para garantir que os dados representam uma avaliação imparcial da alternância espontânea.
   1. Realizar uma correlação de Pearson de alternância espontânea% para a distância total percorrida eo número de entradas de braço feitas.
      NOTA: Se houver uma correlação significativa de% espontânea alternação para qualquer parâmetro, em seguida, os dados devem ser mais analisados ​​devido à influência potencial da locomoção hiperdinâmica sobre o cognitivo aparente final ¹⁰ .
   2. Analise o número de entradas feitas em cada braço com um teste de ANOVA de 1 via.
      NOTA: Se esta análise é significativa, então isso indicaria a presença de sinais no ambiente que atraiu ratos para um regi particularSobre do labirinto.

4. Avaliação da Memória de Reconhecimento de Mediano Prazo Medindo o Novo Reconhecimento de Objetos ^{11 , 12 , 13}

1. Para cada fase deste ensaio, limpe cuidadosamente a arena de campo aberto com uma toalha germicida de branqueamento não aromatizada, EtOH a 70% seguida por dH2O antes da utilização inicial.
2. Um dia antes da exposição do objeto, habituar os ratos para a arena campo aberto.
   1. Antes do início da sessão de habituação, configurar o sistema de aquisição de dados ou câmeras de vídeo e confirmar o rastreamento adequado de ratos no labirinto. Calibre a distância na arena usando imagens de vídeo capturadas de uma régua ou outro objeto de comprimento conhecido. Marque os cantos da arena no software para permitir a pontuação de vieses posicionais.
      NOTA: Os métodos comportamentais neste procedimento funcionará com uma variedade de dados de aquisição syE os autores assumem que qualquer pessoa que execute este procedimento é proficiente no uso de seu sistema de aquisição de dados escolhido. As análises de potência indicam que são necessários tamanhos de amostra de 15-20 ratinhos por grupo para um p <0,2.
   2. Remova a gaiola do rack e gentilmente coloque sobre uma mesa em estreita proximidade com a arena.
   3. Remova o mouse da gaiola de casa e gentilmente coloque o mouse no centro da arena. Ligue o software de rastreamento e / ou sistema de gravação de vídeo imediatamente após colocar o mouse na arena.
   4. Permitir que os ratos explorem livremente a arena por 30 min.
      NOTA: Durante este período, os investigadores não perturbarão os ratos.
   5. Após a sessão de habituação, coloque os ratos de volta em sua gaiola caseira e limpe a arena cuidadosamente com um pano de lixívia germicida sem solvente, EtOH a 70% seguido de dH ₂ O.
   6. Repita da etapa 4.2.2 até que todos os ratos tenham sido habituados à arena.
   7. Depois que todos os ratos foram hábitoPara a arena, analisar o vídeo.
      NOTA: Os pontos finais a analisar incluem a distância total percorrida na arena eo tempo gasto perto de cada canto. Se relevante para o modelo de rato, os comportamentos estereotipados são incluídos nestas análises ( isto é , salto de canto mioclónico, circulação, etc. ). Os ratos que exibem viéses no tempo gasto em regiões particulares da arena são excluídos de outras experiências, uma vez que isto irá influenciar a exploração de objectos.
      NOTA: A primeira fase do novo reconhecimento de objeto envolve a familiarização de ratos com um objeto. Aqui, esta porção do novo procedimento de reconhecimento de objectos será referida como a fase de Amostra.
   8. Antes do início de uma sessão de fase de amostra, coloque objetos na arena e fixá-los ao chão com uma massa de montagem para que os animais não podem mover os objetos. Alinhar dois objetos idênticos a uma parede particular com distância suficiente entre as paredes e objetos para que os ratos possam explorar livremente os objetos deLes
   9. Configurar o sistema de aquisição de dados ou câmeras de vídeo e confirmar o rastreamento adequado de ratos e objetos no labirinto. Calibre as distâncias na arena usando imagens de vídeo capturadas de uma régua ou outro objeto de comprimento conhecido.
   10. Marque os cantos da arena no software para permitir a pontuação de vieses posicionais. Marque objetos no software e rastreie seu comportamento exploratório separadamente para cada objeto ( isto é , "Objeto A" e "Objeto B").
   11. Remova a gaiola do rack e gentilmente coloque-o sobre uma mesa em estreita proximidade com a arena.
   12. Remova o mouse da gaiola doméstica e gentilmente coloque-o no centro da arena, de frente para os objetos.
   13. Permitir que o mouse para explorar livremente os objetos por 15 min. Durante este período não perturbe os ratos.
   14. No final da sessão, coloque o mouse com cuidado em sua gaiola doméstica. Limpe a arena e os objetos com EtOH a 70% e dH ₂ O. Coloque esses objetos de volta paraE arena.
   15. Repita o passo 4.2.11 até que todos os ratos estejam familiarizados com um objeto.
   16. Uma vez que todos os ratos foram familiarizados com um objeto, analisar os vídeos.
       NOTA: As explorações de objetos são contadas uma vez cumpridos os seguintes critérios: o mouse está orientado em direção ao objeto, o focinho fica a 2 cm do objeto, o ponto médio do corpo do animal está além de 2 cm do objeto eo critério anterior Foram cumpridas durante pelo menos 1 s. Além disso, se um animal tiver satisfeito os critérios de exploração mas tiver imobilidade> 10 s, então a luta exploratória é considerada terminada.
   17. Calcule uma pontuação de polarização de objeto para cada mouse da seguinte maneira.
       
       NOTA: Os murganhos que exibem uma pontuação de polarização do objecto abaixo de 20% ou acima de 80% são excluídos da experimentação adicional.
3. A fase final do novo reconhecimento de objetos envolve a avaliação do comportamento exploratórioDirecionado tanto para um objeto novo e familiar no ambiente, aqui referido como a fase de Teste. Esta fase é realizada 2-3 horas após a conclusão da fase da amostra.
   1. Antes do início de uma sessão de fase de teste, coloque objetos na arena e fixe-os ao chão para que os animais não possam mover os objetos.
      1. Coloque os objetos na mesma posição na arena em relação à fase de amostra ¹³ .
      2. Balance a posição relativa de objetos novos e familiares através de genótipos e grupos de tratamento.
      3. Certifique-se de que há uma distância suficiente entre as paredes e os objetos para que os ratos possam explorar livremente os objetos de todos os ângulos.
   2. Configure o sistema de aquisição de dados e / ou câmeras de vídeo. Confirme o rastreamento adequado de ratos e objetos no labirinto. Calibrar distâncias na arena usando imagens de vídeo capturadas de uma régua ou outro objeto de comprimento conhecido.
   3. Marque cantos da arena no softwSão para permitir a pontuação de vieses posicionais. Marque objetos no software e rastreie o comportamento exploratório de cada objeto individualmente ( isto é , "Novel" e "Familiar").
   4. Remova a gaiola do rack e gentilmente coloque-o sobre uma mesa em estreita proximidade com a arena.
   5. Coloque delicadamente animais no centro da arena, de frente para os objetos. Gravar ratos explorando livremente objetos por 10 min.
   6. No final da sessão de teste, remova os ratos da arena e coloque os ratos de volta em sua gaiola doméstica. Limpe cuidadosamente arena e objetos com uma lixívia sem corante germicida, 70% EtOH e dH ₂ O após cada sessão.
   7. Repetir do passo 4.4.3 até que todos os animais tenham sido avaliados.
   8. Uma vez que a exploração do objeto é medida para todos os ratos, os vídeos são analisados.
      NOTA: As explorações de objetos são contadas uma vez que os seguintes critérios foram atendidos: o mouse está orientado em direção ao objeto, o focinho fica a 2 cm do objeto, o ponto médio deO corpo do animal está a mais de 2 cm do objecto e os critérios anteriores foram cumpridos durante, pelo menos, 1 s. Além disso, se um animal tiver satisfeito os critérios de exploração mas tiver imobilidade> 10 s, então a luta exploratória é considerada terminada.
   9. Avalie o reconhecimento de objetos novos comparando o tempo gasto explorando o romance com o objeto familiar. Três métodos são comumente relatados na literatura.
      1. Analise o tempo cru gasto explorando objetos novos e familiares usando um teste de medida repetida. Este método é melhor utilizado quando o genótipo e / ou tratamento não afetam o tempo total de exploração.
      2. Calcule preferência de novidade, usando a equação:
         
         NOTA: Isto fornece a percentagem de tempo gasto a explorar o novo objecto em relação ao tempo total explorando objectos. Os valores variam de 0% (nenhuma exploração de objeto novo) a 100% (exploraçãoJect), com um valor de 50% indicando tempo igual passado explorando objetos novos e familiares.
      3. Calcular índice de discriminação ¹¹ , usando a equação:
         
         NOTA: Isto produz a diferença no tempo gasto explorando os objetos novos e familiares relativos ao tempo total gasto explorando objetos. Os valores variam de -1 (exploração somente do objeto familiar) a +1 (exploração somente do objeto novel, com um valor de 0 indicando tempo igual gasto explorando objetos novos e familiares.
   10. Remover os animais que não participam na sessão de teste devido à locomoção hiperdinâmica ou outras estereotipias, a partir da consideração ¹¹ .
       NOTA: Os critérios utilizados para a remoção devem ser objetivos e determinados a priori para o modelo do rato ( ou seja , < ^5º percentil para o tempo total de exploração e> 100Ângulo de viragem durante a sessão de teste ou> tempo de percentil 50 exibindo salto de canto mioclônico).

5. Avaliação da função corticospinal em camundongos com fecho de membros ¹⁴

1. Documento de vídeo toda a sessão. Grave o vídeo usando um dispositivo portátil portátil (por exemplo , smartphone ou equivalente).
   NOTA: As análises de potência indicam que são necessários tamanhos de amostra de 10-15 ratinhos por grupo para um p <0,2.
2. Remova a gaiola de casa do rack e coloque-o sobre uma mesa. Documente o ID animal no vídeo antes da próxima etapa.
3. Suavemente remover o mouse de sua gaiola e suspender pela cauda para 5-10 s. O vídeo deve gravar as patas traseiras do animal e as patas dianteiras enquanto estiver suspenso.
4. Depois de capturar pelo menos 5 s de vídeo, coloque o mouse de volta em sua gaiola de casa, e retornar a gaiola para o rack.
5. Limpa a mesa. Repita do passo 5.2 até que todos os ratos tenham sido recorde D.
6. Pontuação do membro classificando a partir de vídeos de ratos suspensos por sua cauda em uma escala de 0-4 (ver Tabela 1 para descrição de pontuação). Inspecionar vídeos de ratos suspensos e, em seguida, atribuir uma pontuação com base nos seguintes critérios.
   1. Nenhum membro abraçando. Extensão de escape normal. Um membro traseiro exibe esticamento incompleto e perda de mobilidade. Dedos do pé exibem normal splay.
   2. Ambos os membros traseiros exibem esticamento incompleto e perda de mobilidade. Dedos do pé exibem normal splay.
   3. Ambos os membros traseiros exibem apertando com dedos dobrados e imobilidade.
   4. Forelimbs e membros traseiros exibem clasping e são cruzados, dedos do pé ondulados e imobilidade.
7. Todos os ratinhos são avaliados por 2 investigadores independentes. Qualquer mouse onde as 2 pontuações diferem em mais de 1 ponto é rescorado novamente.
   1. As pontuações que diferem são médias.

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Tabela 1: Descrição das Pontuações de Limb Clasping.

Resultados

Os ratinhos Tg2576 envelhecidos apresentam défices robustos em alternações espontâneas feitas dentro de um labirinto em Y ^{15 , 16} , um fenótipo que pode ser replicado usando os métodos detalhados aqui ( Figura 1A ). Embora uma tendência para aumento das entradas de braço seja observada nestes ratinhos ( Figura 1B ), a hiperactividade observada nesta linha de ratinhos não afectou a taxa de alternância espontânea ( Figura 1C ). Em contraste, ratos rTg4510 envelhecidos parecem exibir alternância espontânea aumentada quando colocados num labirinto em Y ( Figura 1D ). Isto é devido à extrema hiperatividade ( Figura 1E ) e à estereotipia ¹⁰ , que interferem significativamente na medida da alternância espontânea ( Figura 1F ). Ao avaliar inicialmente ratos nesta tarefa, é fundamental garantir que as entradas de braço e / ou a distância percorrida não sejamSignificativamente correlacionada com a taxa de alternância espontânea.

Antes da avaliação do reconhecimento de novos objectos, os ratinhos estão habituados à arena onde o teste será realizado. Durante a habituação, a hiperatividade ( Figura 2A ) e outros comportamentos estereotipados relevantes para o modelo de murganho podem ser avaliados. Durante a fase de amostragem, é crítico medir a exploração de cada objeto separadamente para que os ratos que exibem viéses significativos no comportamento exploratório possam ser excluídos da avaliação adicional ( Figura 2B , círculos abertos). O reconhecimento de novos objetos é avaliado comparando a exploração de um objeto familiar e novo, e é comumente analisado de três maneiras diferentes. Se o tempo exploratório total for comparável entre os genótipos e / ou grupos de tratamento, então o tempo cru explorando cada objeto e os testes apropriados de medidas repetidas podem ser usados ​​para determinar se havia diferenças no novo objeto rCognição ( Figura 2C ). Se uma estirpe de rato particular exibe diferenças no tempo exploratório total, o novo reconhecimento de objectos pode ser avaliado usando preferência de novidade ( Figura 2D ) ou índice de discriminação ( Figura 2E ).

Classificar os membros é um teste motor funcional que quantifica déficits na função corticospinal. O estrechamento de membros, que não é uma medida cognitiva, é observado em vários modelos de ratos tau transgênicos ^{6 , 17 , 18 , 19} e recapitula alguns dos déficits motores funcionais observados em pacientes com DA tardia. A suspensão de ratinhos pela cauda provoca uma resposta de escape ( Figura 3A , "0"). Os déficits na capacidade de esticar os membros traseiros e estender os dedos são pontuados com base na sua gravidade numa escala de 0-4 ( Figura 3A). Utilizando o procedimento aqui delineado, pode-se observar o fechamento significativo de membros em ratinhos rTg4510 ( Figura 3B ).

Figura 1: Alternância espontânea no Y-labirinto. ( A ) Quando colocados em um labirinto em Y, os ratos adotam uma estratégia de busca perdida que resulta em um padrão de exploração pelo qual cada braço é explorado apenas uma vez para cada entrada de 3 braços. Os ratos Tg2576 envelhecidos apresentam um déficit significativo na alternância espontânea. Utilizando os procedimentos descritos neste método, observou-se uma restauração significativa da alternância espontânea após tratamento com um composto proprietário. Os dados foram analisados ​​utilizando ANOVA de 1 via e as comparações pós-hoc com Tg-PBS foram realizadas utilizando o teste de Dunnett. ** p <0,01. As barras de erro indicam SEM. ( B ) O número de entradas de braço não foi significativamente diferenteDos grupos monitorizados nesta experiência. Os dados foram analisados ​​utilizando o teste ANOVA de 1 via. As barras de erro indicam SEM. ( C ) Não houve correlação entre a alternância espontânea eo número de entradas de braço feitas, indicando que quaisquer diferenças na atividade locomotora espontânea não afetaram a quantificação da alternância espontânea. O teste de correlação foi realizado utilizando a análise de correlação de Pearson. ( D ) Quando colocados num labirinto em Y, ratinhos rTg4510 (6 meses) parecem exibir uma alternância significativamente mais espontânea em relação aos ratinhos WT de camundongos. Os dados foram analisados ​​por ANOVA de 1 via e as comparações pós-hoc com Tg-PBS foram realizadas utilizando o teste de Dunnett. ** p <0,01. As barras de erro indicam SEM. ( E ) rTg4510 fizeram significativamente mais entradas de braço devido à sua locomoção hiperdinâmica extrema. Os dados foram analisados ​​por ANOVA de 1 via e as comparações pós-hoc com Tg-PBS foram realizadas utilizando o teste de Dunnett. *** p <0,001. As barras de erro indicam SEM. ( F ) O comportamento de alternância espontânea correlacionou-se significativamente com as entradas de braço, indicando que o fenótipo locomotor hiperdinâmico obscureceu a verdadeira alternância espontânea. O teste de correlação foi realizado utilizando a análise de correlação de Pearson (r = 0,7, p <0,0001). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Reconhecimento de Objeto Novel. ( A ) A habituação da arena permite medir a locomoção espontânea e outros comportamentos estereotipados relevantes para um modelo de rato particular. Aqui, ratos Tg2576 envelhecidos (22 meses) exibem uma locomoção significativamente mais espontânea em relação aos ratinhos WT de camundongos. Os dados foram analisados ​​por ANOVA de 1 via e as comparações pós-hoc com a Tg-Veh foram efectuadas utilizando Dunnett 'S teste. ** p <0,01. As barras de erro indicam SEM. ( B ) Durante a fase de amostragem, a exploração de dois objetos idênticos foi monitorada separadamente. Os camundongos que apresentam grandes desvios em direção à exploração de um dos dois objetos (círculos abertos) foram excluídos da fase de teste. ( C - E ) O reconhecimento de novos objetos foi avaliado através da medição da exploração de um objeto novo e familiar. O novo reconhecimento de objeto foi avaliado usando ( C ) tempo de exploração bruta, ( D ) preferência de novidade ou índice ( E ) de discriminação. Os dados no painel C foram analisados ​​utilizando uma ANOVA de 2 vias com medidas repetidas e foram feitas comparações em pares utilizando o teste de Sidak. Os dados nos painéis DE foram analisados ​​com uma ANOVA de 1 via e as comparações pós-hoc com a Tg-Veh foram feitas utilizando o teste de Dunnett. * P <0,05, ** p <0,01. As barras de erro indicam SEM. Por favor cliqueAqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Fecho de membros. ( A ) Imagens representativas de ratinhos que exibem vários graus de agarramento de membros como descrito na Tabela 1. ( B ) Os ratinhos rTg4510 (6 meses) exibem um estreitamento significativo de membros em relação aos ratinhos WT de camundongo, conforme marcado utilizando estes métodos. Os dados foram analisados ​​utilizando uma ANOVA de 1 via e as comparações pós-hoc com Tg-PBS foram realizadas utilizando o teste de Dunnett. *** p <0,001, **** p <0,0001. As barras de erro indicam SEM. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussão

Significado da técnica com respeito aos métodos existentes
Este procedimento foi concebido para pesquisar a actividade in vivo de compostos em modelos de ratinho transgénicos de p-amiloidose e tauopatia. A abordagem escalonada empregada aqui garante a detecção de compostos eficazes em domínios cognitivos relevantes para AD ³ . Além disso, a abordagem detalhada aqui usa testes comportamentais que têm endpoints claramente definidos, controlos de controle de qualidade facilmente implementáveis, podem ser executados em um formato de throughput moderado e requerem pouca intervenção do investigador. Estas características resultam em ensaios que apresentam boa reprodutibilidade dentro de animais e entre coortes, o que resulta em baixa variação intra e inter-ensaio e tamanhos de efeito (2 ≤ f ≤ 6) que são suficientemente robustos para suportar o perfil comportamental num ambiente de descoberta de fármacos.

Passos críticos dentro do PrOtocolo
Muitos modelos de camundongos em uso para descobertas de fármacos AD apresentam comportamentos consistentes com ansiedade e agressão aumentadas. Isso torna a manipulação habituação essencial para a realização de qualquer um dos testes comportamentais descritos aqui. Como esses testes dependem de comportamentos desmotivados, manipulação brusca pelo investigador devido a um rato hiperativo e ansioso ou agressivo pode influenciar significativamente o desempenho. Ansiedade aumentada pode resultar em falha na execução da tarefa, reduzindo o poder geral do teste. Além disso, os níveis de luz na arena são essenciais para facilitar a locomoção espontânea necessária para cada teste. Luz brilhante tende a aumentar a ansiedade e suprimir a locomoção em roedores, portanto, cuidado deve ser tomado para ajustar os níveis de luz ambiente para 30-35 lux na arena.

Outro aspecto crítico do procedimento é a minimização de fortes sinais ambientais que interferem com a capacidade de um animal para executar as tarefas. Limpeza doArena e objetos entre corridas é essencial como ratos são atraídos para novos aromas no ambiente. A falha em limpar completamente a arena e objetos pode resultar em distorção da atividade espontânea do mouse e mascarando o verdadeiro desempenho cognitivo. Os investigadores também devem minimizar o uso de produtos de higiene pessoal e de colônias / perfumes ao realizar esses procedimentos. Por fim, os roedores exibem mudanças diurnas e circadianas robustas em muitos comportamentos abertos ^20, incluindo aprendizagem e memória ²¹ . Portanto, para minimizar a variância devido aos ritmos diurnos nos comportamentos basais e no desempenho cognitivo, todos os testes devem ser feitos na mesma hora do dia entre coortes e estudos.

Além disso, especificamente no que se refere ao reconhecimento de novos objectos, o intervalo de atraso entre a fase de amostra e de teste e a selecção e colocação de objectos no ambiente são parâmetros críticos. A memória existe em 3 formas distintas: mem(STM), memória de termo intermediário (ITM) e memória de longo prazo (LTM) ^{22 , 23} . Alterar o intervalo entre a amostra e as fases de teste de minutos (STM) para horas (ITM) ou dias (LTM) irá alterar o tipo de memória testada pelo procedimento ¹² . Além disso, antes de executar o novo teste de reconhecimento de objectos, muitos objectos devem ser rastreados numa coorte de teste de ratinhos para potenciais vieses na exploração. Um objeto que é excessivamente atraente ou repulsivo para a coorte de teste não pode ser usado ao avaliar novo reconhecimento de objeto. Idealmente, todos os objetos que serão empregados no teste, quando colocados em uma arena, obterão tempos iguais de exploração de uma coorte ingênua de camundongos. Testes e otimização inadequados de objetos podem reduzir significativamente o poder do novo reconhecimento de objetos.

Modificações e Solução de Problemas
Existem vários fatores que podem aumentar aVariabilidade aparente nos testes cognitivos descritos aqui. Muitos modelos de ratos de AD exibem locomoção hiperdinâmica ³ que pode mascarar ou alterar comportamentos medidos como o ponto final cognitivo. Além disso, há evidências crescentes de que o sexo ^{24 , 25 , 26} e mesmo o genótipo materno ²⁷ podem influenciar o desenvolvimento e a progressão da neuropatologia e fenótipos cognitivos em modelos de ratos AD. Variabilidade inesperada ou incapacidade de implementar uma tarefa comportamental pode ser devido a qualquer um desses fatores. Ao implementar primeiro um teste comportamental específico, os resultados devem ser sempre estratificados por sexo, idade e, se aplicável, genótipo materno. Além disso, as verificações de qualidade descritas neste procedimento devem ser sempre realizadas para garantir que a hiperatividade ou outros comportamentos estereotipados não estejam interferindo na quantificação de pontos de avaliação cognitivos.

EnvO endurecimento também pode influenciar o comportamento exploratório espontâneo dos roedores. Perfumes ou sons que são indetectáveis ​​para os pesquisadores poderiam atrair ou repelir ratos, distorcendo os resultados de testes cognitivos que dependem do comportamento espontâneo. Ao estabelecer inicialmente um labirinto em Y ou um novo reconhecimento de objetos, é essencial o desempenho das medidas de controle para garantir que não haja viés posicional na exploração de objetos e / ou no ambiente. Se os viés de posição forem observados, então os pesquisadores devem examinar minuciosamente o ambiente e potencialmente ajustar a iluminação, a colocação da arena, a localização da sala de testes em relação a outras salas da instalação ( ou seja , não perto de uma área de alto tráfego ou equipamentos pesados)

A habituação ao ambiente de teste é a chave para alcançar um desempenho ótimo no novo teste de reconhecimento de objetos. Por exemplo, os baixos tempos totais de exploração podem ser devidos a habituação inadequada. Como alternativa ao proc(Secção 2) e arena (Secção 4.2) habituação, habituação ao manuseamento eo ambiente de ensaio pode ser realizada como sessões de 3, 5 min por dia durante 2 dias consecutivos.

Limitações da Técnica
Como com qualquer procedimento, esses testes comportamentais têm limitações. Estes procedimentos têm sido empregados porque testam a função de várias regiões corticais e do hipocampo. Se o modelo de rato não apresentar défices funcionais nas regiões cerebrais sondadas por estes testes, então estas técnicas não serão úteis. Além disso, escolhemos testes cognitivos que detectem a memória de curto prazo. Se não se espera que o mecanismo de ação do composto sob avaliação pré-clínica afete a memória de curto prazo, esses procedimentos devem ser modificados de acordo ( isto é , aumentando o intervalo de fase do teste de amostra para testar a memória de longo prazo). Por fim, esses testes usam comportamentos desmotivados. Portanto, se um modelo de mouse é excesHiperativa ou exibe outros comportamentos estereotipados que impedem a exploração do ambiente, então esses procedimentos podem não ser otimizados. Como uma alternativa, pode-se usar o condicionamento do medo para Tg2576 ou outros modelos de camundongos β-amiloidose, ou o labirinto espacial de água para rTg4510 ou outros modelos de rato de tauopatia ³ .

Aplicações futuras
Uma vez que estes procedimentos tenham sido adoptados com êxito no laboratório, várias modificações ou extensões podem ser feitas para avaliar outras medidas motoras cognitivas e funcionais. Por exemplo, alterar a nova tarefa de reconhecimento de objeto para determinar se um mouse pode reconhecer uma alteração na colocação de um objeto ¹³ . Alternativamente, em vez de usar objetos, pode-se usar outros ratos e implementar um teste de reconhecimento social. No que diz respeito ao aperto dos membros e à função motora, pode-se complementar esse teste com os testes de travamento do fio e / ou força de preensão. Os testesDetalhadas neste método formam uma base sólida para pesquisar compostos que têm eficácia in vivo em modelos de ratinho de tradução para AD e podem ser adaptados ou modificados de muitas maneiras para interrogar melhor um modelo de rato particular ou satisfazer as necessidades de um programa de descoberta de fármaco único .

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Topscan Lite-High Throughput	Cleversys		Análise comportamental automatizada. Inclui câmeras e sistema de aquisição de vídeo, laptop.
ObjectScan	Módulo de software Cleversys		para quantificação precisa da exploração de objetos
Campo aberto para mouse	Cleversys	CSI-OF-M	Arena para reconhecimento de novos objetos
Labirinto em Y para mouse	personalizados		: 30 cm de comprimento, 10 cm de largura, paredes de 20 cm de altura, colocados a 120 graus de distância.
Suporte de câmera para campo aberto	Custom	Custom	76 cm de altura, 115 cm de largura, câmeras montadas @ 30 cm de cada lado.  Duas montagens, cada uma cobrindo duas caixas.
Suporte de câmera para Y-maze	Custom	Custom	76 cm de altura, 115 cm de largura, câmeras montadas @ 30cm de cada lado.  Uma montagem cobre dois labirintos.
Mármores	Inperial Toy	8565	Mármores de vidro padrão (15,5 mm de diâmetro).
Dados	Cardinal Industries	770	Standard (0,650 polegadas) dados brancos com pontos pretos.
LOCTITE Fun-Tak	Henkel	B018A3AG0W	Tak pegajoso azul padrão
EtOH	Nexeo Solutions	82452	100% Etanol Diluído a 70% usando água destilada
dH2O	Tulpenhocken Spring Water Co.	-	PA D.E.P. #31, NJ D.O.H. #0049, NYSHD Cert. #320
Toalhas de papel	Procter & Gamble	B019DM86LA	Bounty, Câmera
de vídeo portátil	Apple, Inc.	MKV92LL/A	Aquisição de vídeo de aperto de membros, Iphone 6S Plus (ou equivalente funcional).
Luvas	SafePOINT, L.L.C.	GL640-2	Padrão, luvas de látex sem pó,
medidor de luz	Dr. Meter	LX1330B	iluminação @ a parte inferior do campo aberto = 35 LUX, iluminação @ parte inferior do Y-Labirinto = 32 LUX
Toalhetes germicidas de alvejante	Clorox		Esterilização do equipamento durante e após o uso