Utilizando um sistema de labirinto reconfigurável para melhorar a reprodutibilidade dos testes de navegação espacial em roedores
2 de dezembro de 2022
O presente protocolo descreve um labirinto reconfigurável, um sistema único para testar a navegação espacial e fenótipos comportamentais em roedores. A adaptabilidade deste sistema de labirinto permite a execução de vários experimentos em um único ambiente físico. A facilidade de rearranjo estrutural gera resultados experimentais confiáveis e reprodutíveis.
Este protocolo fornece um ambiente de experimento de labirinto flexível e permite que o experimentador execute várias tarefas de labirinto em um único espaço. A principal vantagem desta técnica é que a forma de labirinto desejada pode ser configurada instantaneamente combinando peças padronizadas. Além disso, esse sistema pode ser facilmente desmontado e reproduzido para e Este método contribui para o estudo dos mecanismos comportamentais e fisiológicos de navegação.
Também é útil em um corpo de teste para rastrear anormalidades comportamentais em animais transgênicos e nocauteadores. Para começar, insira torres com placas de base na placa de perfuração para formar uma estrutura em forma de T do labirinto. Anexe caminhos à parte superior das torres e substitua o caminho na área atrasada por uma esteira.
Anexe alimentadores a cada borda do labirinto e, em seguida, prenda paredes móveis aos ramos esquerdo e direito. Para a execução da tarefa, inicie e conecte a caixa de controle, o microcontrolador e o PC. Escreva um programa para configurar o cronograma de tarefas e receba os parâmetros necessários para o experimento no microcontrolador e, em seguida, execute uma tarefa. Construa a forma de labirinto desejada, mova os ratos das gaiolas domésticas e coloque-os na posição arbitrária do labirinto.
Permita que os ratos explorem livremente o labirinto construído por 10 minutos para se habituar. Configure um programa para executar a tarefa de alternância atrasada com a esteira e altere a forma do labirinto, se necessário. Coloque os ratos em uma posição arbitrária no labirinto e execute o treinamento ou teste da tarefa de alternância atrasada.
Devolva os ratos à gaiola doméstica após cada tarefa e limpe o labirinto completamente com etanol a 70% após cada rato. Aguarde pelo menos 5 minutos antes de usar o labirinto novamente. Para a trajetória do animal, registre o comportamento do animal durante a tarefa de alternância atrasada com uma câmera de vídeo digital montada no teto.
Finalmente, acompanhe as trajetórias em execução usando um software de estimativa de pose sem marcadores com base em imagens capturadas a 50 quadros por segundo. As imagens do teste de labirinto reconfigurável para ratos são mostradas nesta figura. As partes do caminho foram reconfiguradas em várias formas em um único ambiente.
As imagens mostradas aqui representam o teste de labirinto reconfigurável para camundongos. Esses labirintos foram colocados com alimentadores e paredes móveis em qualquer local. A forma do labirinto muda gradualmente durante o trem e as fases de teste da tarefa de alternância atrasada.
O tipo de alimentador usado na tarefa é indicado por uma caixa colorida. As trajetórias de corrida de um rato representativo são mostradas aqui. Essas imagens gráficas representam o desempenho comportamental dos ratos por 4 dias, desde o início do treinamento até o final do teste.
O tempo de conclusão da tarefa para cada fase de treinamento e o primeiro dia da fase de teste são mostrados aqui. As porcentagens de respostas de escolha correta no teste de alternância tardia são apresentadas nesta figura. As linhas pontilhadas indicam os níveis de chance.
O tempo de montagem do labirinto reconfigurável é apresentado nesta figura. A pista linear foi modificada em um labirinto em forma de T com a adição de caminhos, alimentadores e uma esteira. Cinco experimentadores realizaram três ensaios cada, e todos os ensaios foram realizados no mesmo dia.
É importante colocar as partes do labirinto corretamente no chão com furos. Usando a placa de base para determinar o layout, o experimento do labirinto pode ser realizado com alta reprodutibilidade.
Visão Geral
Este protocolo descreve um sistema de labirinto reconfigurável projetado para testar a navegação espacial e fenótipos comportamentais em roedores. Sua adaptabilidade permite que diversos experimentos sejam realizados em um único ambiente, garantindo resultados confiáveis e reprodutíveis.
Componentes Principais do Estudo
Área de Ciência
- Neurociência
- Análise Comportamental
- Modelos de Roedores
Antecedentes
- O sistema de labirinto pode ser rapidamente reconfigurado usando peças padronizadas.
- É útil para estudar mecanismos de navegação e anormalidades comportamentais.
- O protocolo permite a desmontagem fácil e a reprodução de experimentos.
- O rastreamento comportamental é aprimorado por meio de gravação digital em vídeo e análise por software.
Objetivo do Estudo
- Investigar a navegação espacial em roedores.
- Avaliar fenótipos comportamentais em animais transgênicos e com genes knockout.
- Fornecer uma configuração experimental flexível para diversas tarefas em labirintos.
Métodos Utilizados
- Construção de um labirinto em forma de T utilizando torres e caminhos.
- Implementação de uma esteira no labirinto para tarefas de alternância com atraso.
- Gravação do comportamento animal com uma câmera montada no teto.
- Análise das trajetórias de corrida utilizando software de estimativa de postura sem marcadores.
Resultados Principais
- Reconfiguração bem-sucedida das formas do labirinto durante as fases de treinamento e teste.
- Monitoramento do desempenho comportamental ao longo de vários dias.
- Dados quantitativos sobre os tempos de conclusão da tarefa e as respostas corretas.
- Demonstração de alta reprodutibilidade na montagem do labirinto e na execução experimental.
Conclusões
- O labirinto reconfigurável é uma ferramenta versátil para pesquisas comportamentais.
- Ele facilita o estudo da navegação e dos fenótipos comportamentais em roedores.
- O método aumenta a confiabilidade dos resultados experimentais.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A reprodutibilidade e a escalabilidade na fenotipagem comportamental são fundamentais para a validação robusta de alvos e pesquisas translacionais em neurofarmacologia. O sistema de labirinto reconfigurável permite ensaios padronizados e repetíveis de navegação espacial em roedores, apoiando a confiança preditiva e a comparabilidade entre estudos. Esta plataforma aborda um ponto crítico na fase inicial de descoberta, possibilitando triagens comportamentais eficientes e de alto rendimento dentro de um único ambiente experimental.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmácia
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a investigação sistemática da navegação espacial e da função cognitiva em modelos de roedores relevantes para doenças.
- Auxilia na redução de riscos biológicos ao permitir a rápida replicação de múltiplos paradigmas de labirinto para validação funcional de alvos.
- Facilita a triagem de portfólios ao gerar dados comportamentais reprodutíveis em linhagens transgênicas e com genes knockout.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Prepara sistemas comportamentais validados para triagem de compostos e ensaios fenotípicos posteriores.
- Padroniza as condições e os resultados dos ensaios por meio de uma geometria modular e reconfigurável do labirinto.
- Permite leituras comportamentais escaláveis, reprodutíveis e quantitativas para avaliação confiável de compostos.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha os resultados comportamentais de roedores com pontos finais translacionais relevantes para transtornos cognitivos e neuropsiquiátricos.
- Oferece continuidade do estágio inicial de descoberta até a validação pré-clínica, apoiando métricas comportamentais consistentes.
- Reduz a ambiguidade mecanicista ao permitir avaliação precisa e repetível de fenótipos de navegação e aprendizagem.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O sistema de labirinto reconfigurável integra-se ao continuum de descoberta até a pré-clínica, permitindo testes rápidos de hipóteses, padronização de ensaios e reprodutibilidade entre estudos em neurociência comportamental.
- Biologia da Descoberta: Apoia testes baseados em hipóteses de vias de navegação e memória em roedores geneticamente modificados.
- Triagem: Fornece saídas comportamentais quantitativas e reprodutíveis, adequadas para triagem em alto rendimento e estudos comparativos.
- Análises: Oferece rastreamento de trajetórias e métricas de desempenho para análise estatística robusta de desfechos comportamentais.
- Pesquisa Translacional: Conecta a descoberta inicial e a validação pré-clínica ao alinhar dados comportamentais de roedores com desfechos relevantes para doenças.
- Reutilização Empresarial: Oferece uma plataforma modular e reutilizável, adaptável às necessidades de pesquisa em evolução e a diversos delineamentos experimentais.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz o risco biológico por meio de ensaios comportamentais padronizados e reprodutíveis.
- Valor Operacional: Otimiza a configuração experimental, reduz os requisitos de recursos e aumenta a produtividade.
- Valor Estratégico: Melhora a tomada de decisões de avanço ou interrupção de projetos e a alocação de capital ao fornecer dados confiáveis e comparáveis entre diferentes estudos.
- Impacto na Carteira de Projetos: Permite a priorização ajustada ao risco de alvos e modelos com base em fenotipagem comportamental robusta.
Considerações de Implementação
- Requer experiência em neurociência comportamental de roedores e no design de ensaios.
- Necessita de instrumentação para captura digital de vídeo e análises de estimativa de postura.
- Exige padronização entre equipes nos protocolos de montagem do labirinto e de coleta de dados.
- Adaptável a múltiplos modelos de roedores e paradigmas comportamentais com componentes modulares.
- Depende da colocação e montagem precisas para máxima reprodutibilidade e integridade dos dados.
Perguntas Frequentes sobre Biotecnologia Farmacêutica
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:06
Evaluation of Spacial Navigation of Rodents in the Reconfigurable Maze
1:47
Behavioral Experiment, Performance, and Data Analysis
2:48
Results: Maze Shapes in a Single Environment, Maze Expansion and Trajectories of a Rat, and the Performance of Maze Experiments
4:08
Conclusion
