Coleta de dados comportamentais de ratos autoiniciados para caracterizar déficits pós-AVC
15 de março de 2024
Um sistema para adquirir dados de sessões de comportamento individual autoiniciadas dentro de um ambiente de gaiola de colônia social é apresentado. A eficácia deste sistema é demonstrada por meio de uma avaliação automatizada de alcance qualificado, permitindo a caracterização de deficiências motoras pós-AVC, possíveis alterações comportamentais relacionadas à motivação, variações circadianas e outras variáveis dependentes inovadoras.
Esta pesquisa visa abordar as limitações típicas em experimentos baseados em comportamento, permitindo que os animais vivam em colônias enriquecidas. O objetivo é facilitar testes e treinamentos comportamentais autoiniciados e demonstrar como essa abordagem pode gerar dados individualizados válidos, incluindo variáveis dependentes pós-AVC, típicas e novas. Existem vários desafios para os pesquisadores que conduzem experimentos comportamentais, incluindo gastar tempo em treinamento comportamental e minimizar quaisquer possíveis fatores de confusão associados ao manuseio humano de roedores e à privação de comida, exercícios e interação social.
Esperançosamente, as descobertas deste protocolo mostram a utilidade de buscar abordagens automatizadas, livres de humanos e/ou ecologicamente enriquecidas para a coleta de dados comportamentais. Esperamos que isso encoraje outros pesquisadores a utilizar métodos de alto rendimento para explorar novas variáveis e uma série de paradigmas experimentais. Para começar, obtenha um pré-montado catraca de rato ou ORT.
Conecte uma identificação por radiofrequência, ou leitor RFID, ao ORT e, em seguida, fixe a antena RFID ao tubo ORT. Conecte os ORTs entre o aparato comportamental e o enjaulamento da colônia. Instale o sistema RFID para ler os animais à medida que passam pela ORT.
Introduza uma coorte do mesmo tamanho de ratos no enjaulamento da colônia. Treine o rato para entrar regularmente no aparato comportamental através da TRO. Em seguida, introduza a alça de pesquisa no aparelho de alcance qualificado.
No programa Arduino, para definir a alça de puxar para a sensibilidade mais alta, vá para o RAT. H e defina o limite de força necessário para iniciar uma tração. Retraia a alavanca diariamente em 0,25 a 0,5 milímetros até atingir uma posição final de um a 1,25 centímetros fora da câmara.
Inicie um programa de treinamento de percentil para aumentar progressivamente as forças de tração necessárias para ativar a alça. Uma vez que o rato atinja de forma confiável a faixa de critério final de 120 gramas, remova o programa de treinamento de percentil e fixe o critério de ativação da alça em 120 gramas. Recupere o rato induzido por derrame em uma gaiola tradicional por três a sete dias.
Após a recuperação, retorne o rato ao enjaulamento da colônia com a ORT conectada ao aparelho de alcance qualificado. Complete o teste comportamental com requisitos de tração de 120 gramas até que dados suficientes sejam coletados para avaliar os déficits pós-AVC. Em avaliações de alcance qualificadas, variações significativas na taxa de sucesso, força média por puxão e puxões por ataque de ratos foram observadas após a indução do AVC.
O AVC não afetou o início da sessão. As mulheres iniciaram consistentemente mais sessões do que os homens, sem alteração na taxa após o AVC. Em contraste, a maioria dos ratos exibiu aumento da duração da câmara, possivelmente devido à redução das taxas de sucesso da luta.
O derrame afetou o padrão circadiano das distribuições de sessões ao longo do dia em homens e mulheres. Antes do AVC, os animais se envolveram com a tarefa principalmente no início do ciclo de luz e nas fêmeas pouco antes do início do ciclo escuro. Após o derrame, homens e mulheres mudaram para aumentar gradualmente o envolvimento ao longo do ciclo de luz.
A pesquisa translacional de AVC atualmente utiliza vários ensaios de comportamento cruciais, mas a maioria requer testes intensivos e individuais e treinamento ocasional com animais. Além disso, as variáveis de auto-iniciação raramente são capturadas, pois os ensaios apresentam predominantemente experimentos ou sessões e tarefas iniciadas. Comparado às abordagens típicas de treinamento e teste comportamental, este protocolo oferece várias vantagens.
Ele aborda confusões associadas ao manuseio humano, reduz o trabalho diário dos pesquisadores, permite várias fontes de enriquecimento e até fornece novas medidas de variáveis circadianas e de iniciação.
Visão Geral
Esta pesquisa apresenta um sistema para a aquisição de dados de sessões de comportamento autoiniciado em um ambiente de gaiola colonial social. Demonstra a eficácia de uma avaliação automatizada de alcance treinado para caracterizar déficits motores pós-acidente vascular cerebral e outras alterações comportamentais.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Ciência Comportamental
- Coleta Automatizada de Dados
Antecedentes
- Experimentos tradicionais baseados em comportamento frequentemente enfrentam limitações.
- A criação em colônias enriquecidas pode facilitar comportamentos mais naturais.
- O manuseio humano pode introduzir fatores de confusão em estudos comportamentais.
- Métodos automatizados podem aumentar a validade dos dados e a produtividade.
Objetivo do Estudo
- Permitir testes comportamentais iniciados pelo próprio animal em roedores.
- Gerar dados individualizados válidos relacionados a variáveis pós-acidente vascular cerebral.
- Incentivar métodos de alto rendimento na pesquisa comportamental.
Métodos Utilizados
- Utilização de um gira-gira para rato pré-montado ou ORT.
- Avaliação automatizada de preensão habilidosa para coleta de dados.
- Testes comportamentais em um ambiente enriquecido ecologicamente.
- Minimização do manuseio humano durante os experimentos.
Resultados Principais
- Demonstrou a viabilidade de avaliações comportamentais automatizadas.
- Identificou possíveis alterações comportamentais relacionadas à motivação.
- Caracterizou variações circadianas no comportamento.
- Mostrou a utilidade de métodos de coleta de dados sem intervenção humana.
Conclusões
- Sistemas automatizados podem aumentar a validade dos dados comportamentais.
- Testes autoiniciados podem revelar novos insights comportamentais.
- Incentivo aos pesquisadores para adotar métodos de alto rendimento.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A realização automatizada e autônoma de testes comportamentais em ambientes enriquecidos de colonização permite a quantificação de alto rendimento e isenta de viés dos déficits pós-AVC em modelos pré-clínicos com ratos. Essa abordagem reduz interferências induzidas pelo homem e a demanda de mão de obra, favorecendo dados mais preditivos e clinicamente relevantes para a descoberta de fármacos para o sistema nervoso central. O método aprimora a tomada de decisões em portfólios ao fornecer desfechos comportamentais robustos e individualizados para validação de alvos e desvio mecanicista de riscos.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite avaliação objetiva de déficits motores e comportamentais após acidente vascular cerebral para validação de alvos funcionais.
- Apoia a redução de riscos mecanicistas ao quantificar variáveis comportamentais tradicionais e novas.
- Facilita a confiança preditiva no engajamento de alvos no sistema nervoso central por meio de dados individualizados e de alta resolução.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Prepara sistemas comportamentais validados e reprodutíveis para triagem de compostos em etapas subsequentes.
- Padroniza saídas quantitativas, como força de tração, análise de episódios e taxas de início.
- Permite a coleta escalonável e automatizada de dados para avaliação confiável de candidatos terapêuticos.
Pesquisa Translacional e Pré-Clinica
- Alinha desfechos comportamentais com modelos relevantes para a doença, visando o desenvolvimento translacional de biomarcadores.
- Garante continuidade do estágio inicial de descoberta até a validação pré-clínica, minimizando o viés humano.
- Apoia decisões de avanço ajustadas ao risco com conjuntos de dados comportamentais robustos e transversais a diferentes condições.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este sistema automatizado de testes comportamentais integra-se desde a descoberta inicial até a identificação de compostos promissores e validação pré-clínica em pipelines de pesquisa do SNC.
- Biologia da Descoberta: Fornece testes baseados em hipóteses sobre déficits funcionais pós-AVC e trajetórias de recuperação.
- Triagem: Fornece leituras comportamentais quantitativas e reprodutíveis para avaliação de compostos.
- Análises: Permite comparação estatística de taxas de sucesso, métricas de força e padrões circadianos entre coortes.
- Pesquisa Translacional: Conecta achados pré-clínicos a desfechos clínicos por meio da modelagem de comportamento e recuperação naturalistas.
- Reutilização Empresarial: Oferece uma plataforma escalável e reutilizável para diversos paradigmas comportamentais e indicações neurológicas.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a ambiguidade mecanicista na validação de alvos no sistema nervoso central.
- Valor Operacional: Padroniza e automatiza a coleta de dados comportamentais, melhorando a reprodutibilidade e a produtividade.
- Valor Estratégico: Apoia decisões informadas de avançar/não avançar e a eficiência do capital ao minimizar vieses humanos.
- Impacto sobre o Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de ativos do sistema nervoso central com base em desfechos comportamentais robustos.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em neurociência comportamental e sistemas automatizados de aquisição de dados.
- Necessita de alojamento de colônia com RFID e aparato de alcance qualificado com capacidade de medição de força.
- Exige padronização entre equipes dos protocolos comportamentais e da análise de dados.
- Adaptável a diversos modelos de roedores e indicações neurológicas com ajustes nos protocolos.
- Limitado pelo controle experimental reduzido sobre exposição e cronometragem, conforme observado em estudos de validação.
