Запись и анализ циркадных ритмов в рабочем колеса деятельность в Грызуны
24 января 2013 г.
Суточные ритмы в добровольном колеса работают активности у млекопитающих тесно связаны с молекулярной колебаний тактового генератора в мозг. Как таковые, эти суточные ритмы в поведении могут быть использованы для изучения влияния генетических, фармакологических и экологических факторов на функционирование этой циркадных часов.
Общей целью этой процедуры является мониторинг циркадных ритмов активности бегового колеса у грызунов. Это достигается путем предварительной сборки соответствующего оборудования. Далее настраивается специализированное программное обеспечение для записи активности бега.
Со временем записанные данные преобразуются в граммы ACTO и периодограммы для анализа. В конечном счете, непрерывный мониторинг активности беговых колес используется для изучения влияния генетических, фармакологических факторов и факторов окружающей среды на циркадные часы у грызунов. Здравствуйте, я доктор Майкл Вер.
Применение этого метода распространяется на диагностику и терапию многих психических состояний, потому что такие состояния, как шизофрения или биполярное расстройство, сопровождаются нарушением циркадных ритмов и сна. Как правило, люди, плохо знакомые с этой техникой, будут бороться с нехваткой подходящего оборудования или программного обеспечения, а также с общим непониманием того, что могут продемонстрировать эти данные. Начните с установки домашней клетки.
Каждый грызун должен быть размещен поодиночке с достаточным пространством для бегового колеса. Клетки с сетчатым настилом используются для исключения любых возможных неофобных последствий частой смены подстилки. Меньшие и легкие колеса используются для мышей, в то время как большие и тяжелые колеса используются для крыс.
Каждая клетка помещена в звукоизоляционный бокс. Несколько клеток могут быть размещены вместе, однако клетки, размещенные поодиночке, избегают возможных помех от окружающих запахов, обеспечивая достаточную вентиляцию. Каждый бокс должен быть оснащен вентилятором, который закрывается колпаком для предотвращения попадания света в маленький свет.
Герметичные вентиляционные отверстия позволяют воздуху поступать в изоляционные боксы из нескольких точек и помогают контролировать поток воздуха. Один источник света должен быть установлен в одном и том же месте над каждой клеткой для обеспечения равномерного освещения между изоляционными боксами. Для исследований, требующих, чтобы животные оставались в темноте, комната сначала освещается тусклым красным светом.
Настройте беговое колесо, которое будет использоваться в исследовании. Убедитесь, что колесо может свободно вращаться и не раскачивается. Каждое беговое колесо должно быть оснащено микропереключателем, который записывает каждый оборот.
Эта информация передается в четыре модуля контроля качества, а затем передается на порт данных DP 24 и, наконец, записывается компьютером, оборудованным жизненно важным видом. Далее загрузите программное обеспечение, которое будет записывать сюда данные. Жизненно важные зрители собирают данные из нескольких одноканальных источников в один компьютерный файл, как только все настроено должным образом.
Начните изучение с помещения выбранного грызуна в его домашнюю клетку. Беговая активность животных будет затем записана с течением времени по истечении установленного периода времени. Специально разработанные программы преобразуют данные в граммы ACTO, которые иллюстрируют ежедневную закономерность активности с течением времени, и периодограммы, которые выполняют спектральный анализ ритма и вычисляют самый сильный период.
В этом примере животные были размещены в соответствии со стандартным светлым темным циклом. В этих условиях эта крыса становилась активной в одно и то же время каждый день, демонстрируя точный 24-часовой пик в грамме периода. Этот пример показывает поведение крысы, которая жила в постоянной темноте.
В этих условиях крыса была активна немного позже каждый день. Следовательно, правый дрейф в грамме Acto и 24,33-часовой пик в грамме periodo. Период свободного хода также можно рассчитать вручную.
Во-первых, проведите черту в начале ежедневной активности. Далее рассчитайте уклон в часах в сутки, и, наконец, прибавьте 24 часа. Здесь аритмичные паттерны активности бегового колеса наблюдаются у крыс с поражением надхаризматического ядра, находящегося в постоянной темноте.
Крысы не могут демонстрировать эндогенный циркадный ритм в активности бегового колеса. Periodo Graham справа подтверждает, что в циркадном диапазоне нет значимого ритма. Условия освещения оказывают сильное влияние на характер работы бегового колеса.
Здесь крыса первоначально размещается в постоянной темноте, что обозначено затененной частью. При этом условии пик активности приходится на 24.33 часа. Затем крысу размещают под постоянным светом, показанным здесь.
В этом состоянии эндогенные циркадные часы нарушаются постепенно в течение двух-трех недель, и крыса становится ритмичной ближе к нижней части этой части Actogram. Наконец, нормальный 12-часовой, 12-часовой цикл светлой темноты был восстановлен, и ритм был восстановлен после его развития. Этот метод проложил путь исследователям, изучающим циркадные ритмы, к изучению свойств циркадных часов у грызунов, и после просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как измерять и анализировать эти ритмы.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
Данное исследование посвящено мониторингу циркадных ритмов активности грызунов в беговом колесе, которые тесно связаны с молекулярными осцилляциями главных часов мозга. Анализируя эти ритмы, исследователи могут изучить влияние различных факторов на функционирование циркадных часов.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Хронобиология
- Поведенческая наука
Обзор
- Циркадные ритмы влияют на различные биологические процессы.
- Добровольная активность по бегу в колесе служит моделью для изучения этих ритмов.
- Понимание этих ритмов может дать представление о генетическом и средовом воздействии.
- Главные часы мозга регулируют эти ежедневные поведенческие паттерны.
Цель исследования
- Для мониторинга циркадных ритмов у грызунов.
- Для оценки влияния генетических, фармакологических и средовых факторов.
- Для использования активности в беговом колесе в качестве показателя функционирования циркадных часов.
Используемые методы
- Сборка оборудования для мониторинга активности.
- Настройка специализированного программного обеспечения для записи данных.
- Преобразование записанных данных в ACTO-граммы и периодограммы.
- Непрерывный мониторинг активности бегового колеса.
Основные результаты
- Анализ данных выявляет закономерности в циркадных ритмах.
- Оценивается влияние различных факторов на циркадные часы.
- Активность на беговом колесе обеспечивает надежное измерение этих ритмов.
- Результаты способствуют пониманию механизмов работы биологических часов у млекопитающих.
Выводы
- Циркадные ритмы у грызунов можно эффективно контролировать с помощью мониторинга активности бега в колесе.
- Генетические, фармакологические и средовые факторы оказывают значительное влияние на эти ритмы.
- Данное исследование углубляет наше понимание циркадной биологии.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Количественный анализ циркадных ритмов активности грызунов в беговом колесе обеспечивает надежный поведенческий показатель для изучения функций главного циркадного осциллятора и экстра-СХЯ осцилляторов. Данный подход позволяет механистически снизить риски при проведении генетических, фармакологических и средовых вмешательств в биологические ритмы, что повышает прогностическую достоверность на этапах раннего поиска и в портфелях трансляционной нейробиологии. Надежное циркадное фенотипирование способствует валидации мишеней и корректировке рисков при продвижении активов, ориентированных на нейропсихиатрию и хронобиологию.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишеней
- Позволяет проводить функциональную оценку генов-кандидатов или соединений, влияющих на выходные сигналы циркадных часов.
- Обеспечивает механистическое снижение рисков за счет разграничения вклада SCN-зависимых и вне-SCN осцилляторов.
- Предоставляет количественные конечные точки для валидации мишеней в исследованиях в области хронобиологии и нейропсихиатрии.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает проведение стандартизированных воспроизводимых поведенческих тестов для скрининга генетических или фармакологических модуляторов циркадной функции.
- Облегчает разработку методов анализа благодаря надежным количественным показателям (например, длительности периода, выраженности ритмичности).
- Позволяет осуществлять масштабируемое высокопроизводительное фенотипирование на моделях грызунов.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет доклинические циркадные фенотипы с клинически значимыми конечными точками при психических расстройствах и нарушениях сна.
- Обеспечивает преемственность от молекулярных открытий до поведенческой валидации in vivo.
- Служит основанием для принятия взвешенных решений по развитию препаратов-кандидатов, нацеленных на циркадные механизмы.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Этот метод интегрируется в континуум от этапа открытия до доклинических исследований, обеспечивая поведенческий показатель для проверки гипотез, валидации мишеней и трансляционного согласования.
- Поиск биологических мишеней: Количественная оценка циркадных фенотипов для уточнения участия сигнальных путей и снижения биологических рисков.
- Скрининг: Предоставление воспроизводимых количественных данных об активности для скрининга соединений или генетического скрининга.
- Аналитика: Построение актограмм и периодограмм для статистического сравнения ритмичности и длины периода.
- Трансляционные исследования: Связь доклинических результатов с поведенческими конечными точками, релевантными для заболевания.
- Корпоративное повторное использование: Создание универсальной платформы для циркадного фенотипирования различных моделей грызунов и различных видов вмешательств.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность при валидации мишеней и механистических исследованиях циркадной биологии.
- Операционная ценность: стандартизирует поведенческое фенотипирование с помощью масштабируемых, воспроизводимых протоколов и аналитики.
- Стратегическая ценность: позволяет принимать обоснованные решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и снижает биологические риски на поздних стадиях разработки нейропсихиатрических препаратов.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритезацию активов, нацеленных на циркадные и поведенческие конечные точки, с учетом рисков.
Особенности реализации
- Для разработки дизайна исследования и интерпретации результатов требуются экспертные знания в области поведенческой нейробиологии и циркадной биологии.
- Необходимо специализированное оборудование (беговые колеса, изоляционные боксы) и программное обеспечение для сбора и анализа данных.
- Требуется межкомандная стандартизация условий содержания, освещения и протоколов обработки данных.
- Может потребоваться адаптация методики для различных видов грызунов или генетических линий.
- При интерпретации аритмичных или нарушенных паттернов необходимо учитывать возможные искажающие факторы, такие как повреждения тканей или артефакты окружающей среды.
