Оценка нарушения пространственной памяти в мышиной модели травматической травмы головного мозга с использованием лабиринта с радиальной водой
17 июля 2017 г.
Здесь мы представляем протокол для специфического для мыши теста познания, который не требует плавания. Этот тест можно использовать для успешного распознавания контролируемых кортикальных травмированных мышей с травмой головного мозга от ложных контролей.
Общая цель данного протокола использования радиального лабиринта с беговой дорожкой в воде (Radial Water Tread Maze) заключается в тестировании пространственной памяти на мышиной модели черепно-мозговой травмы с помощью когнитивной задачи, ориентированной на особенности мышей и не требующей плавания. Этот метод может быть особенно полезен для оценки когнитивных функций в мышиных моделях, где двигательный дефицит и/или отсутствие мотивации делают непрактичным применение протоколов когнитивного тестирования, основанных на плавании, таких как водный лабиринт Морриса. Хотя данный метод может дать представление о групповых различиях и когнитивных функциях в модели черепно-мозговой травмы у мышей, вызванной контролируемым воздействием на кору головного мозга, он также может быть полезен для оценки когнитивных функций у стареющих и трансгенных моделей мышей, которые, как известно, плохо справляются с тестами, основанными на плавании.
В все дни тестирования выполняйте следующие подготовительные этапы. Сначала дайте мышам акклиматизироваться в тестовой комнате, находясь в своих домашних клетках, в течение не менее 30 минут. Круглый лабиринт оснащен визуальными ориентирами вдоль внутренних стенок.
Подвижный бокс для выхода расположен у одного из девяти различных выходных отверстий. Пока мыши акклиматизируются, продезинфицируйте выходы и бокс, используя распылитель с 70% ethanol. Затем заполните лабиринт холодным водой примерно на один дюйм.
Очень важно поддерживать постоянную температуру воды между сериями опытов. Поэтому проводите измерения точно и при необходимости вносите коррективы. Теперь поместите коробку для побега к одному из девяти выходных отверстий.
Используйте источник тепла для поддержания температуры в боксе, в идеале — грелку. Также защитите бокс от света. Бокс для побега должен быть всегда темным, теплым и относительно беззапашным.
Источник света также может служить ориентиром, поэтому не меняйте его положение между испытаниями. Осторожно возьмите подопышную мышь за хвост, извлеките её из клетки и поместите в центр аппарата. Затем немедленно запустите таймер, чтобы измерить время, за которое мышь найдет выход.
Если мышь забирается в тупиковое отверстие и не возвращается в лабиринт самостоятельно в течение 20 секунд, не прекращайте испытание. Вместо этого вручную направьте мышь обратно в центр лабиринта и дайте ей завершить испытание. Если через три минуты мышь не вышла из лабиринта, засчитайте испытание как неудачное и зафиксируйте время как три минуты.
Затем вручную осторожно направьте животное по самому прямому пути к выходу. Оказавшись в боксе для выхода, мышь должна оставаться там в течение одной минуты. Затем перенесите её обратно в домашнюю клетку, пока лабиринт приводится в исходное состояние.
В перерывах между испытаниями тщательно санируйте коробку для побега и выходы, распыляя 70% ethanol, чтобы предотвратить использование мышью старых заводских ориентиров для поиска правильного пути к выходу. Это можно сделать достаточно быстро. Теперь повторите испытание на той же мыши еще дважды, чтобы в общей сложности провести три последовательных испытания.
Каждый день тестирования состоит из трех испытаний для каждой мыши. Ни больше, ни меньше. Помимо санитарной обработки, сливайте воду из лабиринта и обновляйте ее при переходе от одной мыши к другой.
Обязательно поддерживайте температуру воды в диапазоне от 12 до 14 °C. Используйте контейнеры со льдом или более холодную водопроводную воду для регулирования температуры до этого значения. В перерывах между днями тестирования важно следить за тем, чтобы визуальные ориентиры в лабиринте и в пространстве вокруг него оставались неизменными.
Полный режим тестирования включает пять последовательных дней испытаний, проводимых одинаковым образом. Результаты пятого дня считаются показателем сохранения памяти. При условии, что в период с шестого по одиннадцатый день тесты не проводятся, тестирование на двенадцатый день может быть использовано для измерения долговременной памяти.
Радиальный водный лабиринт использовался для исследования зависимости дефицита пространственной памяти от повреждения у мышей, которым была нанесена либо контролируемая ударная травма коры головного мозга, либо имитация травмы (шам-операция). Операция по нанесению ЧМТ подробно описана в текстовом протоколе и в статье JoVE Ромина, Гао и Чена от 2014 года. Вкратце, повреждение создавалось с помощью ударного воздействия на кору, приводимого в действие соленоидом с выпуклым наконечником диаметром 3 мм.
Животным контрольной группы (sham) была проведена операция, но устройство не оказывало на них воздействия. Через 35 дней после операции был выполнен описанный режим тестирования. Все мыши прошли контрольный тест на стремление выбраться из лабиринта.
Таким образом, все животные были включены в анализ. Результаты демонстрируют явное различие между мышами с ТБИ и ложнооперированным контролем. Латентный период нахождения в лабиринте до нахождения платформы был значительно длиннее у поврежденных мышей в первый день обучения, а также в оба дня тестирования памяти.
Таким образом, описанная ЧМТ повлияла на способность животного к обучению. После просмотра этого видео у вас должно сложиться четкое представление о том, как правильно проводить тестирование когнитивных функций с использованием теста пространственного познания, специфичного для мышей. При должном исполнении и отработке навыка эта процедура может занимать менее 15 минут на одно животное.
При выполнении данной процедуры важно помнить, что расположение визуальных стимулов и температура воды должны оставаться неизменными во всех опытах.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлен протокол специфического когнитивного теста для мышей, не предполагающего плавания, который предназначен для оценки пространственной памяти в мышиных моделях черепно-мозговой травмы. Этот метод особенно полезен для оценки когнитивных функций у мышей с двигательным дефицитом или низкой мотивацией, при которых традиционные тесты с плаванием непрактичны.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Когнитивное тестирование
- Черепно-мозговая травма
Теоретическая база
- Традиционные когнитивные тесты часто требуют плавания, что может быть неприемлемо для некоторых моделей мышей.
- Данный протокол позволяет оценивать когнитивные функции без необходимости плавания.
- Он может быть применен к различным моделям мышей, включая старых и трансгенных животных.
- Метод направлен на изучение когнитивных различий в моделях черепно-мозговой травмы.
Цель исследования
- Разработать когнитивный тест, ориентированный на мышей и не требующий плавания.
- Разграничить показатели когнитивных функций у мышей с черепно-мозговой травмой и в контрольной группе (ложнооперированные животные).
- Облегчить проведение когнитивной оценки в моделях мышей с двигательными нарушениями.
Используемые методы
- Акклиматизация мышей в домашних клетках перед проведением тестирования.
- Использование круглого лабиринта с визуальными ориентирами вдоль внутренних стенок.
- Оценка пространственной памяти с помощью задания без плавания.
- Сравнение показателей между различными группами мышей.
Основные результаты
- Данный протокол позволяет успешно дифференцировать когнитивные способности поврежденных мышей и мышей контрольной группы.
- Он обеспечивает надежную оценку пространственной памяти в различных моделях на мышах.
- Метод эффективен для мышей, которые обычно демонстрируют плохие результаты в тестах на плавание.
- Результаты указывают на потенциал для более широкого применения в исследованиях когнитивных функций.
Выводы
- Этот когнитивный тест, не требующий плавания, является ценным инструментом для нейробиологических исследований.
- Он расширяет возможности изучения когнитивных функций на моделях черепно-мозговой травмы у мышей.
- Данный протокол может быть адаптирован для различных экспериментальных условий и линий мышей.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Оценка пространственной памяти на мышиных моделях черепно-мозговой травмы имеет решающее значение для валидации мишеней и снижения механистических рисков при разработке нейротерапевтических средств. Лабиринт с радиальным бегом по воде представляет собой специфический для мышей когнитивный тест, не связанный с плаванием, который позволяет надежно выявлять когнитивный дефицит, вызванный травмой, что способствует принятию решений на ранних этапах исследований. Данный подход повышает прогностическую достоверность, преодолевая ограничения тестов, основанных на плавании, при работе с моделями с моторными нарушениями или низкой мотивацией.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять терапевтические гипотезы, связанные с путями пространственной памяти в моделях ЧМТ.
- Практическая ценность: представляет собой осуществимую альтернативу тестам, валидированным на крысах, что повышает пропускную способность рабочих процессов поиска новых препаратов на мышах.
- Прогностическая ценность: способствует снижению биологических рисков за счет выявления когнитивного дефицита независимо от моторных искажающих факторов.
Скрининг и разработка анализа
- Готовность анализа: обеспечивает количественное измерение латентного периода выхода, что позволяет стандартизировать когнитивный скрининг в когортах мышей.
- Воспроизводимость: требует использования согласованных визуальных ориентиров и контроля температуры воды, что гарантирует надежность межгрупповых сравнений.
- Масштабируемость: короткий период обучения (4 дня) и небольшая продолжительность тестирования (<15 минут на животное) способствуют интеграции метода в конвейеры высокопроизводительного скрининга.
Трансляционные и доклинические исследования
- Клиническая значимость: Позволяет успешно отличить мышей с ЧМТ, индуцированной контролируемым кортикальным воздействием, от контрольной группы (ложнооперированных животных) через 35 дней после травмы.
- Трансляционная преемственность: Обеспечивает возможность лонгитюдной оценки с тестированием сохранения памяти на 5-й день и тестированием долгосрочной памяти на 12-й день.
- Оптимизация разработки с учетом рисков: Позволяет выявлять фенотипы когнитивных нарушений, которые служат основой для принятия решений о продолжении или прекращении (go/no-go) доклинических программ.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Лабиринт с радиальным плаванием (Radial Water Tread maze) вписывается в континуум исследований — от валидации мишени до доклинического тестирования эффективности, особенно в нейробиологических программах, направленных на изучение когнитивных показателей при ЧМТ.
- Фундаментальная биология: Позволяет проверить гипотезы о дефиците пространственной памяти, зависящем от полученной травмы, с помощью обучения на основе визуальных ориентиров.
- Скрининг: Обеспечивает получение количественных измерений зависимой переменной (латентный период выхода), что позволяет проводить сравнение групп и стандартизировать анализ.
- Аналитика: Требует статистического анализа различий в латентном периоде в дни обучения и тестирования памяти для выявления значимых групповых эффектов.
- Трансляционные исследования: Обеспечивает преемственность от моделирования острой травмы к долгосрочной когнитивной оценке, что соответствует срокам доклинической валидации.
- Прикладное использование: Представляет собой многократно используемую когнитивную платформу, применимую для моделей старения, трансгенных моделей и моделей травм в случаях, когда тесты, основанные на плавании, неэффективны.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Снижает механистическую неопределенность за счет отделения показателей пространственной памяти от моторных или мотивационных смешивающих факторов.
- Операционная ценность: Исключает необходимость плавания, что расширяет применимость метода для моделей с моторным дефицитом.
- Стратегическая ценность: Повышает достоверность принятия решения «идти/не идти» (go/no-go) за счет обеспечения интерпретируемых когнитивных конечных точек в моделях ЧМТ у мышей.
- Влияние на портфель: Позволяет осуществлять приоритезацию соединений с поправкой на риск на основе потенциала когнитивного восстановления в валидных доклинических моделях.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области поведенческой нейробиологии и проведения когнитивных тестов.
- Зависимость от оборудования для точного контроля температуры воды (12–14°C) и неизменного расположения визуальных ориентиров.
- Необходима межгрупповая стандартизация санитарной обработки лабиринта и подготовки бокса для выхода во избежание загрязнения ориентиров.
- Требуется адаптация протоколов при работе с различными линиями мышей или возрастными группами.
- Ограничен оценкой пространственной памяти; не позволяет измерить другие когнитивные области, такие как исполнительные функции или аффективное поведение.
