Использование реконфигурируемой системы лабиринтов для повышения воспроизводимости тестов пространственной навигации на грызунах
2 декабря 2022 г.
Настоящий протокол описывает реконфигурируемый лабиринт, уникальную систему для тестирования пространственной навигации и поведенческих фенотипов у грызунов. Адаптивность этой лабиринтной системы позволяет проводить различные эксперименты в единой физической среде. Легкость структурной перестройки дает надежные и воспроизводимые экспериментальные результаты.
Этот протокол обеспечивает гибкую среду эксперимента в лабиринте и позволяет экспериментатору выполнять несколько задач лабиринта в одном пространстве. Основное преимущество этой техники заключается в том, что желаемую форму лабиринта можно мгновенно сконфигурировать, комбинируя стандартизированные детали. Кроме того, эта система может быть легко разобрана и воспроизведена для и Этот метод способствует изучению поведенческих и физиологических механизмов навигации.
Он также полезен в тестовом организме для скрининга поведенческих аномалий у трансгенных и нокаутных животных. Для начала вставьте башни с опорными плитами в пробивную доску, чтобы сформировать Т-образный каркас лабиринта. Прикрепите дорожки к верхней части вышек и замените дорожку в зоне задержки беговой дорожкой.
Прикрепите кормушки к каждому краю лабиринта, а затем прикрепите подвижные стенки к левой и правой ветвям. Для выполнения задачи запустите и подключите блок управления, микроконтроллер и ПК. Напишите программу для настройки расписания задач и получения параметров, необходимых для эксперимента, на микроконтроллере, а затем выполните задачу. Постройте лабиринт нужной формы, переместите крыс из домашних клеток и поместите их в произвольное положение лабиринта.
Позвольте крысам свободно исследовать построенный лабиринт в течение 10 минут, чтобы привыкнуть. Настройте программу для выполнения задачи отложенного чередования с беговой дорожкой и при необходимости измените форму лабиринта. Поместите крыс в произвольное положение в лабиринте и выполните обучение или тест задания на отсроченное чередование.
Возвращайте крыс в домашнюю клетку после каждого задания и тщательно протирайте лабиринт 70% этанолом после каждой крысы. Подождите не менее 5 минут, прежде чем снова использовать лабиринт. Для траектории животного запишите поведение животного во время задачи отложенного чередования с помощью потолочной цифровой видеокамеры.
Наконец, отслеживайте траектории бега с помощью программного обеспечения для оценки позы без маркеров на основе изображений, снятых со скоростью 50 кадров в секунду. Изображения реконфигурируемого теста лабиринта для крыс показаны на этом рисунке. Части пути были переконфигурированы в несколько форм в единой среде.
Изображения, показанные здесь, представляют собой реконфигурируемый тест лабиринта для мышей. Эти лабиринты были размещены с кормушками и подвижными стенами в любом месте. Форма лабиринта постепенно меняется во время этапа поезда и теста задания отложенного чередования.
Тип кормушки, используемой в задаче, обозначен цветной коробкой. Здесь показаны траектории бега репрезентативной крысы. Эти графические изображения представляют поведенческие показатели крыс в течение 4 дней, от начала обучения до конца теста.
Здесь показано время выполнения задачи для каждого этапа обучения и первый день этапа тестирования. Процент правильных ответов на выбор в тесте отсроченного чередования представлен на этом рисунке. Пунктирными линиями обозначены уровни шансов.
Реконфигурируемое время сборки лабиринта представлено на этом рисунке. Линейная трасса была преобразована в Т-образный лабиринт с добавлением дорожек, фидеров и беговой дорожки. Пять экспериментаторов провели по три испытания, и все испытания были проведены в один и тот же день.
Важно правильно разместить части лабиринта на полу с отверстиями. Используя опорную плиту для определения компоновки, эксперимент с лабиринтом может быть выполнен с высокой воспроизводимостью.
Обзор
В данном протоколе описывается реконфигурируемая система лабиринтов, предназначенная для тестирования пространственной навигации и поведенческих фенотипов у грызунов. Ее адаптивность позволяет проводить различные эксперименты в рамках одной среды, обеспечивая надежность и воспроизводимость результатов.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Поведенческий анализ
- Модели на грызунах
Теоретические основы
- Система лабиринта может быть быстро переконфигурирована с использованием стандартизированных деталей.
- Она полезна для изучения механизмов навигации и поведенческих отклонений.
- Протокол обеспечивает легкость разборки и воспроизводимость экспериментов.
- Отслеживание поведения улучшается за счет цифровой видеозаписи и программного анализа.
Цель исследования
- Для изучения пространственной навигации у грызунов.
- Для оценки поведенческих фенотипов у трансгенных и нокаутных животных.
- Для обеспечения гибкой экспериментальной установки для выполнения различных задач в лабиринте.
Используемые методы
- Сборка Т-образного лабиринта с использованием башен и дорожек.
- Установка беговой дорожки в лабиринте для выполнения задач на отсроченное чередование.
- Регистрация поведения животных с помощью камеры, закрепленной на потолке.
- Анализ траекторий бега с использованием программного обеспечения для безмаркерной оценки поз.
Основные результаты
- Успешная реконфигурация формы лабиринта в ходе этапов обучения и тестирования.
- Отслеживание поведенческих показателей в течение нескольких дней.
- Количественные данные о времени выполнения задания и правильности выбора.
- Демонстрация высокой воспроизводимости при сборке лабиринта и проведении эксперимента.
Выводы
- Реконфигурируемый лабиринт представляет собой универсальный инструмент для поведенческих исследований.
- Он облегчает изучение навигации и поведенческих фенотипов у грызунов.
- Данный метод повышает достоверность результатов экспериментов.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Воспроизводимость и масштабируемость при поведенческом фенотипировании имеют решающее значение для надежной валидации мишеней и трансляционных исследований в нейрофармакологии. Реконфигурируемая система лабиринтов позволяет проводить стандартизированные, повторяемые тесты на пространственную навигацию у грызунов, что повышает прогностическую достоверность и сопоставимость данных между различными исследованиями. Данная платформа решает одну из ключевых проблем ранних этапов поиска новых препаратов, обеспечивая эффективный высокопроизводительный поведенческий скрининг в рамках единой экспериментальной среды.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Обеспечивает систематическое исследование пространственной навигации и когнитивных функций на моделях грызунов, соответствующих изучаемым заболеваниям.
- Способствует снижению биологических рисков за счет возможности быстрого воспроизведения нескольких парадигм лабиринтов для функциональной валидации мишеней.
- Облегчает сортировку портфеля исследований путем получения воспроизводимых поведенческих данных на трансгенных и нокаутных линиях.
Скрининг и разработка методов анализа
- Подготовка валидированных поведенческих систем для последующего скрининга соединений и фенотипического анализа.
- Стандартизация условий и результатов анализа за счет модульной реконфигурируемой геометрии лабиринта.
- Обеспечение масштабируемого, воспроизводимого и количественного считывания поведенческих показателей для надежной оценки соединений.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет результаты поведенческих тестов грызунов с трансляционными конечными точками, имеющими значение для когнитивных и нейропсихиатрических расстройств.
- Обеспечивает преемственность от этапа первичного поиска до доклинической валидации за счет поддержки согласованных поведенческих показателей.
- Снижает неопределенность в понимании механизмов за счет обеспечения точной и воспроизводимой оценки фенотипов навигации и обучения.
Интеграция в конвейер и рабочий процесс
Система реконфигурируемого лабиринта интегрируется в континуум от фундаментальных исследований до доклинических испытаний, обеспечивая возможность быстрой проверки гипотез, стандартизацию методов анализа и воспроизводимость результатов между исследованиями в области поведенческой нейробиологии.
- Биология открытий: Обеспечивает проверку гипотез относительно путей навигации и памяти у генетически модифицированных грызунов.
- Скрининг: Позволяет получать воспроизводимые количественные показатели поведения, подходящие для высокопроизводительного скрининга и сравнительных исследований.
- Аналитика: Обеспечивает отслеживание траекторий и метрики эффективности для надежного статистического анализа поведенческих конечных точек.
- Трансляционные исследования: Связывает этап первичных открытий с доклинической валидацией путем сопоставления поведенческих данных грызунов с исходами, имеющими значение для конкретных заболеваний.
- Корпоративное повторное использование: Предлагает модульную, многократно используемую платформу, адаптируемую к меняющимся потребностям исследований и различным схемам экспериментов.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышение прогностической достоверности и снижение биологических рисков за счет использования стандартизированных воспроизводимых поведенческих тестов.
- Операционная ценность: Оптимизация подготовки экспериментов, снижение потребности в ресурсах и увеличение пропускной способности.
- Стратегическая ценность: Улучшение процесса принятия решений о продолжении или прекращении исследований (go/no-go) и распределения капитала за счет получения надежных, сопоставимых данных.
- Влияние на портфель: Обеспечение приоритизации мишеней и моделей с учетом рисков на основе надежного поведенческого фенотипирования.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области поведенческой нейробиологии грызунов и разработки методов анализа.
- Необходимо оборудование для цифровой видеозаписи и аналитики оценки поз.
- Требуется межкомандная стандартизация сборки лабиринта и протоколов сбора данных.
- Адаптируемо для различных моделей грызунов и поведенческих парадигм благодаря модульным компонентам.
- Воспроизводимость и целостность данных зависят от точности размещения и сборки.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
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
