Summary
Поведенческое тестирование используется в предварительно клинические испытания для оценки фенотипические эффекты болезни или лечения на самочувствие животного. Чтобы глобально оценить функционирование мотора, мы выбрали тесты для общего локомоции, мышечной силы и координации: поле Открыть тест, сетки и испытания на rotarod, соответственно.
Abstract
Поведенческое тестирование используется в предварительно клинические испытания для оценки фенотипические эффекты и результаты, которые конкретного заболевания или лечения на самочувствие и здоровье животного. Есть многочисленные поведенческие тесты, которые могут быть применены. Мы выбрали тест для общего локомоции, открытом поле тест (УДК); для мышечной силы, сетка теста (MT); и тест для координации, тест rotarod (ОР). Тестирование может быть выполнено на еженедельной или ежемесячной основе. Как тест для общего локомоции часто произведений объективно контроля параметров движения в то время как указатель мыши находится в открытом поле аппарат. Поле, как правило, поле 2' x 2', и движения регистрируются через лазерного зондирования или захвата видео. Мыши помещается в центре открытого поля и разрешено свободно передвигаться для теста. MT использует задержку для мыши падать Перевернутый экрана как мера мышечной силы. Мыши помещается на экране, который оказывается перевернутым над ясно коробку и приурочена их задержку падать. Выполняются три испытания, с лучшими из трех испытаний, забил на этот день. Балл 60 s является максимальное время покинул мыши инвертированным. Мышей даны в период 5-мин отдыха между сетки тестовые испытания. И наконец ускоренной протокол на RR оценивает двигательной координации и выносливость. Во время судебного разбирательства мыши прогулки на вращающегося стержня как он увеличивает скорость от 4 об/мин/40 мин более 5 мин. Судебный процесс заканчивается, когда мыши коснется датчик намагниченных давления после падения. Каждая мышь проходит три испытания, и забил лучший судебный процесс на этот день. Этот комбинированный поведенческих данных позволяет для глобальной оценки мобильности, координации, силы и движения подопытных животных. По крайней мере два из трех поведенческих тестирования меры должны продемонстрировать улучшение для животных квалифицировать как имеющие общее улучшение двигательной функции.
Introduction
Поведенческого тестирования призвана измерить фенотипическую характеристика, будь то в исследованиях для новой модели мыши заболеваний центральной нервной системы или пробную версию новой лечения. Существует целый ряд поведенческих тестов, чтобы выбрать из. Используя комбинацию поведенческие тесты объясняется часто в полной мере оценить результаты доклинических лечения. Батарея поведенческого тестирования здесь включает в себя открытое поле тест (часто), сетка испытания (MT) и rotarod испытания (ОР).
ЧАСТО используется как мера общей двигательной активности1,2,3,4,5,6,7. Эта оценка позволяет мыши, чтобы свободно передвигаться в открытом поле, и измерений являются движения мыши в течение поведенческих судебного разбирательства. Количественного анализа с использованием часто включают в себя воспитание, расстояние перемещения, время провел движущихся (например, ходьба и бег) и изменения в деятельности с течением времени (например, прыжки и медленнее/ГиперАктив движений), именно поэтому она является полезным и тщательный анализ грызунов поведения.
MT используется для оценки прочности мышей1,2,8,9,10,11. Использование всех четырех конечностей повесить офф сетке сетка позволяет для неинвазивного измерения мышей способность показать устойчивый конечности напряженности возражая влияние гравитации. Эта оценка осуществляется путем размещения мыши на Перевернутый сетки и сроки ее задержка падать. Этот тест оценивает мышечную силу мыши, измерения, как долго он может держать себя на экране Перевернутый до падения.
RR оценивает координации мыши при использовании ускорения протокол1,2,,78,9,12,13. Rotarod аппарат состоит из цилиндрического пучка, который вращается в воздухе, начиная 4 об/мин. Мышь может узнать этот навык двигательной координации и затем оспаривается медленно, добавочное увеличивается до 40 об/мин. Классически постоянной скорости протокол — это мера мышечной силы, тогда как ускорение протокола для RR оценивает координацию, выносливость и мышечной силы1,2,7, 14.
Преимущества этих трех поведенческие тесты, что они широко принимаются на протяжении грызунов поведенческих тестирования сообщества2,,78,9и когда приняты не только как сумма отдельных тестов, но в совокупности они может использоваться как глобальной оценки фенотипические поведения при расследовании различных результатов экспериментального лечения. ЧАСТО является одним из только тесты для общей двигательной активности2. RR также является одним из немногих способов для оценки координации2, другие, чем использовать программное обеспечение для анализа походки, который не будет обсуждаться здесь. Есть несколько способов, в которых можно оценить мышечную силу мыши; Однако используя MT, или тест повесить провод, преимущественно используется в литературе и воспринимается как надежный метод для тестирования мышечной силы2,8,9,10, 11. многие другие методы для измерения общего локомоции и координация являются чрезвычайно много времени и не может производить надежные данные (например, вручную времени движение мыши или вручную живопись лапы для анализа походки). Автоматизированных систем для УДК и RR увеличить надежность и достоверность получаемых данных и сэкономить время и усилия.
Например учитывая нейродегенеративные модель мыши Sandhoff болезнь, при выполнении этой батареи тестов, УДК будет первым из этих тестов, используемых для оценки моторными отклонениями, которые обычно наблюдаются в этой мыши модели, начиная в возрасте 3 месяцев. Дефицит двигательной координации также должно стать очевидным начала в возрасте 12 недель. Дефицит в мышечной силы должно начинаться около 14 недель, но они в конечном итоге стать гораздо более значительным, 16 недель.
Эти тесты являются полезными при изучении заболеваний, которые вызывают значительные мотор нарушениями, включая нейродегенеративных заболеваний9 таких Sandhoff болезни1,8,13, болезнь Паркинсона7, Болезнь Хантингтона, рассеянный склероз. Тесты также может использоваться для изучения старение и сделать сравнительный гериатрической оценки или измерения здоровья. Нарушения походки и изменения в двигательный аппарат и баланс видны во многих из этих государств болезни. Тем не менее полезность этих испытаний не ограничивается заболеваний с распространенными нервно-мышечные симптомы.
Пожалуйста, обратите внимание, что там были не смешанных переменных, отмечены мотивации или новизна любого из описанных поведенческих тестирования мер. Это необходимо для некоторых болезненных состояний и патологий, что исследователи приобрести предварительные поведенческих данных, прежде чем мыши показывает любой фенотипические признаки; Исследователь должен затем периодически (еженедельно) убедитесь, что учитываются все моторные нарушения. Многие болезни имеют быстрый фенотипические симптомы заболевания, и без загрузок испытания, эти симптомы не будет учитываться для.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Здесь описаны все протоколы были исполнены в соответствии с и были утверждены Комитетом, королевы университета животное уход. Частота поведенческого тестирования может быть еженедельно или ежемесячно или сочетание этих двух (т.е., еженедельные когда ожидает самая большая разница и ежемесячные других).
Примечание: Мышиных поведенческие исследования основном секс/возраст/штамм зависимой, и поэтому важно собирать очки надлежащего времени и оставаться последовательной в экспериментальных группах. Экологические факторы (например, запахов, шума, температура, влажность освещение и т.д.) значительно повлиять на поведение и тревоги у мышей. Попробуйте уменьшить эти экологические факторы как можно больше.
1. открытое поле тест
Примечание: Перед поведенческое тестирование, животных следует привыкли в комнату, где тестирование будет проходить 10-15 мин до начала тестирования. Убедитесь, что надлежащего личного защитного оборудования и все местные объекты, которые следовать рекомендациям для поведенческой протоколов испытаний.
Примечание: Не подготовка перед испытанием.
- Убедитесь, что компьютер и программа OFT, работает и правильно подключены к камере или открытые поля. Нажмите на smartware программа, значок открыть поле, а «ОК.» Выбрал «аналогово-цифровой преобразователь» источник из параметры камеры. Нажмите на «обнаружения» и убедитесь, что пространство всего открытое поле визуализируется и что размеры 30 x 30 см.
Примечание: Оборудование макет может варьироваться в зависимости от ограничения пространства, но убедитесь, что компьютер и открытом поле аппарат рядом друг с другом в хорошо освещенной комнате для правильного захвата видео. - Нажмите кнопку «Калибровка,» «снимок», а затем «ОК», чтобы убедиться, что мышь обнаруживается в пределах открытого поля. Нажмите кнопку «время» предварительно установить количество времени для тестирования мышей; в этом случае значение 5 мин.
- Введите темы, нажав на значок «субъектов». Нажмите кнопку «планировщик» и выделить все испытания предметов и затем нажмите кнопку двойной зеленые стрелки и «первый этап, сессии;» это принесет во всех субъектов для того, чтобы начать сбор данных.
- Место мыши в центре открытого поля и нажмите значок «старт», чтобы предлагать программу, чтобы начать запись. Проверьте только один мыши одновременно.
- После 5 минут завершения, программа автоматически перейдет к следующему вопросу. В этом случае удалите мышь, которая завершила испытания и поместите следующий предмет в открытом поле. Нажмите кнопку «начать».
- Протрите оборудования. Повторите шаги 1.3-1.4 для остальных испытуемых.
- Чтобы проанализировать данные, после всех предметов прошли через испытания, нажмите на значок «анализировать» в верхней правой части экрана. Нажмите кнопку «анализировать» снова, а затем «сводный отчет.» При необходимости экспорт данных на USB-устройство.
2. mesh тест
Примечание: Площадь поверхности и размер сетки по МТ может влиять производительность. На MT, если мышь падает в течение первых 10 s во время первых 2 коллекции очков, они будет положить обратно на сетку сразу для второй попытки. Сетки, используемые здесь был проволочную сетку, с сеткой отверстиями диаметром около 1,5 мм.
Примечание: Выполнение этих тестов в то же время суток рекомендуется, так как физиологические и биохимические параметры меняются на протяжении всего дня. Веса могут повлиять на производительность в этом тесте и поэтому должны быть приняты во внимание.
- Поместите мышь в центре сетки и инвертировать сетки по крайней мере 20 см выше четкие контейнер. После того, как перевернутый, запустите таймер.
- Времени и запись время задержки падать. Если мышь не попадают в течение 60 сек, дать ему 60 s и поведения не дальнейшие испытания. Позволяет мыши, чтобы отдохнуть в течение по крайней мере 5 минут. Это конец судебного разбирательства 1.
- Протрите вниз оборудование и в течение 5-мин интервал между пробной, проверить второй мыши, если требуется. Повторите пункты 2.1-2.2 для испытания 2 и 3, при необходимости (до тех пор, как мышь не оценка 60 s, он должен пройти три испытания).
3. Rotarod тест
Примечание: Поверхность и диаметр стержня на RT может влиять производительность. На RT, если мышь падает в течение первых 10 s в первые моменты времени 2 коллекции, положить его обратно на стержне немедленно для второй попытки.
Примечание: Выполнение этих тестов в то же время суток рекомендуется, так как физиологические и биохимические параметры меняются на протяжении всего дня. Веса могут повлиять на производительность в этом тесте и поэтому должны быть приняты во внимание.
- Включите МСДИ rotarod и компьютер. Убедитесь, что они правильно подключены для записи данных.
- Убедитесь, что программа выполняется ускоренное протокол. Установите необходимую длину rotarod теста для xxx (допустимый диапазон — от 000 до 999); в этом случае нажмите 300 *. Задать количество полос, которые будут использоваться для xxx (допустимый диапазон — от 001 до 005); в этом случае нажмите 005 *. Установите начальную скорость RPM, xxx (введите 3005 5 оборотах допустимый диапазон — от 001 до 045); в этом случае нажмите 004 *.
- Установите скорость RPM, xxx (введите 4030 30 оборотах допустимый диапазон — от 001 до 045); в этом случае нажмите 040 *. Установите скорость рамп xxx в s (введите 5,030 для 30-s пандус для максимальной скорости допустимый диапазон — от 000 до 999); в этом случае нажмите 300 *. Установить режим мыши устройство (введите 6001 для мыши вперед и 6002 для мыши обратный); в этом случае нажмите 6001 *.
- Обеспечение сбалансированности всех намагниченных полос до начала судебного разбирательства. Поместите одну мышь в каждом переулке rotarod.
- Пресс Пуск инициировать программы. Как мышей осенью, удалите их из их полосы оперативно обеспечить, что они не «путешествие» другие полосы.
- Разрешить мышей на 10-мин интервал между пробной. Это конец судебного разбирательства 1. В течение интервала между пробной протрите вниз оборудование и начать судебный процесс для следующего набора мышей.
- Повторите шаги 4-6 при необходимости. Если мышь остается на rotarod для судебного разбирательства полный 5-мин, дальнейших исследований требуются для мыши.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Исследования животных могут пройти Поведенческие тестирования парадигмы еженедельно или ежемесячно для размещения точки необходимое время, необходимые для анализа. Смотрите Рисунок 1 примеры поведенческих тестирования времени. В репрезентативных данных ниже взяты из Осмон и др. (2016), мышей подвергся батареи поведенческого тестирования ежемесячно, начиная с 12 недель возраста, до их конечной гуманной точки около 40 недель. Сроки проведения поведенческого тестирования иногда имеет решающее значение для эксперимента, особенно когда выживания необработанных и обработанных животных колеблется резко и требуются сопоставления.
Хотя эти тесты не используются исключительно для нейродегенеративных расстройств, мы использовали Sandhoff мышей (см. Рисунок 2). Эта мышь модель становится все более шатким и нескоординированных от 12-16 недель возраста, если не лечить и обычно требуют euthanization на 16 недель возраста1. Данные в 2D рисунок демонстрирует использование rotarod в качестве средства, чтобы увидеть, как ведут себя по сравнению с нормальной гетерозиготных мышей обработанных мышей. Расхождения между двумя группами в 40 недель обозначает начало группе лечения снижение координации по сравнению с обычных элементов управления. В других моделях мыши, где изучается мягкий фенотип рекомендуется дальнейшее расширение и специализации Эта батарея тестов.
При выборе соответствующих результатов для публикации, важно иметь в виду два основных фактора. Во-первых, что метрика используется следует выбирать быть конкретными в животной модели используется. В УДК, является наиболее часто используемые метрики «время перемещения» (как видно на рисунке 2); Однако «пробег» является также общим метрики для общего локомоции. В RR «конец об/мин» и «пробег» являются часто используемые метрики. Второй фактор в выборе, какие метрики должен быть выбран в качестве подходящих результатов вращается вокруг которого метрика показывает наиболее значительные расхождения или конвергенции в поведенческих результатов, в зависимости от которых ожидаются результаты.
Собранные данные могут быть проанализированы с использованием нескольких статистических тестов, но для последовательного еженедельно или ежемесячно поведенческие тесты с использованием же мышей, предлагается 2-полосная повторил мер дисперсионный анализ (2-way RM-ANOVA). Неоднократные меры ANOVA позволяет Продольная Оценка результатов от же животное и для сравнения изменений в поведении животных с течением времени, а также между группами. Предлагается также Бонферрони коррекции. При сравнении лечения в том же timepoint, предложил односторонний дисперсионный анализ, как показано на рисунке 2.
Рисунок 1: примеры возможных экспериментальных шкалы для поведенческого тестирования. Поведенческое тестирование может быть сделано с различные сроки, в зависимости от экспериментальных потребность. Тестирование может быть сделано на основе ежемесячно, еженедельно, или комбинаторные. В примере исследование период длится 23 недель, где неделю 0 является администрация лечения. При тестировании на ежемесячной основе, испытания проводятся на 4, 8, 12, 16 и 20 недель. При тестировании на еженедельной основе, испытания проводятся каждую неделю (1-22 недели) до конечной точки 23-недели. При тестировании возникает на основе комбинаторного, тесты выполняются еженедельно на недели 1-8, и затем испытания проводятся ежемесячно на недели, 12, 16 и 20 до конечной точки 23-недели. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: Ежемесячно поведенческих результатов тестирования, где лечение животных превосходят без лечения животных. В 12 недель обработанных животных превосходят без лечения животных на «время переезд» УДК (A) и «задержка падать» в MT (E). Существует без статистических различий между обработанных и необработанных животных в «rotarod конце rpm» на 12 недель (C). Над ежемесячные поведенческое тестирование, обработанных мышей выполнить аналогично обычной гетерозиготных элементам управления в УДК (B), RR (D)и MT (F). Все статистические анализы были проведены с использованием статистического программного обеспечения (например GraphPad), односторонняя ANOVA испытания были проведены на 12 неделе анализ (2A, Cи E) и 2-полосная RM-ANOVA испытания были проведены на ежемесячный анализ ( 2b, D, и F). Все планки погрешностей являются SEM. Эта цифра от Осмон и др. 1 и перепечатана с разрешения от Мэри Энн Liebert издателей, Inc. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Для всех тестов, очистить и продезинфицировать поверхность для сведения к минимуму инфекционных заболеваний и дистракторов для мышей. Кроме того убедитесь, что мышей учитывая достаточно периодов отдыха между испытания и поведенческих тестирования при использовании OFT, ОР и MT.
В УДК важно, чтобы каждая мышь находится посередине открытом поле и что программа запускается после освобождения мыши в центр. Будьте уверены, что есть без движений рук, что датчики могут зарегистрироваться после запуска программы.
Для MT важно иметь барьер между области сетки, где мышь будет висеть и стороны контейнера, на который они падают в. Было отмечено, что, когда мышей может достигать стороне контейнера, они медленно релиз их передние лапы, и затем их задней лапы для перехода вниз. Лентой барьер между стенами и центр сетки значительно уменьшает это поведение и позволяет более точное измерение мышечной силы.
Самостоятельно каждое из этих испытаний является хорошей мерой для общего локомоции (открытое поле тест), мышечная сила (сетка тест) и координации (rotarod)2,,78. Однако вместе взятые, полная коллекция этих трех поведенческие тесты позволяет широкой оценки передвижения у мышей. Эта группа тестов самостоятельно подтверждает отсутствие смешанных эффектов в двигательными нарушениями функционирования сложных мотор. Основным ограничением этих методов является их общей оценки передвижения, которая является проблематичным для весьма конкретных дефицита в поведенческих функционирования. Кроме того эти тесты, как все поведенческие тесты, подвержены изменениям в поведении, из-за внешние раздражители, такие как звук, изменения температуры и света циклов. Это разумно придерживаться последовательной внешней среды для всех испытуемых. Эта батарея поведенческого тестирования может быть расширена до включать тесты для атаксии и памяти. Другие методы для изучения мышечной силы2,8,9 включают проведение постоянной скоростью RR соотнести результаты мышечной силы с MT. Для более конкретных оценок на мышечную силу, координацию или атаксии есть сцепление прочность2 и весов тесты15 и бревне или походка анализа проб2, соответственно.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Мы хотели бы поблагодарить Новая надежда теоретических фонда за их неизменную поддержку и финансирование наших исследований. Мы также хотели бы поблагодарить МСДИ частичную финансовую поддержку для этой работы.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| IITC Life Sciences Rotarod with Series 8 computing software | IITC Life Sciences | 755 | |
| Square Open Field 45 x 45 x 40 cm (grey color). Other floor color available: white, black. | Harvard Aparatus (PanLab) | 760190 | |
| Open Field Preconfigured Module | Harvard Aparatus (PanLab) | 760688 | |
| Smart V3.0 Software Platform | Harvard Aparatus (PanLab) | 760681 | |
| Video converter (analog/digital) | Harvard Aparatus (PanLab) | 760262 | |
| Roof fixing sys for camera | Harvard Aparatus (PanLab) | 760277 | |
| Analog Sony Camera & lenseNTSC | Harvard Aparatus (PanLab) | 760505 |
References
- Osmon, K. J., et al. Systemic Gene Transfer of a Hexosaminidase Variant Using an scAAV9.47 Vector Corrects GM2 Gangliosidosis in Sandhoff Mice. Human Gene Therapy. 27 (7), 497-508 (2016).
- Brooks, S. P., Dunnett, S. B. Tests to assess motor phenotype in mice: a user's guide. Nature Reviews, Neuroscience. 10, 519-529 (2009).
- Ma, M., Basso, D. M., Walters, P., Stokes, B. T., Moser, P. Behavioural and histological outcomes following graded spinal cord contusion injury in the C57Bl/6 mouse. Exp. Neurol. 169, 239-254 (2001).
- Menalled, L. B., et al. Early motor dysfunction and striosomal distribution of huntingtin microaggregates in Huntington's disease knock-in mice. J.Neurosci. 22, 8266-8276 (2002).
- Grusser, C., Grusser-Cornehls, U. Improvement in motor performance of Weaver mutant mice following lesion of the cerebellum. Behav. Brain Res. 97, 189-194 (1998).
- De Leonibus, E., et al. Spatial deficits in a mouse model of Parkinson's disease. Psychopharmacology (Berl). 194, 517-525 (2007).
- Morris, M., Koyama, A., Masliah, E., Mucke, L. Tau Reduction Does Not Prevent Motor Deficits in Two Mouse Models of Parkinson's Disease. PLoS ONE. 6 (12), 1-7 (2011).
- Abo-ouf, A., et al. Deletion of tumour necrosis factor-α ameliorates neurodegeneration in Sandhoff disease mice. Human Molecular Genetics. , 1-16 (2013).
- Dumont, M. Behavioral Phenotyping of Mouse Models of Neurodegeneration. Neurodegeneration : Methods and Protocols, Methods in Molecular Biology. 793, 229-237 (2011).
- Cabe, P. A., Tilson, H. A., Mitchell, C. L., Dennis, R. A simple recording grip strength device. Pharmacol. Biochem. 8, 101-102 (1978).
- Barnēoud, P., Loliver, J., Sanger, D., Moser, P. Quantitative motor assessment in FALS mice: a longitudinal study. Neuroreport. 8, 2861-2865 (1997).
- Lui, Y., et al. Mouse model of GM2 activator deficiency manifests cerebellar pathology and motor impairment. Proc. Natl. Acad. Sci. 94, 8133-8143 (1997).
- Sango, K., et al. Mouse models of Tay-Sachs and Sandhoff diseases differ in neurologic phenotype and ganglioside metabolism. Nature Genetics. 11 (2), 170-176 (1995).
- Jones, B. J., Roberts, D. J. A rotarod suitable for quantitative measurements of motor inco-ordination in naïve mice. Nauyn-Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 259 (2), 211 (1968).
- Deacon, R. M. J. Measuring the Strength of Mice. Journal of Visualized Experiments JoVE. (76), (2013).
