القياسات السلوكية والحركي عن طريق حقل نظام رصد نشاط مفتوح للأمراض العضلات الهيكلية

Behavior
 

Summary

تستخدم مستويات النشاط الميداني مفتوحة لتقييم مستويات النشاط الحركي والسلوكية. يوفر هذا البروتوكول مصممة جيدا، بروتوكول موحد لاستخدامها في التجارب قبل السريرية للاضطرابات العصبية والعضلية.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Tatem, K. S., Quinn, J. L., Phadke, A., Yu, Q., Gordish-Dressman, H., Nagaraju, K. Behavioral and Locomotor Measurements Using an Open Field Activity Monitoring System for Skeletal Muscle Diseases. J. Vis. Exp. (91), e51785, doi:10.3791/51785 (2014).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

نظام رصد النشاط حقل مفتوح يقيم شامل ومستويات النشاط الحركي السلوكية من الفئران. إنها وسيلة مفيدة لتقييم ضعف قاطرة في النماذج الحيوانية من الأمراض العصبية والعضلية ونجاعة الأدوية العلاجية التي قد تنقل تحسين و / أو وظيفة العضلات. يوفر مفتوحة قياس النشاط الميداني مقياسا مختلفا عن قوة العضلات، والتي يتم تقييمها عادة من قبل قياسات قوة قبضة. ويمكن ان تظهر أيضا كيف يمكن أن تؤثر العقاقير أجهزة الجسم الأخرى أيضا عندما تستخدم مع مقاييس النتائج إضافية. بالإضافة إلى ذلك، تدابير مثل المسافة الإجمالية سافر تعكس اختبار مسافة 6 دقائق، وقياس النتيجة السريرية المحاكمة. ومع ذلك، يرتبط مراقبة النشاط حقل مفتوح أيضا مع التحديات الكبيرة: تختلف قياسات النشاط الميداني مفتوحة وفقا لسلالة الحيوان، والعمر، والجنس، وإيقاع الساعة البيولوجية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن درجة حرارة الغرفة والرطوبة والإضاءة، والضوضاء، وحتى رائحة تؤثر على نتائج التقييم. عموما، هذا ميوفر anuscript على SOP النشاط حقل مفتوح اختبارها بشكل جيد وموحد للمحاكمات قبل السريرية في النماذج الحيوانية من الأمراض العصبية والعضلية. ونحن نقدم مناقشة الاعتبارات الهامة، نتائج نموذجية، تحليل البيانات، وتفاصيل نقاط القوة والضعف في الاختبار الميداني المفتوح. وبالإضافة إلى ذلك، ونحن نقدم توصيات لتصميم الدراسة الأمثل عند استخدام النشاط حقل مفتوح في محاكمة قبل السريرية.

Introduction

كانت النماذج الحيوانية مفيدة للتعلم عن آليات المرض، ولكن كثيرا ما تحدى فائدتها في التنبؤ فعالية العلاج في التجارب السريرية 1-3. ويتم نشر العديد من الدراسات قبل السريرية "واعدة" من كل عام؛ ومع ذلك، عدد قليل جدا من التدخلات المقترحة نتائج إيجابية عندما انتقلت إلى التجارب السريرية. وغالبا ما تنسب هذه التناقضات إلى التحيز في النشر، استنتاجات مفرطة في التفاؤل، وسوء تصميم وتنفيذ الدراسات ما قبل السريرية التي تؤدي إلى نتائج irreproducible 1-3.

مع التقدم الحالي في تطوير الأدوية لعلاج الاضطرابات العصبية والعضلية، وهناك حاجة متزايدة للمحاكمات قبل السريرية مصممة تصميما جيدا. على وجه الخصوص، هناك حاجة لمنهجيات صارمة يمكن تنفيذها بطريقة موحدة والمعمى، مع التحقق من صحتها، استنساخه، ومقاييس النتائج للترجمة. كعضو من العضلات الأمراض الخلقية اتحاد، معالرغبة في إجراء الدراسات قبل السريرية أكثر صرامة، ونحن نشاطر هنا لدينا معيار الإجراءات التشغيل (SOP) لتوسيع النشاط الميداني. هذا SOP تم التحقق سابقا 4 ونشرت كجزء من إجراءات العمل الموحدة TREAT-NMD لضمور العضلات دوشين (DMD) النماذج الحيوانية 5. وقد استخدمنا هذه المنهجية على النمط الظاهري واختبار الكفاءة العلاجية للعديد من العقاقير في مجموعة متنوعة من النماذج الحيوانية من الأمراض العصبية والعضلية، بما في ذلك 2J دى / J (Dy2J) الفئران Lama2، نموذج حيواني لضمور العضلات الخلقي (CMD) 6،7 . في المقابل، يتم تكييف هذه المادة من وجهة نظرنا المنشورة سابقا معاملتهم NMD SOP 5.

نظام رصد النشاط حقل مفتوح يقيم شامل ومستويات النشاط الحركي السلوكية من الفئران، والتي يمكن أن تكون مرتبطة مع وظيفة قاطرة. كما انها تستخدم على نطاق واسع اختبار لتقييم مثل القلق والسلوكيات الاستكشافية 8-10. على وجه الخصوص، المجال مفتوحا هو أداة مفيدة لالحمارessing ضعف قاطرة في النماذج الحيوانية من الأمراض العصبية والعضلية 11،12 ونجاعة الأدوية العلاجية التي قد تنقل تحسين و / أو محرك ظيفة 6،7،13،14. يوفر تقييم النشاط حقل مفتوح مقياس مختلف من القوة العضلية، والتي تقاس عادة مع قوة قبضة، وهذا يظهر كيف يمكن أن تؤثر العقاقير أجهزة الجسم الأخرى (أي الجهاز العصبي المركزي) وكذلك 5. بالإضافة إلى ذلك، المجال مفتوحا مقياس النشاط، سافر المسافة الإجمالية، يعكس اختبار مسافة 6 دقائق، وقياس النتيجة السريرية المحاكمة، والتي تركز على أداء التمرين submaximal ونوعية الحياة 15،16. عموما هذا النشاط يجعل المجال مفتوحا لاختبار مفيد الثانوي أو المساعد قياس النتيجة لاستخدامها في التجارب قبل السريرية. ومع ذلك، فإن نظام رصد النشاط حقل مفتوح أيضا التحديات الكبيرة المرتبطة به. الاختبار هو السلوكي ويمكن أن يكون متغير تماما كما أنه يتأثر العديد من الخارجيةالعوامل. على سبيل المثال، يمكن أن يتأثر هذا السلوك من قبل حملة استكشافية (أي الإدراك)، والقلق، والمرض، وإيقاع الساعة البيولوجية والعوامل البيئية والخلفية الوراثية، بالإضافة إلى إنتاج السيارات 10. ونتيجة لذلك لا بد من إجراء هذا الإجراء بطريقة موحدة مع بيئة تسيطر عليها. بروتوكول المعروضة هنا يصف لنا مفتوح SOP النشاط الميداني بالتفصيل. أنه يوفر خطوة بخطوة الإجراءات ومواصلة مناقشة اعتبارات هامة للسيطرة على الأوضاع البيئية وتساعد في الحد من التقلبات، والنتائج النموذجية، وتحليل البيانات، وتقييم نقاط القوة ونقاط الضعف في مزيد من التفاصيل.

Protocol

ملاحظة: يستخدم نظام مفتوح مراقبة النشاط الميداني حقل مفتوح زجاجي الغرفة مع بواعث ضوئية ومستقبلات متباعدة بشكل متساو على طول محيط الدائرة (الشكل 1). هذه بواعث ضوئية ومستقبلات تخلق شبكة س ص الحزم الأشعة تحت الحمراء غير المرئية. عندما يتم وضع الحيوان في غرفة، وهو يتحرك نحو، مما تسبب في انقطاع شعاع. أجهزة الاستشعار العمودية موجودة أيضا لتقييم مستويات النشاط العمودية (أي سلوك تربية) كذلك. محلل يسجل المعلومات استراحة الحزم وبسرعة يحلل عليه. ثم يحسب برامج الكمبيوتر تدابير متعددة النشاط خلال فترة زمنية محددة مسبقا. وتشمل هذه التدابير: النشاط الأفقي (وحدة)، والنشاط العمودية (وحدة)، سافر المسافة الإجمالية (سم)، والوقت حركة (ثانية)، وبقية الوقت (ثانية) 5.

ملاحظة: بشكل عام يجب أن تكون غرفة الاختبار و للحرارة التي تسيطر عليها الرطوبة، حتى مع الإضاءة. يجب أن تكون غرف اختبار ديس بالتساويtributed حول الغرفة ويجب أن لا توضع في الضوء المباشر، الزوايا المظلمة، أو المناطق مظلل. يجب أن يتم تنفيذ كل التأقلم الصك واختبار في نفس الوقت كل يوم (على سبيل المثال، في الصباح) ومن قبل نفس الأفراد. يجب أعمى هؤلاء الأفراد إلى مجموعة علاج الحيوان، والنمط الجيني عندما يكون ذلك ممكنا.

وقد تم تنفيذ بروتوكول التالية تحت إشراف وموافقة للطفولة المركز الطبي الوطني IACUC.

1. صك التأقلم

  1. وضع الفئران في غرفة الاختبار في أقفاص وطنهم لحوالي 10 دقيقة حتى يتأقلم. مغادرة القاعة أثناء فترة التأقلم.
  2. العودة إلى غرفة الاختبار وتشغيل غرف النشاط. على الرغم من أن البيانات لا يتم جمعها في هذا الوقت، وهذا سيزيد من محاكاة بيئة الاختبار.
  3. بلطف إزالة كل فأر من القفص وطنهم وعلى الفور وضعها في غرف الاختبار. إذا كان النشاطغرفة تحتوي على مقسم المركز الذي يقسم غرفة في الأرباع (الشكل 1)، ضع الماوس في كل واحد الربع الخالي.
  4. مرة واحدة يتم تحميل جميع الحيوانات في غرف اختبار، ضع غطاء على رأس كل غرفة الاختبار. مغادرة الغرفة خلال هذه الفترة التأقلم.
  5. بعد 60 دقيقة، والعودة إلى الغرفة. إزالة الغطاء من كل غرفة الاختبار والعودة بلطف كل الماوس لله أو لها قفص المنزل المعنيين.
  6. تنظيف كل غرفة مع مطهر والمناشف الورقية. ضمان عدم وجود الأوساخ وتترك الجزيئات في الغرفة.
    ملاحظة: إذا كان يتم تشغيل جلسات متعددة كل يوم، وتنظيف جيدا كل غرفة الاختبار بين كل دورة.
  7. كرر الخطوات 1-6 لمدة 4 أيام متتالية.
    ملاحظة: إجراء التأقلم أسبوع واحد قبل جمع البيانات الأولي. إذا يتم اختبار الحيوانات عدة مرات طوال دراسة، نفذ فقط التأقلم قبل الجولة الأولى من اختبار لتجنب التعود. وبالإضافة إلى ذلك، تعيين عشوائيا الحيوانات الى مستوى جديدمربع كل دورة. تعقب المهام مربع طوال مدة الدراسة.

2. جمع البيانات

  1. وضع الفئران في غرفة الاختبار في أقفاص وطنهم لمدة 10-30 دقيقة حتى يتأقلم. مغادرة القاعة أثناء هذا الوقت.
  2. بعد 10-30 دقيقة، والعودة إلى غرفة الاختبار. بدوره على غرف النشاط وفتح برامج الكمبيوتر المصاحب على جهاز كمبيوتر متصل إلى غرف. إذا كانت الغرفة تحتوي على مقسم رباعي، إدراج التقسيم في هذا الوقت.
    ملاحظة: إذا كان يحتوي على غرفة الاختبار مقسم رباعي، اثنين من الحيوانات يمكن وضعها في غرفة الاختبار خلال جمع البيانات. يمكن وضعها حيوان واحد في الربع الأمامي من اليسار واحد في الربع الظهير الأيمن (الشكل 1).
    ملاحظة: لا تضع الحيوانات في جميع الأرباع الأربعة خلال جمع البيانات أو في نفس الصف أو العمود. ووضع الحيوانات في هذه التوجهات تتداخل مع شبكة س ص الحزم الأشعة تحت الحمراء وحركة الحيوان سيكونقياس غير دقيق.
  3. تكوين برامج الكمبيوتر لإجراء فحص prebeam. وهذا التكوين يسمح احد لتشغيل فحص ما قبل شعاع بعد الإعداد التجريبية وقبل إدخال الحيوانات في غرف اختبار (انظر أدناه).
    ملاحظة: عند تشغيل الاختيار prebeam، وبرامج الحاسوب يقيم وظيفة الأشعة تحت الحمراء أشعة س ص. على سبيل المثال، فإنه يمكن تحديد ما إذا كان يتم حظر بواعث ضوئية ومستقبلات وغير قادرة على كشف بشكل مناسب الحركة داخل الغرفة.
  4. تعيين المعلمات جمع البيانات الأولية في برامج الكمبيوتر لجمع ست كتل 10 دقيقة من البيانات (أي جمع البيانات ليصبح المجموع 60 دقيقة)، ثم أدخل الأرقام التاريخ، اسم الملف، وID ماوس المناسبة.
  5. مرة واحدة يتم تعيين كافة المعلمات، قم بتشغيل الاختيار prebeam. إذا لا يمر على غرفة prebeam التحقق من ذلك على الأرجح بسبب لمحاذاة الفقيرة في المفرق مركز رباعي أو غرفة الاختبار. إذا حدث هذا، يعيد تنظيم DIVI مركز رباعيدير وغرفة الاختبار حتى الاستشعار لم تعد منعت وينص النظام على أن غرفة الاختبار جاهزة. إذا كان هذا لا يصحح المشكلة، الرجوع إلى دليل الصك.
  6. عندما تكون جميع غرف اختبار جاهزة، وإزالة بلطف الماوس من له أو لها قفص المنزل وعلى الفور وضع له أو لها في غرفة الاختبار. ملاحظة معرف الماوس وتأكد من تطابق واحد دخلت حيز الكمبيوتر.
  7. مرة واحدة يتم تحميل جميع الحيوانات بشكل مناسب في غرف الاختبار، ووضع غطاء على رأس كل غرفة. ثم حدد الأمر المناسب في برامج الكمبيوتر لبدء جمع البيانات. في هذا الوقت، فإن محلل وبرامج الكمبيوتر بدء تسجيل مستويات النشاط وفقا لمعايير جمع البيانات.
  8. مغادرة قاعة الاختبار للفترة المتبقية من فترة الاختبار.
  9. عند الانتهاء من فترة الاختبار (أي 60 دقيقة في وقت لاحق)، والعودة فورا إلى غرفة الاختبار. حفظ البيانات، ومن ثم العودة إلى كل حيوان احترامهمإيف قفص المنزل.
  10. تنظيف جميع الوحدات مع مطهر والمناشف الورقية.
    ملاحظة: إذا كان يتم تشغيل جلسات متعددة كل يوم، وتنظيف جيدا كل غرفة الاختبار بين كل دورة.
  11. تصدير البيانات إلى جدول بيانات ثم قم بإنهاء البرنامج.
  12. التحقق من البيانات للتأكد من أنها سجلت. إذا لم يتم تسجيل البيانات، أو الحيوانات ينام طوال مجمل فترة جمع البيانات، نفذ يوما إضافيا لجمع البيانات.
    ملاحظة: يعتبر حيوان إلى أن "النوم" إذا لم تتحرك طوال كامل مدة الاختبار 60 دقيقة.
  13. كرر الخطوات 2،1 حتي 2،12 لمدة 4 أيام متتالية.
    ملاحظة: إذا كان يتم اختبار الحيوانات في نقاط زمنية متعددة طوال مدة الدراسة، لا يؤدون قياسات النشاط حقل مفتوح أكثر من مرة في الشهر لتجنب التعود. وبالإضافة إلى ذلك، تعيين عشوائيا الحيوانات إلى مربع جديد كل دورة. تعقب المهام مربع طوال مدة الدراسة.

تحليل 3. البيانات

  1. حساب متوسط ​​النشاط الأفقي (وحدة)، والنشاط العمودية (وحدة)، سافر المسافة الإجمالية (سم)، والوقت حركة (ثانية)، وبقية الوقت (ثانية) في الماوس والمجموعة. برامج الكمبيوتر بحساب وتقارير النشاط الكلي الأفقي (وحدة)، والنشاط الرأسي (وحدة)، سافر المسافة الإجمالية (سم)، والوقت حركة (ثانية)، وبقية الوقت (ثانية) خلال فترة جمع البيانات (أي 60 دقيقة) ل كل فأر. حساب المتوسط ​​لكل من المعلمات المذكورة أعلاه من 4 أيام لجمع البيانات.
  2. قبل القيام بأي تحليلات إحصائية، وتقييم الحالة الطبيعية للبيانات باستخدام اختبار شابيرو، ويلك، والتحقق من القيم المتطرفة باستخدام اختبار Grubb ل. إزالة أي القيم المتطرفة معنوية (p <0.05).
  3. عن البيانات الموزعة بشكل طبيعي، مقارنة الوسائل بين المجموعات باستخدام عينة مستقلة اختبار t أو طريقة واحدة ANOVA واختبار ما بعد خاصة مع ف القيم المعدلة للمقارنات متعددة تعتمدجي على عدد من مجموعات العلاج.
  4. بالنسبة للبيانات غير عادة الموزعة، مقارنة قيم الوسطية بين الجماعات إما باستخدام اختبار Wilcoxon مبلغ رتبة، أو كروسكال، واليس اختبار ورتبة المبلغ مع ما يترتب ف القيم المعدلة للمقارنات متعددة اعتمادا على العدد الكلي للمجموعات العلاج.

Representative Results

عند تحليل البيانات المفتوحة النشاط الميداني، ونحن نركز على قلة مختارة القياسات التي توفر تقييما لمستويات النشاط التي تعكس عموما ظيفة قاطرة. وتشمل هذه المعايير: النشاط الأفقي، والنشاط العمودي، الساعة حركة، وقت الراحة، والمسافة الإجمالية المقطوعة. بشكل عام، فإن الحيوانات مع انخفاض وظيفة العضلات يكون أقل نشاطا وتكون أقل نشاطا المتنقلة. ويرتبط هذا عادة مع انخفاض النشاط الأفقي، والنشاط الرأسي، المسافة المقطوعة والزمن الكلي للحركة، وزيادة وقت الراحة 5،6،12،17. على العكس من ذلك، والحيوانات مع وظيفة العضلات دون عوائق أو الذين عولجوا مع العلاجات التي تقلل من تطور أمراض تدهور العضلات أكثر عرضة لعرضه أعلى مستويات النشاط 6،7،14،17.

لإظهار مثال نموذجي النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام هذا البروتوكول في النماذج الحيوانية من الأمراض العصبية والعضلية، قدمنا ​​بيانات من دراسة طولية ثالبريد أجريت سابقا في Dy2J خلقي ضمور العضلات (CMD) نموذج حيواني 6. باختصار، يتضمن نموذج Dy2J شكل اقتطاع من الجين الذي ينتج في LAMA2 الشلل hindlimb، إزالة الميالين، والتصنع التغييرات العضلات والهيكل العظمي. ويلاحظ أثر هذه الأمراض العضلية على مستويات النشاط في هذه الفئران. على سبيل المثال، تميل الفئران Dy2J في الدراسة أن تظهر انخفاض مستويات النشاط الأفقية، وسافر مسافة أقل، مقارنة مع سنهم وBL / 6 ضوابط البرية من نوع المطابقة بين الجنسين طوال فترة الدراسة (الشكل 2)؛ ومع ذلك، كانت هذه الاختلافات ليست دائما كبيرة. عدم وجود أهمية هو الأرجح بسبب صغر حجم العينة، وعالية التباين داخل الأقاليم في مجموعة البيانات BL6. الاختلاف هو نموذجي من بيانات النشاط الميداني مفتوح؛ إلا أن هذه البيانات لا سيما نقص طاقة كافية لتحديد ما إذا كانت هذه المجموعات هي مختلفة إحصائيا عن بعضها البعض. وعادة ن = 10-12 يجب أن تستخدم لكشف قtatistically فروق ذات دلالة 5،17. على سبيل المثال، عند استخدام أكبر حجم العينة، كما حدث في دراسة SJL (انظر شريط BL6 الثاني في أرقام 3B، 3D، و3E) اختلافات كبيرة بين المجموعات يمكن ملاحظتها. أظهر الحيوانات Dy2J أيضا خسارة كاملة للمستويات النشاط العمودية، والتي تنعكس الشلل hindlimb بهم، وبالتالي، عدم القدرة على الخلفية (الشكل 2B) 6. وأخيرا، من المهم أن نلاحظ الفروق بين الجنسين في مستويات النشاط. على سبيل المثال، تميل الإناث إلى أن تكون أكثر نشاطا من الذكور، وعرض مستويات أعلى من النشاط الأفقي، والنشاط العمودي، وسافر المسافة الإجمالية (الشكل 2)؛ ومع ذلك كانت هذه الاختلافات يست ذات دلالة إحصائية.

قدمنا ​​أيضا بيانات من عدة دراسات سابقة أجريت في نماذج حيوانية أخرى من الأمراض العصبية والعضلية، وكذلك لتسليط الضوء على العديد من العوامل الإضافية التي تؤثر على عملمستويات ivity (الشكل 3). على سبيل المثال، مستويات النشاط تختلف من الخلفية الوراثية 10. BL10 الفئران البرية نوع النشاط تظهر أكبر الأفقي، والنشاط العمودي، والمسافة الإجمالية سافر مقارنة مع العمر والجنس المتطابقة BL6 الفئران البرية نوع (الشكل 3). هذه هي الملاحظة المهم أن نلاحظ، والاستفادة من سلالات تحكم غير صحيحة في دراسة يمكن أن تجعل البيانات غير قابلة للاستخدام. الثانية، ومستويات النشاط تختلف من نموذج المرض والنمط الظاهري (الشكل 3). على سبيل المثال، SJL الماوس، نموذج حيواني لأطرافهم الزنار ضمور العضلات-2B (LGMD-2B)، ويظهر أدنى مستوى النشاط الأفقي وسافر المسافة الإجمالية، تليها الماوس Dy2J والفأر MDX، نموذج حيواني لدوشين ضمور العضلات (أرقام 3A، 3C). ومع ذلك، Dy2J الفئران، بسبب الشلل hindlimb بهم، تعرض أدنى مستوى النشاط العمودي (الشكل 3B). ومن المهم أيضا أن نلاحظ أن مستوى أعلى منالنشاط في النمط الظاهري MDX هو الأكثر احتمالا يعزى إلى زيادة مستوى النشاط من سلالة خلفية BL10. أخيرا، وهذا الرقم يسلط الضوء على أهمية علم الأمراض الحيوانية العمر / المرض في وقت الاختبار. على سبيل المثال، في 30 أسابيع من العمر، يمكن أن يتم الكشف عن عدم وجود اختلافات في مستويات النشاط بين الفئران MDX وبالسن والجنس يقابل ضوابط BL10 نوع البرية (الشكل 3). ومع ذلك، في 6 أسابيع من العمر، وحول المرحلة نخرية الذروة في نموذج الفأر MDX، تعرض الفئران MDX حدوث انخفاض كبير في النشاط العمودي، الأفقي والنشاط. لوحظ أيضا انخفاض في المسافة الإجمالية سافر، ولكن هذا الفرق ليس كبيرا (الشكل 3) 4.

الشكل 1
الرقم 1. المفتوحة الأجهزة النشاط الميداني. جهاز لاثنين من حقل مفتوح مع مركز كوادرافواصل الإقليم الشمالي، وقمم. إذا مركز قابل للإزالة فواصل رباعي موجودة، يجب أن توضع الحيوانات فقط في الجانب الأيسر الأمامي (1، 3) غرف والعودة الصحيحة (2، 4) من كل مربع خلال اختبار الحصول على قراءات صحيحة.

الشكل 2
الشكل 2. بيانات النشاط حقل مفتوح. بيانات النشاط حقل مفتوح النموذجية لDy2J (خط رمادي، ن = 3) والعمر والجنس يقابل سلالة تحكم BL6 (الخط الأسود، ن = 3) الفئران في 14، 19، 23، 25، و 30 أسابيع من العمر (A - F) A) النشاط الأفقية (وحدات التعسفي) ذكور، B) النشاط الأفقية (وحدات التعسفي) إناث، C) النشاط الرأسي (وحدات التعسفي) ذكور، D) النشاط الرأسي (وحدات التعسفي) إناث. E) مجموع المسافة TRAVEقاد (سم) ذكور، سافر E) المسافة الإجمالية (سم) إناث. وقد تم جمع بيانات أكثر من 4 أيام متتالية وبلغ متوسط ​​في الماوس والمجموعة. تم اختبار نفس الفئران في كل نقطة زمنية. تمثل البيانات يعني ± SEM. البيانات المنشورة سابقا 6. وتمت مقارنة Dy2J وBL6 الفئران مع T-المستقل عينة الاختبار في كل نقطة في الوقت. اعتبر A-قيمة P <0.05 كبيرة. * P <0.05، ** P <0.01، *** P <0.001.

الرقم 3
الرقم 3. حقل مفتوح بيانات النشاط سلالات متعددة البيانات النموذجية السلوكية النشاط من BL10 ذكر (6 أسابيع من العمر، ن = 8؛ 25-30 أسبوعا من العمر، ن = 10).، MDX (6 أسابيع من العمر، ن = 9؛ 25-30 أسبوعا من العمر، ن = 15)، BL6 (المجموعة الضابطة للفئران Dy2J، ن = 3، المجموعة الضابطة للفئران SJL، ن = 13)، Dy2J (ن = 3)، وSJL (ن = 13) الفئران في فاrying الأعمار. A) النشاط الأفقية (وحدات التعسفي) البيانات من BL10 والفئران MDX في 6 و 25-30 أسبوعا من العمر، B) النشاط الأفقية (وحدات التعسفي) البيانات من BL6، Dy2J، والفئران SJL في 25-30 أسابيع العمر، C) النشاط الرأسي (وحدات التعسفي) البيانات من BL10 وMDX الفئران في 6 و 25-30 أسبوعا من العمر، D) النشاط الرأسي (وحدات التعسفي) البيانات من الفئران BL6، Dy2J، وSJL في 25-30 أسبوعا من العمر ، E) سافر المسافة الإجمالية (سم) البيانات من BL10 والفئران MDX في 6 و 25-30 أسابيع من العمر، وF) سافر المسافة الإجمالية (سم) البيانات من الفئران BL6، Dy2J، وSJL في 25-30 أسبوعا من العمر . Dy2J، نموذج حيواني لCMD مع تحور الجين laminin α2 على خلفية BL6. SJL، نموذج حيواني لأطرافهم الزنار ضمور العضلات-2B (LGMD-2B). MDX، نموذج حيواني لDMD على خلفية BL10. ليست هناك سيطرة SJL-dysferlin كافية. البيانات هي وسائل ± SEM. B، C، D وتحتوي على بيانات PUBLI سابقاتسليط 6،17. لم توزع عادة البيانات؛ لذلك، تمت مقارنة البيانات باستخدام يلكوكسن مبالغ رتبة الاختبار. واعتبر أن قيمة P-P <0.05 كبيرة. تم إجراء المقارنات التالية لكل معلمة: أ) BL10 والفئران MDX في 6 أسابيع من العمر، P <0.05. ب) BL10 والفئران MDX في 25-30 أسابيع من العمر، وليس كبيرا. ج) Dy2J وBL6 يقابل سيطرة سلالة الفئران في 25-30 أسابيع من العمر، P <0.05. د) SJL وBL6 يقابل سلالة تحكم في 25-30 أسابيع من العمر، ع <0.001؛ ه) BL10 الفئران في 25-30 أسابيع من العمر وBL6 (المجموعة الضابطة لDy2J الفئران) الفئران عند 25 أسابيع من العمر، P <0.01. و) BL10 في 25-30 أسابيع من العمر وBL6 (المجموعة الضابطة لSJL الفئران) في 25-30 أسابيع من العمر، ع <0.001.

Discussion

المفتوحة قياس النشاط الميداني هو فحص في الجسم الحي التي يمكن أن تكون مفيدة لتقييم تطور المرض ونجاعة الأدوية في النماذج الحيوانية من الأمراض العصبية والعضلية 6،7،11-14. كما هو مبين في الشكل 2، فإنه يوفر تقييما لمستويات النشاط التي تعكس عموما ظيفة قاطرة. هذا هو مقياس مختلف من القوة العضلية، مما يجعلها الثانوي أو المساعد قياس النتيجة مثالية لأداء في دراسة المخدرات قبل السريرية. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه هو 15 وقياس موسع سريريا ذات الصلة، والتي يمكن أن يؤديها عدة مرات طوال مدة الدراسة. ومع ذلك، يتأثر النشاط السلوكي والحركي أيضا بعوامل إضافية وكذلك (أي معالجة المجرب، والظروف البيئية، والإدراك) خلق التباين في بيانات النشاط حقل مفتوح. الهدف من هذه الورقة هو توفير بروتوكول اختبارها بشكل جيد وموحد أن يقلل الاختلاف ويسمح النتائج لتكون جompared عبر مختبرات متعددة، أملا في تحسين الترجمة في مجال عملنا.

والعيب الرئيسي لهذا الإجراء هو أنه متغير بدرجة كبيرة وتأثر العديد من العوامل الخارجية. ومع ذلك، أخذنا ذلك في الاعتبار عند وضع البروتوكول. قمنا بتقييم مجموعة متنوعة من بروتوكولات الاختبار تتراوح مدة 1-5 أيام لجمع البيانات. في النهاية، توصلنا إلى أن أداء التأقلم أداة قبل جمع البيانات للتعرف على الحيوانات مع البيئة غرفة الاختبار وأداء 4 أيام لجمع البيانات انخفاض كبير في كمية من التباين في البيانات نتيجة 5. وقد تم تصميم هذا البروتوكول أصلا لتقييم مستويات النشاط السلوكية وقاطرة في نموذج MDX الماوس؛ ومع ذلك، تم التحقق من صحة هذا البروتوكول مؤخرا في نموذج حيواني Dy2J فضلا 6. يقترح أن بروتوكول تكون موحدة داخل المختبر الخاص لكل نموذج الحيوان قبل استخدامه في محاكمة قبل السريرية.

النشاط حقل مفتوح يختلف حسب الخلفية الوراثية 17، 18-20 الجنس والعمر 18 عاما، وإيقاع الساعة البيولوجية 21. هذا يتطلب الحيوانات من نفس العمر والجنس والخلفية الوراثية ليتم تقييمها في نفس الوقت. خلال مراحل التخطيط، ينبغي وضع تفكيرا متأنيا في اتخاذ قرار في أي سن أو أعمار مفتوحة الحقل مستويات النشاط سيتم تقييمها. كل نموذج حيواني لديها قناعاتها تقدمه متميزة المرض والنمط الظاهري قاطرة والسلوكية، والتي تختلف في شدتها وحسب العمر 6،15 (الشكل 2 والشكل 3). وبالتالي، فمن المهم تحديد نقاط زمنية سريريا ومرضي ذات الصلة لتقييم مفتوحة التدابير النشاط الميداني. يختلف عدد الحيوانات اللازمة في كل مجموعة العلاج للكشف عن فروق ذات دلالة إحصائية من نموذج حيواني، والعمر، والجنس كذلك. وبناء على ذلك، ينبغي أيضا إجراء حسابات حجم العينة ذات الصلة خلال مراحل التخطيط لdetermالمعهد الوطني للإحصاء العدد الإجمالي للحيوانات اللازمة في كل مجموعة العلاج للكشف عن فروق ذات دلالة إحصائية. هذه الحسابات يجب أن تأخذ في الاعتبار تدابير إضافية نتيجة المستخدمة في الدراسة (مثل قياسات قوة قبضة النسيجية أو يحلل). استنادا إلى حسابات قوتنا، ونحن عادة استخدام 10-12 الحيوانات في مجموعة العلاج. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لما سلالة تحكم يستخدم في الدراسة. هناك ميل لسلالات تحكم غير سليمة لاستخدامها في الدراسات قبل السريرية. على سبيل المثال، غالبا ما تستخدم الفئران BL6 كما سلالة تحكم عن الفئران MDX. ومع ذلك، فإن الماوس MDX على خلفية BL10. كما رأينا في الشكل 3، BL10 الفئران هي أكثر نشاطا بكثير من الفئران BL6، والتي تجعل من المستحيل مقارنة البيانات MDX وBL6. عند إجراء الدراسات قبل السريرية مع الفئران MDX، ينبغي استخدام الفئران BL10 لان السلالة السيطرة. وعلاوة على ذلك، إذا كان يتم إجراء دراسة مع الفئران Dy2J، ينبغي استخدام الفئران BL6 باسم مقاولاتسلالة رأ.

يمكن أن التغيرات البيئية الصغيرة أيضا يؤثر بشكل كبير من مستويات النشاط. وتشمل هذه الإضاءة ودرجة الحرارة والرطوبة والرائحة، والضوضاء، و4،15 النشاط البشري. وبالتالي، فمن المهم جدا أن الاختبار أن يؤديها في غرفة و للحرارة الرطوبة تسيطر عليها مع الإضاءة غير المباشرة في نفس الوقت كل يوم 5. غرف الاختبار يجب متباعدة بالتساوي في جميع أنحاء الغرفة وعدم وضعها تحت الإضاءة المباشرة أو مظلل أو في ركن مظلم 5. الحيوانات يجب عشوائيا لغرف اختبار في كل يوم للحد من آثار الظروف البيئية متفاوتة في جميع أنحاء الغرفة، وينبغي السماح لهم يتأقلم مع غرفة الاختبار لمدة 10-30 دقيقة قبل جمع البيانات. تأكد من تعيين مربع تتبع كل حيوان طوال فترة الدراسة لضمان أن أي تأثير مربع / البيئة وتوزع بالتساوي بين مجموعات العلاج المختلفة. الأفراد تحميل أنيمايجب أعمى ليرة سورية في غرف الاختبار والتعامل مع الحيوانات طوال مدة الدراسة إلى مجموعة العلاج، وعندما يكون ذلك ممكنا سلالة الحيوان. في كثير من الحالات تتأثر الأنماط الجينية تختلف اختلافا كبيرا عن الضوابط ذات الصلة، والمسببة للعمى غير ممكن. ومع ذلك، ينبغي دائما أن تكون أعمى الأفراد بين المجموعات المعالجة وغير المعالجة. وعلاوة على ذلك، ينبغي لجميع الأفراد مغادرة القاعة أثناء جمع البيانات للحد من الضوضاء والانحرافات داخل الغرفة، وجميع غرف يجب تنظيفها بعد كل دورة من جمع البيانات. هذه الإجراءات سوف تقلل إلى حد كبير التباين في البيانات. من المهم أن نلاحظ أن الحيوانات هي أيضا عرضة بشكل كبير للتكيف 15. لذا، يقترح أن الحيوانات يمكن إزالتها من غرفة الاختبار بعد 60 دقيقة لجمع البيانات كل يوم وأن مستويات النشاط حقل مفتوح مباشرة يتم تقييم ما لا يزيد عن مرة واحدة في الشهر.

سافر المسافة الإجمالية وإجمالي الخطوةالقياسات الوقت منة تميل إلى أن تكون حقل مفتوح الأكثر حساسية قياسات النشاط 5. في النموذج Dy2J، وقياس النشاط الرأسي يميل إلى أن يكون المجال مفتوحا الأكثر حساسية قياس النشاط (الشكل 3)؛ ومع ذلك، يمكن أن يكون من الصعب للقبض على قياسات دقيقة النشاط العمودية في الحيوانات الصغيرة. على سبيل المثال، فمن الممكن أن أصغر حيوان سوف يحمل سلوك وتربية وأجهزة الاستشعار التقاط أنه لا يرجع إلى الارتفاع من أجهزة الاستشعار الرأسي. ونتيجة لذلك، نوصي حيوانات التجارب ليس قبل 5 أسابيع من العمر. ومن الممكن أيضا أن حيوان سوف ينام طوال مدة دورة جمع البيانات. إذا كان هذا هو الحال، فمن المناسب لإضافة يوم إضافي لجمع البيانات. أخيرا، والمحاذاة الفقيرة في المفرق رباعي أو انسداد أجهزة الاستشعار داخل منطقة الجزاء يمكن أن يؤدي إلى بيانات غير دقيقة أيضا. لذا، من المهم جدا إجراء precheck الاستشعار، وقبل الاختبار، ومراجعة جميع البيانات بعد نهايةكل دورة جمع البيانات.

وينبغي أيضا اتخاذ الحذر عند تحليل بيانات النشاط حقل مفتوح. بيانات مفتوحة النشاط الميداني لديه ميل لتكون غير عادة توزيع القيم المتطرفة ولها 4. قبل القيام بأي تحليلات إحصائية، biostatisticians دينا نوصي بشدة التحقق من البيانات لطبيعتها والقيم المتطرفة. إذا تم توزيع البيانات غير طبيعي، ينبغي للمرء أن ينظر في استخدام اختبار اللامعلمية عند مقارنة الوسائل. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي تحليل جميع البيانات من قبل فرد أعمى ما هي مجموعات العلاج.

وعموما، فإن مفتوحة قياس النشاط الميداني لديه مزايا رئيسية هي: أ) هو إجراء تقييم شامل لكلا الحركي والنشاط السلوكي، الذي هو بقوة، ولكن ليس دائما مرتبطة مع وظيفة قاطرة. ب) أنه هو إجراء السهل القيام بها. ج) أنه لا يتطلب أي التعامل مع الحيوانات خلال الاختبار؛ د) هو مقياس موسع التي يمكن القيام بها أكثر من مرة طوال مدة ستودى. ه) ليس هناك حاجة إلى تدريب خاص لأداء الاختبار؛ و) ويمكن اختبار الحيوانات متعددة في وقت واحد؛ وز) هو قياس النتيجة ذات الصلة سريريا 5،16. ومع ذلك، عند اختبار العلاجات، أن نضع في اعتبارنا أن هناك عوامل أخرى يمكن أن تؤثر على سلوك الحيوان، وبدوره قياسات النشاط حقل مفتوح. المخدرات يمكن أن يكون الجهاز العصبي المركزي وأخرى من الجسم أو آثار واسعة، ويمكن أيضا أثرت السلوك حسب بيئة ضاغطة. ونتيجة لذلك، يمكن أن يكون من الصعب التمييز إذا ترتبط التغيرات في مستويات النشاط الحركي أو السلوكية للتغيرات في وظيفة العضلات، وقوة العضلات، أو هي نتيجة لآثار جانبية من المخدرات. ولذلك، ينبغي إجراء فحوصات وظيفية، أو النسيجية والجزيئية إضافية أيضا. كما تم استخدام هذا البروتوكول موحد بنجاح في أمراض العضلات الأخرى 4،17. ولكن، كما رأينا في الشكل 3، يجب أن يتم تنفيذ دراسات تجريبية في البداية لتقييم حساسية التدبير في الحيواننموذج.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

ويتم تمويل هذا المنشور من خلال علاج CMD، الجمعية الفرنسية العضلات Distrophy (AFM)، منحة الأبحاث المترجمة من جمعية ضمور العضلات، والمعاهد الوطنية للصحة (1K26RR032082، 1P50AR060836-01، 1U54HD071601، 2R24HD050846-06)، وزارة الدفاع ( W81XWH، 11-1-0330، 11-1-0782، W81XWH، W81XWH، 10-1-0659، 11-1-0809، W81XWH، W81XWH، 09-1-0599) ومنحة من مشروع تجريبي الرئيسي العضلات Distrophy ( PPMD).

هذه الورقة هي واحدة من عدة في سلسلة من إجراءات العمل الموحدة لالمنهجيات المستخدمة بشكل روتيني في مجال أمراض العضلات الخلقي. وهو يعكس جهود ناقشت وأقامت عليها أكثر من 20 خبيرا في مجال أمراض العضلات الخلقية في العضلات الخلقية ورشة عمل اتحاد مرض الأخيرة، التي عقدت في ابريل نيسان عام 2013 في واشنطن العاصمة

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Equipment
VersaMax Open Field Activity Monitoring system with acrylic test chambers, and X, Y, Z axis sensors AccuScan Instruments, Inc. Columbus Ohio, USA Retired
Fusion Open Field Activity Monitoring system with acrylic test chambers, and X, Y, Z axis sensors Omnitech Electronics, Inc. Columbus Ohio, USA Suggested system currently on the market
Computer Dell, Inc. 
Materials
Virkon-S Broad spectrum disinfectant (potassium peroxymonosulfate/ sodium chloride) Pharmacal Research Laboratories, Inc.
Mice
B6.WK-Lama2dy-2J/J (Dy2J) Jackson Lab 000524
C57BL/6J (BL6) Jackson Lab 000664
SJL/J (SJL) Jackson Lab 000686
C57BL/10ScSn-Dmdmdx/J (mdx) Jackson Lab 001801
C57BL/10ScSnJ (BL10) Jackson Lab 000476

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Worp, H. B., Howells, D. W., Sena, E. S., Porritt, M. J., Rewell, S., O'Collins, V., Macleod, M. R. Can Animal Models of Disease Reliably Inform Human Studies?. PLoS Med. 7, (3), 1000245-10 (2010).
  2. Begley, C. G., Ellis, L. M. Drug development: Raise standards for preclinical cancer research. Nature. 483, 531-533 (2012).
  3. Landis, S. C., et al. A call for transparent reporting to optimize the predictive value of preclinical research. Nature. 490, (7419), 187-191 (2012).
  4. Spurney, C., et al. Preclinical drug trials in the mdx mouse: Assessment of reliable and sensitive outcome measures. Muscle Nerve. 39, 591-602 (2009).
  5. Nagaraju, K., Carlson, G., De Luca, A. Behavioral and locomotor measurements using open field animal activity monitoring system. TREAT-NMD SOP Number M2.1.002. 2, (2010).
  6. Yu, Q., et al. Omigapil treatment decreases fibrosis and improves respiratory rate in dy(2J) mouse model of congenital muscular dystrophy. PLoS One. 8, (6), e65468 (2013).
  7. Sali, A., et al. Glucocorticoid-treated mice are an inappropriate positive control for long-term preclinical studies in the mdx mouse. PLoS One. 7, (4), e34204 (2012).
  8. Belzung, C., Griebel, G. Measuring normal and pathological anxiety-like behaviour in mice: a review. Behav Brain Res. 125, 141-149 (2001).
  9. Prut, L., Belzung, C. The open field as a paradigm to measure the effects of drugs on anxiety-like behaviors: a review. Eur J Pharmacol. 463, 3-33 (2003).
  10. Walsh, R. N., Cummings, R. A. The open-field test: A critical Review. Psychological Bulletin. 83, 482-504 (1976).
  11. Raben, N., Nagaraju, K., Lee, E., Plotz, P. Modulation of disease severity in mice with targeted disruption of the acid alpha-glucosidase gene. Neuromuscul Disord. 10, 283-291 (2000).
  12. Nagaraju, K., et al. Conditional up-regulation of MHC call I in skeletal muscle leads to self-sustaining autoimmune myositis and myositis-specific autoimmune myositis and myositis-specific autoantibodies. Proc Natl Acad Sci USA. 97, (16), 9209-9214 (2000).
  13. Erb, M., et al. Omigapil ameliorates the pathology of muscle dystrophy caused by laminin-alpha2 deficiency. J Pharmacol Exp Ther. 331, (3), 787-795 (2009).
  14. Malerba, A., et al. Chronic systemic therapy with low-dose morpholino oligomers ameliorates the pathology and normalizes locomotor behavior inmdxmice. Mol Ther 1. 9, (2), 345-354 (2011).
  15. Grounds, M. D., Radley, H. G., Lynch, G. S., Nagaraju, K., De Luca, A. Towards developing standard operating procedures for pre-clinical testing in the mdx mouse model of Duchenne muscular dystrophy. Neurobiol Dis. 31, (1), 1-19 (2008).
  16. Kobayashi, Y. M., Rader, E. P., Crawford, R. W., Campbell, K. P. Endpoint measures in the mdx mouse relevant for muscular dystrophy pre-clinical studies. Neuromuscul Disord. 22, (1), 34-42 (2012).
  17. Rayavarapu, S., Van de meulen, J. H., Gordish-Dressman, H., Hoffman, E. P., Nagaraju, K., Knoblack, S. M. Characterization of Dysferlin Deficient SJL/J Mice to Assess Preclinical Drug Efficacy: Fasudil Exacerbates Muscle Disease Phenotype. PLoSOne. 5, (9), e12981 (2010).
  18. Valle, F. P. Effects of strain, sex, and illumination on open-field behavior of rats. Am J Psychol. 83, 103-111 (1970).
  19. Ramos, A., et al. Evaluation of Lewis and SHR rat strains as a genetic model for the study of anxiety and pain. Behav Brain Res. 129, 113-123 (2002).
  20. Bowman, R. E., Maclusky, N. J., Diaz, S. E., Zrull, M. C., Luine, V. N. Aged rats: sex differences and responses to chronic stress. Brain Res. 1126, 156-166 (2006).
  21. Sakai, K., Crochet, S. Differentiation of presumed serotonergic dorsal raphe neurons in relation to behavior and wake-sleep states. Neuroscience. 104, 1141-1155 (2001).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics