מדידות התנהגות ושל תנועה באמצעות מערכת ניטור פעילות שדה פתוחה למחלות שריר שלד

Behavior
 

Summary

רמות פעילות השדה פתוחות נמצאות בשימוש על מנת להעריך את רמות פעילות קטר והתנהגותיים. פרוטוקול זה מספק פרוטוקול מעוצב היטב, סטנדרטי לשימוש בניסויים בבעלי הפרעות תוקפת.

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

מערכת ניטור פעילות השדה הפתוחה באופן מקיף מעריכה של תנועה ורמות פעילות התנהגות של עכברים. זהו כלים שימושיים לבחינת ירידת ערך קטר במודלים של בעלי חיים למחלות ויעילות של סמי מרפא שעשוי לשפר את תפקוד תנועה ו / או שרירים תוקפת. מדידת פעילות השדה הפתוחה מספקת מדד שונה מכוח השרירים, אשר הוערך בדרך כלל על ידי מדידות כוח האחיזה. זה יכול גם להראות איך תרופות יכולות להשפיע על מערכות אחרות בגוף, כמו גם בעת שימוש במדדי תוצאה נוספות. בנוסף, צעדים כגון מרחק כולל נסע לשקף את מבחן הליכה 6 דקות, מדד תוצאת ניסוי קליני. עם זאת, ניטור פעילות שדה פתוח קשור גם אתגרים משמעותיים: מדידות פעילות שדה פתח משתנות בהתאם לזן בעלי חיים, גיל, מין, וקצב היממה. בנוסף, טמפרטורת חדר, לחות, תאורה, רעש, ואפילו ריח יכולים להשפיע על תוצאות הערכה. מ 'בסך הכל, זהanuscript מספק SOP פעילות שדה פתוח נבדק היטב וסטנדרטי לניסויים פרה קליניים במודלים של בעלי חיים למחלות תוקפת. אנו מספקים דיון בשיקולים חשובים, תוצאות טיפוסיות, ניתוח נתונים, ופירוט יתרונות וחסרונות של בדיקות שדה פתוחות. בנוסף, אנו מספקים המלצות לתכנון מחקר אופטימלי בעת השימוש בפעילות שטח פתוחה במשפט פרה קליני.

Introduction

מודלים של בעלי החיים היו מועילים ללמידה על מנגנוני מחלה, אבל השירות שלהם בניבוי יעילות טיפול בניסויים קליניים בתדירות גבוהה אותגר 1-3. מחקרים פרה "מבטיחים" רבים מתפרסמים בכל שנה; עם זאת, מעט מאוד מההתערבויות המוצעות להראות תוצאות חיוביות, כאשר עברו לניסוי קליני. פערים אלו לעתים קרובות מיוחסים להטיית פרסום, מסקנות אופטימיות מדי, ושלא תוכננו כראוי והוצאו להורג מחקרים טרום קליניים שיובילו לתוצאות irreproducible 1-3.

עם ההתקדמות הנוכחית בפיתוח תרופות לטיפול בהפרעות תוקפת, יש צורך הולך וגובר לניסויים פרה קליניים מתוכננים היטב. בפרט, יש צורך בשיטות קפדניות שיכול להתבצע באופן סטנדרטי והתעוור, עם תוקף ואמצעים, לשחזור, לתרגום תוצאה. כחבר השרירים מולדים מחלת Consortium, עםהרצון לבצע מחקרים פרה קליניים קפדניים יותר, שאנו חולקים כאן Standard Operating נוהל (SOP) לפתיחת שדה פעילות שלנו. SOP זו קיבל תוקף בעבר 4 ופורסם כחלק מהנהלים של TREAT-NMD למודלים של בעלי חיים דושן ניוון שרירים (DMD) 5. יש לנו להשתמש במתודולוגיה זו לפנוטיפ ולבדוק את היעילות הטיפולית של תרופות רבות במגוון רחב של מודלים של בעלי חיים למחלות תוקפת, כולל עכברי dy-י 2 Lama2 / J (Dy2J), מודל החיה בניוון שרירים מולדים (CMD) 6,7 . בתורו, מאמר זה הוא עיבוד SOP TREAT-NMD 5 שפורסם בעבר שלנו.

מערכת ניטור פעילות השדה הפתוחה באופן מקיף מעריכה של תנועה ורמות התנהגות פעילות של עכברים, שיכול להיות מתואמת עם פונקצית קטר. המבחן הוא גם בשימוש נרחב להערכת חרדה כמו והתנהגויות גישוש 8-10. בפרט, השטח הפתוח הוא כלי שימושי עבור התחתEssing ירידת ערך קטר במודלים של בעלי חיים למחלות neuromuscular 11,12 והיעילות של סמי מרפא שעשויה לשפר את התנועה ו / או מוטורי פונקצית 6,7,13,14. הערכת פעילות השדה הפתוחה מספקת מדד שונה מכוח השריר, הנמדד בדרך כלל עם כוח אחיזה, וזה מראה עד כמה תרופות עלולות להשפיע על מערכות אחרות בגוף (כלומר מערכת עצבים המרכזית), כמו גם 5. בנוסף, מידת פעילות השדה הפתוחה, מרחק כולל נסע, משקפת את מבחן 6 דקות הליכה, מדד תוצאת ניסוי קליני, המתמקד בביצועי פעילות גופני submaximal ואיכות החיים 15,16. בסך הכל זה הופך את פעילות השדה הפתוחה לבחון מדד תוצאה משנית או עזר מועיל לשימוש בניסויים בבעלים. עם זאת, מערכת ניטור פעילות השדה הפתוחה יש גם אתגרים משמעותיים הקשורים אליו. המבחן הוא התנהגותי ויכול להיות די משתנה כפי שהוא מושפע ממספר רב של חיצוניגורמים. לדוגמא, התנהגות זו יכולה להיות מושפעת על ידי כונן גישוש (כלומר הקוגניציה), חרדה, בחילה, קצב היממה, גורמים סביבתיים, רקע גנטי, בנוסף לתפוקת מנוע 10. כתוצאה מכך קיים הכרח לבצע צעד זה, באופן סטנדרטי עם סביבה מבוקרת. הפרוטוקול המובא כאן מתאר SOP פעילות השדה הפתוח שלנו בפירוט. הוא מספק נהלים ודיון נוספים בשיקולים חשובים לשלוט בתנאים סביבתיים ולסייע בהפחתת שונות, תוצאות טיפוסיות, ניתוח נתונים, ואת נקודות החוזק של ההערכה וחולשות ביתר פירוט צעד אחר צעד.

Protocol

הערה: מערכת ניטור פעילות שדה פתח משתמשת בשדה פתוח תא פרספקס עם קרינת התא פוטואלקטרי וקולטנים ברווחים שווה לאורך ההיקף של החדר (איור 1). קרינת תא פוטואלקטרי אלה וקולטנים ליצור רשת XY של קרינת אינפרא אדום בלתי נראית. כאשר חיה ממוקמת בתא, שהוא נע על, גורם להפסקות קורה. חיישנים אנכיים הם גם בהווה על מנת להעריך את רמות פעילות אנכיות (התנהגות גידול כלומר), כמו גם. המנתח רושם את מידע הפסקת קורה ומהירות מנתח אותו. תוכנת המחשב אז מחשב אמצעי פעילות מרובים על פני תקופת הזמן שנקבעה מראש. אמצעים אלה כוללים: פעילות אופקית (יחידות), פעילות (יחידות) אנכיות, מרחק כולל נסע (סנטימטר), זמן תנועה (שניות), וזמן מנוחה (שניות) 5.

הערה: באופן כללי חדר הבדיקה צריכה להיות לטמפרטורה ולחות מבוקרת, עם אפילו תאורה. תאי בדיקה צריכים להיות באופן שווה דיסtributed על החדר ולא צריך להיות ממוקם באור ישיר, פינות חשוכות, או באזורים מוצלים. כל הסתגלות המכשיר והבדיקה צריכה להתבצע באותו זמן בכל יום (למשל, בבוקר) ועל ידי אותם אנשים. אנשים אלה צריכים להיות עיוורים לקבוצת הטיפול בבעלי החיים, וגנוטיפ במידת האפשר.

הפרוטוקול הבא שבוצע תחת הדרכתו ואישורו של הילדים הלאומיים המרכז הרפואי IACUC.

.1 כלי הסתגלות

  1. מניחים את העכברים בחדר הבדיקות בכלובים בביתם למשך כ -10 דקות להסתגל. לעזוב את החדר בתקופת ההסתגלות.
  2. לחזור לחדר הבדיקות ולהפעיל את תאי הפעילות. למרות שנתונים אינם נאספים בשלב זה, זה יהיה עוד יותר לחקות את סביבת הבדיקות.
  3. להסיר בעדינות כל עכבר מהכלוב בבית שלהם ומייד למקם אותם בחדרי הבדיקה. אם הפעילותתא מכיל מחיצת מרכז המחלקת את התא לרביעים (איור 1), למקם את העכבר בכל אחד רבע ריק.
  4. ברגע שכל בעלי החיים נטענים לתוך תאי הבדיקה, לשים את המכסה על החלק העליון של כל חדר בדיקה. לעזוב את החדר במהלך זמן הסתגלות זו.
  5. בעקבות דקות 60, לחזור לחדר. הסר את המכסה מכל חדר בדיקה ובעדינות לחזור כל עכבר בכלוב בבית בהתאמתו או שלה.
  6. נקה כל תא עם מגבות חיטוי ונייר. להבטיח שאין לכלוך חלקיקים נשארים בתא.
    הערה: אם פגישות מרובות שמתבצעת פועלות בכל יום, לנקות כל חדר בדיקה ביסודיות בין כל פגישה.
  7. חזור על שלבי 1-6 במשך 4 ימים ברציפות.
    הערה: בצע הסתגלות שבוע לפני איסוף הנתונים ראשוני. אם בעלי החיים שנבדקו מספר פעמים במהלך מחקר, רק לבצע הסתגלות לפני הסיבוב הראשון של בדיקות, כדי למנוע התרגלות. בנוסף, באופן אקראי להקצות לבעלי החיים חדשיםתיבה כל מפגש. עקוב אחר מטלות תיבה בכל משך הזמן של המחקר.

2 אוסף נתונים

  1. מניחים עכברים בחדר הבדיקות בכלובים בביתם ל10-30 דקות להסתגל. לעזוב את החדר בתקופה זו.
  2. בעקבות דקות 10-30, לחזור לחדר הבדיקות. הפעל את תאי הפעילות ולפתוח את תוכנת מחשב המצורפת במחשב המחובר לתאי. אם התא מכיל מחיצה רבע, להכניס את המחיצה בשלב זה.
    הערה: אם חדר הבדיקה מכיל מחיצה רבע, ניתן להציב שתי חיות בחדר הבדיקה במהלך איסוף הנתונים. חיה אחת יכולה להיות ממוקמת ברבע השמאלי הקדמי ואחד ברבע האחורי ימנית (איור 1).
    הערה: אל תניח בעלי חיים בכל ארבעת הרביעים במהלך איסוף הנתונים או באותה השורה או עמודה. הצבת בעלי החיים באורינטציות אלה תפריע לרשת XY של קרינת אינפרא אדום והתנועה של בעלי החיים יהיולא מדויק שנמדד.
  3. קבע את תצורת תוכנת המחשב לבצע בדיקת prebeam. תצורה זו תאפשר אחד כדי להפעיל בדיקה מראש קורה הבא הגדרת הניסוי ולפני הכניסה של בעלי חיים לתאי הבדיקה (ראה בהמשך).
    הערה: כאשר סימון prebeam מנוהל, תוכנת המחשב מעריכה את הפונקציה של קרינת אינפרא אדום XY. לדוגמא, הוא יכול לקבוע אם קרינת התא פוטואלקטרי והקולטנים חסומים ולא מסוגל לזהות כראוי תנועה בתוך התא.
  4. הגדר את הפרמטרים איסוף נתונים הראשוניים בתוכנת המחשב כדי לאסוף שישה 10 לוקי דקות של נתונים (כלומר לאסוף נתונים עבור הסכום כולל של 60 דקות), ולאחר מכן להזין את מספרי תאריך, שם הקובץ, ומזהה עכבר המתאימים.
  5. ברגע שכל הפרמטרים מוגדרים, להפעיל את בדיקת prebeam. אם תא אינו עובר prebeam לבדוק את זה הוא ככל הנראה בשל יישור לקוי של המחיצה הרבע מרכז או חדר בדיקה. אם זה יקרה, ליישר מחדש את divi הרבע המרכזדער וחדר בדיקה עד החיישנים כבר לא חסומים, והמערכת קובע כי חדר הבדיקה מוכן. אם זה לא פותר את הבעיה, התייחסות המדריך למכשיר.
  6. כאשר כל חדרי הבדיקה מוכנים, להסיר בעדינות את העכבר מהכלוב בביתו או שלה ומייד למקם אותו או אותה לחדר הבדיקה. שים לב לזיהוי של העכבר ולוודא שהוא תואם את אחד נכנס למחשב.
  7. ברגע שכל בעלי החיים נטענים כראוי לתאי הבדיקה, לשים את המכסה על החלק העליון של כל תא. לאחר מכן בחר בפקודה המתאימה בתוכנת המחשב להפעלת איסוף הנתונים. בשלב זה, תוכנת המנתח ומחשב תתחיל את רמות פעילות הקלטה על פי פרמטרי איסוף נתונים.
  8. השאר את חדר הבדיקות ליתרת תקופת הבדיקה.
  9. עם השלמת תקופת הבדיקה (כלומר 60 דקות מאוחר יותר), באופן מיידי לחזור לחדר הבדיקות. שמור את הנתונים, ולאחר מכן להחזיר כל חיה לכבוד שלהםכלוב בבית ive.
  10. נקה את כל היחידות עם מגבות חיטוי ונייר.
    הערה: אם פגישות מרובות שמתבצעת פועלות בכל יום, לנקות כל חדר בדיקה ביסודיות בין כל פגישה.
  11. נתוני יצוא לגיליון אלקטרוני ולאחר מכן לצאת מהתוכנה.
  12. בדקו את הנתונים כדי לוודא שהם נרשמו. אם הנתונים לא נרשמו, או בעלי החיים היינו ישנים כל מכלול תקופת זמן איסוף הנתונים, לבצע יום נוסף של איסוף נתונים.
    הערה: בעלי חיים נחשב "ישנה" אם זה לא זז לאורך כל תקופת בדיקת 60 דקות שלמות.
  13. חזור על שלבי 2.1-2.12 במשך 4 ימים ברציפות.
    הערה: אם בעלי החיים נבדקים בנקודות זמן מרובות בכל משך הזמן של מחקר, לא לבצע מדידות פעילות שדה פתוח יותר מפעם בחודש, כדי למנוע התרגלות. בנוסף, באופן אקראי להקצות חיות לתיבה חדשה בכל מפגש. עקוב אחר מטלות תיבה בכל משך הזמן של המחקר.

ניתוח .3 נתונים

  1. חשב את הפעילות הממוצעת אופקית (יחידות), פעילות (יחידות) אנכיות, מרחק כולל נסע (סנטימטר), זמן תנועה (שניות), וזמן מנוחה (שניות) לכל עכבר וקבוצה. תוכנת מחשב מחשבת ומדווחת על הפעילות הכוללת אופקית (יחידות), פעילות אנכית (יחידות), מרחק כולל נסע (סנטימטר), זמן תנועה (שניות), וזמן מנוחה (שניות) על פני תקופת איסוף הנתונים (כלומר 60 דקות) ל כל עכבר. לחשב את הממוצע עבור כל אחד מהפרמטרים האמורים מ4 הימים של איסוף נתונים.
  2. לפני ביצוע כל ניתוחים סטטיסטיים, להעריך את הנורמליות של נתונים באמצעות המבחן שהפיר-ילק, ולבדוק לחריגים באמצעות הבדיקה של הגרב. הסר את כל חריגים משמעותיים (p <0.05).
  3. לנתוני מתפלגים נורמלי, להשוות אמצעי בין קבוצות או באמצעות מדגם עצמאי מבחן t או דרך אחד ANOVA ומבחן שלאחר הוק עם p-ערכים המותאמים להשוואות מרובות תלויing על המספר הכולל של קבוצות טיפול.
  4. לנתונים מבוזרים-בדרך כלל לא, להשוות ערכי חציון בין קבוצות או באמצעות מבחן Wilcoxon סכום דרגה, או בדיקת סכום בדיקה ודרגת קרוסקל-ואליס עם תוצאת p-ערכים המותאמים להשוואות מרובות בהתאם למספר הכולל של קבוצות טיפול.

Representative Results

בניתוח נתוני פעילות שדה פתוחים, אנו מתמקדים בכמה מדידות בחרו המספקות הערכה של רמת הפעילות שמשקפת בדרך כלל פונקצית קטר. פרמטרים אלה כוללים: פעילות אופקית, פעילות אנכית, זמן תנועה, זמן מנוחה, ומרחק כולל נסע. באופן כללי, בעלי חיים עם תפקוד שרירים מופחת יהיו פחות פעילים ויש לי פעילות אמבולטורי נמוכה יותר. זה בדרך כלל קשור לירידה בפעילות אופקית, פעילות אנכית, הכולל זמן מרחק ותנועה, והגדיל את זמן מנוחת 5,6,12,17. אדרבה, בעלי חיים עם תפקוד שרירים שאינם פגום או אלו שטופלו בתרופות המפחיתות את ההתקדמות של הידרדרות פתולוגיה שריר נוטה יותר להציג את רמות פעילות גבוהות יותר 6,7,14,17.

כדי להראות דוגמא לתוצאות טיפוסיות שהושגה תוך שימוש בפרוטוקול זה במודלים של בעלי חיים למחלות תוקפת, סיפקנו נתונים ממחקר אורך wדואר שנערך בעבר בDy2J מודל חיה ניוון שרירים (CMD) מולדת 6. בקיצור, מודל Dy2J מכיל טופס קטוע של גן LAMA2 כי תוצאות בשיתוק hindlimb, פגיעה במיאלין, ושינויי שרירי שלד dystrophic. ההשפעה של פתולוגיה שריר זה על רמת הפעילות שנצפתה בעכברים אלו. לדוגמא, עכברי Dy2J במחקר נטו להציג רמות פעילות אופקית נמוכות יותר, ופחות מרחק שעבר, בהשוואה לבני גילם ו / 6 בקרות wild-type בהתאמה מגדר BL בכל משך הזמן של המחקר (איור 2); עם זאת, ההבדלים אלה לא תמיד היו משמעותיים. חוסר המשמעות הוא ככל הנראה בשל גודל המדגם הקטן, ווריאצית קבוצת התוך גבוהה בנתונים BL6. הווריאציה אופיינית של נתוני פעילות שטח פתוח; עם זאת, נתונים אלה במספיק כוח חוסר מסוים כדי לקבוע אם קבוצות אלה שונים מבחינה סטטיסטית זה מזה. בדרך כלל n = 10-12 צריך לשמש כדי לזהות statistically הבדלים משמעותיים 5,17. לדוגמא, כאשר משתמשים במדגם גדול יותר, כפי שנעשה במחקר SJL (ראה בר BL6 השני ב3B דמויות, 3D, ו3E) ניתן לראות הבדלים משמעותיים בין קבוצות. בעלי החיים Dy2J הראו גם אובדן מוחלט של רמות פעילות אנכיות, אשר שקף את שיתוק hindlimb, בתורו, חוסר יכולת האחורית (איור 2) 6. לבסוף, חשוב לציין הבדלים בין המינים ברמות הפעילות. לדוגמא, הנשים נטו להיות פעיל יותר מגברים, בו מוצגות רמות גבוהות יותר של פעילות אופקית, פעילות אנכית, ומרחק כולל נסע (איור 2); עם זאת הבדלים אלה לא היו מובהקים סטטיסטיים.

יש לנו גם סיפקו נתונים ממספר מחקרים קודמים שנערכו במודלים של בעלי חיים אחרים של מחלות תוקפת, כמו גם כדי להדגיש מספר גורמים נוספים המשפיעים על מעשהרמות ivity (איור 3). לדוגמא, רמות הפעילות משתנות בהתאם לרקע גנטי 10. עכברים מסוג בר BL10 תערוכת פעילות גדולה יותר אופקית, פעילות אנכית, ומרחק כולל נסע בהשוואה לגיל ומגדר מתאים BL6 עכברים מסוג בר (איור 3). זוהי תצפית חשוב לציין, כניצול זני שליטה השגוי במחקר יכול להפוך את הנתונים לבלתי שמיש. שנית, רמות הפעילות משתנות בהתאם לדגם מחלה ופנוטיפ (איור 3). לדוגמא, SJL העכבר, מודל החיה למחוך איבר ניוון שרירים-2B (LGMD-2B), מראה את הרמה הנמוכה ביותר של פעילות אופקית ומרחק כולל נסע, ואחריו את עכבר Dy2J ועכבר MDX, מודל החיה לדושן ניוון שרירים (איורים 3 א, 3 ג). עם זאת, עכברי Dy2J, בגלל שיתוק hindlimb, להציג את הרמה הנמוכה ביותר של פעילות אנכית (איור 3 ב). כמו כן, חשוב לציין כי הרמה גבוהה יותר שלהפעילות בפנוטיפ MDX היא ככל הנראה מיוחסת לרמת הפעילות המוגברת של מתח רקע BL10. לבסוף, נתון זה מדגיש את החשיבות של הפתולוגיה גיל / מחלה בבעלי חיים בזמן של בדיקות. לדוגמא, ב30 שבועות של גיל, ניתן לאתר אין הבדלים ברמות פעילות בין עכברי MDX והגיל והמין שלהם תאמו בקרות BL10 פראיות סוג (איור 3). עם זאת, בגיל 6 שבועות, סביב שלב נימקי השיא במודל עכבר MDX, עכברי MDX להציג ירידה משמעותית בפעילות אנכית, ופעילות אופקית. ירידה נצפתה גם במרחק כולל נסע, אבל ההבדל הזה הוא לא משמעותי (איור 3) 4.

איור 1
איור 1 מנגנוני פעילות השדה פתוחים. שני שדה פתוח מכוני כושר עם Quadra המרכזחוצצי NT, וחולצות. אם מחלקי הרבע מרכז נשלף נמצאים, צריכים להיות ממוקמים בעלי חיים רק בשמאל הקדמי (1, 3) ובחזרה לתאים תקין (2, 4) לכל אחת מהתיבות במהלך הבדיקה כדי לקבל קריאות בתוקף.

איור 2
2 נתוני איור שדה פתח פעילות. נתוני פעילות שדה פתוח אופייניים לDy2J (קו אפור, n = 3) ומתח לגיל ומגדר מתאים BL6 שליטה (קו שחור, n = 3) עכברים ב14, 19, 23, 25, ו30 שבועות של גיל (- F)) פעילות אופקית (יחידות שרירותיות) זכרים, B) פעילות אופקית (יחידות שרירותיות) נקבות, ג) פעילות אנכית (יחידות שרירותיות) זכרים, D) פעילות אנכית (נקבות יחידות שרירותיות). trave מרחק סה"כ E)זכרים הובילו (סנטימטר), E) מרחק סה"כ נסעו (נקבות סנטימטר). הנתונים נאספו על פני 4 ימים רצופים בממוצע לכל עכבר וקבוצה. אותו העכברים נבדקו בכל נקודת זמן. הנתונים מייצגים ממוצע ± SEM. נתונים שפורסמו בעבר 6. עכברי Dy2J וBL6 הושוו עם מדגם T-בדיקה עצמאית בכל נקודת זמן. P-value <0.05 נחשב למשמעותי. * P <0.05, ** p <0.01, *** p <0.001.

איור 3
איור נתוני .3 שדה פתח פעילות זנים מרובים נתונים אופייניים התנהגות פעילות מBL10 הגברית (6 שבועות של גיל, n = 8; 25-30 שבועות של גיל, n = 10)., MDX (6 שבועות של גיל, n = 9; 25-30 שבועות של גיל, n = 15), BL6 (קבוצת ביקורת של עכברים Dy2J, n = 3; קבוצת ביקורת של עכברים SJL, n = 13), Dy2J (n = 3), וSJL (n =) עכברים 13 בvarying גילים.) פעילות אופקית (יחידות שרירותיות) נתונים מBL10 והעכברים MDX ב -6 ו25-30 שבועות של גיל, פעילות אופקית (יחידות שרירותיות B)) נתונים מBL6, Dy2J, והעכברים SJL ב25-30 שבועות של גיל, ג) פעילות אנכית (יחידות שרירותיות) נתונים מעכברי BL10 וMDX ב -6 ו25-30 שבועות של גיל, D) פעילות אנכית (יחידות שרירותיות) נתונים מעכברי BL6, Dy2J, וSJL ב25-30 שבועות של גיל , E) מרחק סה"כ נסע (סנטימטר) נתונים מBL10 והעכברים MDX ב -6 ו25-30 שבועות של גיל, וF) מרחק סה"כ נסע (סנטימטר) נתונים מעכברי BL6, Dy2J, וSJL ב25-30 שבועות של גיל . Dy2J, מודל חיה לCMD עם מוטציה בגן α2 laminin על רקע BL6; SJL, מודל חיה לחגורת גפיים (LGMD-2B) ניוון-2B שרירי; MDX, מודל חיה לDMD על רקע BL10. אין שליטת dysferlin-מספיק SJL. הנתונים הם ממוצעי ± SEM. B, C, D ומכילים נתונים publi בעברלשפוך 6,17. הנתונים לא מתפלגים נורמלי; לכן, הנתונים הושוו באמצעות מבחן דרגת סכומי Wilcoxon. P-value של p <0.05 נחשב למשמעותי. ההשוואות שלהלן נערכו עבור כל פרמטר:) BL10 ועכברים MDX ב6 שבועות של גיל, p <0.05; ב) BL10 ועכברים MDX ב25-30 שבועות של גיל, אינו משמעותי; ג) Dy2J וBL6 תאמו עכברי זן שליטה ב25-30 שבועות של גיל, p <0.05; ד) SJL וBL6 התאמת מתח שליטה ב25-30 שבועות של גיל, p <0.001; ה) עכברי BL10 ב25-30 שבועות של גיל וBL6 (קבוצת ביקורת של עכברים Dy2J) עכברים ב25 שבועות של גיל, p <0.01; ו) BL10 ב25-30 שבועות של גיל וBL6 (קבוצת ביקורת לעכברי SJL) בשעה 25-30 שבועות של גיל, p <0.001.

Discussion

מדידת פעילות השדה הפתוחה היא assay in vivo שיכול להיות מועיל להערכת התקדמות מחלה ויעילות תרופה במודלים של בעלי חיים למחלות neuromuscular 6,7,11-14. כפי שניתן לראות באיור 2, שהוא מספק הערכה של רמת הפעילות שמשקפת בדרך כלל פונקצית קטר. זהו מדד שונה מכוח השרירים, מה שהופך את מדד תוצאה משנית או עזר אידיאלי לביצוע במחקר תרופה פרה קליני. בנוסף, זה 15, מידה לא פולשנית רלוונטית מבחינה קלינית, אשר יכול להתבצע מספר פעמים בכל משך הזמן של מחקר. עם זאת, פעילות התנהגותית וקטר מושפע גם מגורמים נוספים, כמו גם (כלומר טיפול הנסיין, תנאים סביבתיים, וקוגניציה) יצירת וריאציה בנתוני פעילות שדה פתוח. המטרה של מאמר זה היא לספק לפרוטוקול שנבדק היטב וסטנדרטי המפחית וריאציה ומאפשר תוצאות להיות גompared פני מעבדות מרובות, בתקווה לשפר את התרגום בתחום שלנו.

חסרון עיקרי של צעד זה הוא שזה משתנה מאוד ומושפע מגורמים חיצוניים רבים. עם זאת, לקחנו את זה בחשבון בעת ​​פיתוח הפרוטוקול. החוקרים הערכנו מגוון רחב של פרוטוקולי בדיקה הנעים בזמן 1-5 ימים של איסוף נתונים. בסופו של הדבר קבע כי ביצוע הסתגלות מכשיר לפני איסוף הנתונים לקראו בעלי החיים עם סביבת חדר הבדיקה וביצוע 4 ימים של איסוף נתונים צמצמו באופן משמעותי את כמות הווריאציה בנתונים התוצאה 5. פרוטוקול זה תוכנן במקור כדי להעריך את רמות פעילות התנהגותית וקטר ​​במודל עכבר MDX; עם זאת, פרוטוקול זה קבל תוקף לאחרונה במודל של בעלי החיים Dy2J כמו גם 6. הוא הציע כי הפרוטוקול להיות אחיד בתוך המעבדה שלך עבור כל דגם של בעלי חיים לפני השימוש בו במשפט פרה קליני.

פעילות שטח פתוחה משתנית בהתאם לרקע גנטי 17, מין 18-20, גיל 18, וקצב היממה 21. זה דורש בעלי חיים הבנים אותו הגיל, המין, והרקע גנטי להיות מוערכים באותו הזמן. במהלך שלבי תכנון, מחשבה זהירה צריכה להכניס להחליט באיזה גיל או גילים פתוחים שדה פעילות רמות יוערך. לכל אחד יש מודל חיה התקדמות משלו מובחנת מחלה והפנוטיפ קטר והתנהגותיות, המשתנה בחומרה ועל ידי גיל 6,15 (איור 2 ואיור 3). לכן, חשוב לקבוע נקודות קליניות ורלוונטיות פתולוגית זמן כדי להעריך צעדי פעילות שדה פתוחים. המספר הכולל של בעלי חיים הנדרשים בכל קבוצת טיפול כדי לזהות הבדלים משמעותיים מבחינה סטטיסטית משתנה בהתאם לדגם של בעלי חיים, גיל, ומין, כמו גם. כתוצאה מכך, צריכים גם להתבצע חישובי גודל מדגם רלוונטיים בשלבי התכנון לdetermine המספר הכולל של בעלי חיים הנדרשים בכל קבוצת טיפול כדי לזהות הבדלים משמעותיים מבחינה סטטיסטית. החישובים האלה צריכים גם לקחת באמצעי תמורה נוספת תוצאה השתמשו במחקר (למשל, מדידות כוח האחיזה או היסטולוגית מנתח). בהתבסס על חישובי הכח שלנו, אנו משתמשים בדרך כלל 10-12 חיות לכל קבוצת טיפול. בנוסף, תשומת לב מיוחדת צריך להיות משולם על מה שליטת מתח משמש במחקר. יש נטייה לזני שליטה לא ראויים לשימוש במחקרים פרה. לדוגמא, עכברי BL6 משמשים לעתים קרובות כמתח שליטה לעכברי MDX; עם זאת, עכבר MDX הוא על רקע BL10. כפי שניתן לראות באיור 3, עכברי BL10 הם הרבה יותר פעיל מאשר עכברי BL6, אשר עושים את זה אי אפשר להשוות נתונים MDX וBL6. בעת ביצוע מחקרים פרה עם עכברי MDX, יש להשתמש בעכברי BL10 כזן שליטה. יתר על כן, אם מחקר נערך עם עכברי Dy2J, יש להשתמש בעכברי BL6 כcontrזן ol.

שינויים סביבתיים קטנים יכולים גם להשפיע באופן משמעותי את רמות פעילות. אלה כוללים תאורה, טמפרטורה, לחות, ריח, רעש, ו4,15 פעילות אנושיות. לכן, זה מאוד חשוב שהבדיקה תבוצע בחדר מבוקר לטמפרטורה ולחות עם תאורה שאינה ישירה באותו זמן בכל יום 5. תאי הבדיקה צריכים להיות מחולק באופן שווה על פני החדר ולא תחת תאורה ישירה או בפינות מוצלות או כהה 5. בעלי חיים צריכים להיות באופן אקראי לתאי הבדיקה שלהם בכל יום כדי להפחית את ההשפעות של משתנה תנאים סביבתיים ברחבי החדר, והם צריכים להיות מותר להסתגל לחדר הבדיקות ל10-30 דקות לפני איסוף הנתונים. הקפד לעקוב אחר משימת התיבה של כל חיה בכל משך הזמן של המחקר כדי להבטיח כי כל השפעה של תיבה / סביבה מופצת באופן שווה בין קבוצות הטיפול השונות. האנשים טוענים האנימהls לתאי הבדיקה וטיפול בבעלי החיים בכל משך הזמן של המחקר צריך להיות עיוור לקבוצת הטיפול, ומתח בבעלי חיים במידת האפשר. במקרים רבים גנוטיפים מושפעים הם שונים במידה ניכרת מפקדים קשורים ומסנוור לא ניתן. עם זאת, תמיד צריכים להיות עיוורים אנשים בין קבוצות שטופלו ולא טופלו. יתר על כן, כל האדם צריך לצאת מהחדר במהלך איסוף הנתונים כדי להפחית את הרעש וסח דעת בתוך החדר, וכל התאים יש לנקות ביסודיות אחרי כל פגישה של איסוף נתונים. פעולות אלה יצמצמו משמעותי את השונות בנתונים. חשוב לציין כי בעלי חיים הם גם רגישים מאוד להסתגלות 15. לכן, הוא הציע שבעלי החיים יוסרו מחדר הבדיקה ישירות הבא 60 דקות של איסוף נתונים בכל יום ורמות פעילות שדה פתוח שיוערכו לא יותר מפעם בחודש.

המרחק הכולל נסע ומהלך כוללמדידות זמן ment נוטות להיות מדידות פעילות שטח פתוח הרגישים ביותר 5. במודל Dy2J, מדידת הפעילות האנכית נוטה להיות מידת פעילות שטח פתוח רגישה ביותר (איור 3); עם זאת, זה יכול להיות קשה כדי ללכוד מדידות פעילות אנכיות מדויקות בבעלי חיים קטנים יותר. לדוגמא, ייתכן שבעלי חיים קטנים יותר יפגינו התנהגות גידול והחיישן לא ללכוד אותו בשל הגובה של החיישן האנכי. כתוצאה מכך, אנו ממליצים בעלי חיים בדיקה לא לפני 5 שבועות של גיל. אפשר גם שבעלי חיים יוכלו לישון בכל משך הזמן של הפעלת איסוף הנתונים. אם זה המקרה, מן ראוי להוסיף יום נוסף של איסוף נתונים. לבסוף, יישור לקוי של המחיצה או חסימה של חיישני רבע בתוך התיבה יכול לגרום לנתונים לא מדויקים, כמו גם. לכן, זה מאוד חשוב לבצע precheck חיישן, לפני הבדיקה, ולסקור את כל הנתונים הבאים לסוףכל פגישת איסוף נתונים.

כמו כן יש לקחת בזהירות בעת ניתוח נתוני פעילות שדה פתוח. יש נתונים פעילות השדה פתוחים נטייה להיות לא מתפלג נורמלי ויש לי חריגים 4. לפני ביצוע כל ניתוחים סטטיסטיים, biostatisticians שלנו ממליץ בחום לבדוק את הנתונים לנורמליות וחריגות. אם הנתונים אינם מתפלגים נורמלי, יש לשקול שימוש בבדיקה פרמטרית כאשר משווים אמצעים. בנוסף, יש לנתח את כל הנתונים על ידי אדם העיוור כדי מה הן קבוצות הטיפול.

בסך הכל, יש לו את מידת פעילות השדה הפתוחה יתרונות עיקריים: א) היא הערכה מקיפה של שניהם של תנועה והפעילות התנהגותית, שהוא חזק, אבל לא תמיד מתואם עם פונקצית קטר; ב) זה צעד קל לביצוע; ג) זה לא דורש טיפול בבעלי חיים במהלך בדיקה; ד) מדובר באמצעי בלתי פולשני שניתן לבצע יותר מפעם אחת בכל משך הזמן של סטוdy; ה) אין צורך בהכשרה מיוחדת כדי לבצע את הבדיקה; ו) ניתן לבדוק בעלי חיים מרובים בבת אחת; וז) הוא מדד תוצאה רלוונטי מבחינה קלינית 5,16. עם זאת, כאשר בודקים תרופות, יש לזכור כי גורמים אחרים יכולים להשפיע על ההתנהגות של בעל חיים, והוא בתור מדידות פעילות שדה פתוח. תרופות יכולות להיות במערכת העצבים המרכזית ואו השפעות רחבות גוף אחרים, והתנהגות יכולה גם להיות מושפעות על ידי סביבה מלחיצה. כתוצאה מכך, זה יכול להיות קשה להבחין אם שינויים ברמות פעילות קטר והתנהגותיים הקשורים לשינויים בתפקוד שרירים, כוח שרירים, או הם תוצאה של תופעות לוואי מהתרופה. לכן, צריכים להתנהל מבחני פונקציונליים, היסטולוגית ואו מולקולריים נוספים גם כן. פרוטוקול סטנדרטי זה גם נוצל בהצלחה במחלות שריר אחרות 4,17; עם זאת, כפי שניתן לראות באיור 3, יש לבצע מחקרי טייס בתחילה להעריך את הרגישות של המדד בבעלי החייםמודל.

Disclosures

יש לי המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

פרסום זה ממומן באמצעות התרופה CMD, צרפתית שרירים Distrophy אגודה (AFM), מענק מחקר translational מניוון השרירים האגודה, המכונים הלאומיים לבריאות (1K26RR032082, 1P50AR060836-01, 1U54HD071601, 2R24HD050846-06), משרד הגנה ( W81XWH-11-1-0330, W81XWH-11-1-0782, W81XWH-10-1-0659, W81XWH-11-1-0809, W81XWH-09-1-0599) ומענק טייס מפרויקט ההורים השרירים Distrophy ( PPMd).

מאמר זה הוא אחד מכמה בסדרה לכתיבת נהלים למתודולוגיות המשמשת באופן שגרתי בתחום מחלת השריר המולדת. הוא משקף את המאמצים שנדונו והוקמו על ידי למעלה מ 20 מומחים בתחום של מחלת שריר מולדת בשריר מולדים מחלת Consortium הסדנה האחרונה, שנערכה בחודש אפריל 2013 בוושינגטון, DC

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