Gedrags-en bewegingsapparaat metingen met behulp van een open veld Activity Monitoring Systeem voor Skeletal Muscle Ziekten

Behavior
 

Summary

Open veld activiteit niveaus worden gebruikt om de locomotief en gedragsmatige activiteit beoordelen. Dit protocol voorziet in een goed ontworpen, gestandaardiseerd protocol te gebruiken in preklinische studies voor neuromusculaire aandoeningen.

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

Het open veld activity monitoring systeem uitvoerig beoordeelt bewegingsapparaat en gedragsmatige activiteit van muizen. Het is een nuttig instrument voor de beoordeling locomotief impairment in diermodellen van neuromusculaire ziekte en de werkzaamheid van therapeutische geneesmiddelen die de motoriek en / of spierfunctie kunnen verbeteren. Het open veld activiteit meting geeft een andere maatregel dan spierkracht, die gewoonlijk wordt beoordeeld door grijpkracht metingen. Het kan ook laten zien hoe geneesmiddelen kunnen invloed hebben op andere systemen van het lichaam en in combinatie met aanvullende uitkomstmaten. Bovendien, maatregelen zoals de totale afgelegde afstand spiegel van de 6 minuten looptest, een klinische trial uitkomstmaat. Echter open veld activiteitenmonitoring eveneens gepaard met significante uitdagingen: Open veldactiviteit metingen verschillen per dier stam, leeftijd, geslacht en circadiane ritme. Bovendien kunnen kamertemperatuur, vochtigheid, licht, geluid en zelfs geur beïnvloeden assessmentuitkomsten. Over het algemeen, deze manuscript biedt een goed geteste en gestandaardiseerde open veld activiteit SOP voor preklinische studies in diermodellen van neuromusculaire ziekten. Wij bieden een bespreking van belangrijke overwegingen, typische resultaten, data-analyse, en het detail van de sterktes en zwaktes van open veld testen. Daarnaast bieden we aanbevelingen voor een optimale onderzoeksopzet bij gebruik van open veld activiteit in een preklinische studie.

Introduction

Diermodellen zijn nuttig voor het leren over de ziekte mechanismen, maar hun nut bij het ​​voorspellen van werkzaamheid van de behandeling in klinische studies is vaak uitgedaagd 1-3. Talrijke "veelbelovende" preklinische studies worden elk jaar gepubliceerd; echter zeer weinig van de voorgestelde ingrepen tonen positieve resultaten bij verplaatsing van de klinische proef. Deze verschillen worden vaak toegeschreven aan publicatiebias, optimistische conclusies en slecht ontworpen en uitgevoerd pre-klinische studies die leiden tot reproduceerbare resultaten 1-3.

Met de huidige vooruitgang in de ontwikkeling van geneesmiddelen voor neuromusculaire aandoeningen, is er een toenemende behoefte aan goed ontworpen preklinische studies. In het bijzonder is er behoefte aan rigoureuze methodologieën die in een gestandaardiseerde en blinde wijze kunnen worden uitgevoerd, gevalideerde, reproduceerbare en vertaalbare meetinstrumenten. Als lid van de Aangeboren Muscle Disease Consortium, metde wens om meer rigoureuze preklinische studies uit te voeren, delen we hier onze Standard Operating Procedure (SOP) voor Open Gebied activiteit. Deze SOP is eerder gevalideerde 4 en gepubliceerd als een onderdeel van TREAT-NMD's SOP's voor Duchenne spierdystrofie (DMD) diermodellen 5. We hebben deze methodologie voor fenotypering en testen van de therapeutische werkzaamheid van talrijke geneesmiddelen in verschillende diermodellen van neuromusculaire ziekten, waaronder LAMA2 dy-2J / J (Dy2J) muizen, het diermodel voor aangeboren spierdystrofie (CMD) 6,7 . Op zijn beurt wordt dit artikel is gebaseerd op onze eerder gepubliceerde TREAT-NMD SOP 5.

Het open veld activiteit controlesysteem volledig beoordeelt bewegingsactiviteit en gedragsmatige activiteit van muizen, die kunnen worden gecorreleerd met loc functie. De test wordt ook veel gebruikt om angst uit en verkennende gedrag 8-10 beoordelen. In het bijzonder, het open veld is een handig hulpmiddel voor kontessing locomotief impairment in diermodellen van neuromusculaire aandoening 11,12 en de werkzaamheid van therapeutische geneesmiddelen die de motoriek en / of motorische functie 6,7,13,14 kunnen verbeteren. Het open veld activiteit assessment biedt een andere maatregel dan spierkracht, die gewoonlijk wordt gemeten met de grijpkracht, en het laat zien hoe medicijnen kunnen invloed hebben op andere systemen van het lichaam (het centrale zenuwstelsel) en 5. Daarnaast is het open veld activiteit maatregel, totaal afgelegde afstand, een afspiegeling van de 6 minuten looptest, een klinische trial uitkomstmaat, die zich richt op submaximale inspanningsvermogen en kwaliteit van leven 15,16. Algemeen is dit maakt het open veld activiteit testen een gunstige secundaire of ondersteunende uitkomstmaat te gebruiken in preklinische studies. Echter, het open veld activity monitoring systeem heeft ook grote problemen die ermee verbonden zijn. De test is gedrags en kan heel variabel omdat het wordt beïnvloed door een veelheid van externefactoren. Bijvoorbeeld kan dit gedrag worden beïnvloed door experimentele omvormer (dwz cognitie), angst, ziekte, circadiane ritme, omgevingsfactoren, genetische achtergrond, naast motorvermogen 10. Hierdoor is het noodzakelijk om deze maatregel te verrichten in een gestandaardiseerde vorm met een gecontroleerde omgeving. De hier gepresenteerde protocol beschrijft onze open veld activiteit SOP in detail. Het biedt stap-voor-stap procedures en verdere bespreking van belangrijke overwegingen bij milieu-omstandigheden te beheersen en te verminderen variabiliteit, typische resultaten, data-analyse, en de sterke punten van de beoordeling en de zwakke punten in meer detail.

Protocol

OPMERKING: Open veld activity monitoring systeem maakt gebruik van een open veld plexiglas kamer met fotocel stralers en receptoren gelijke afstand van elkaar langs de omtrek van de kamer (figuur 1). Deze fotocel stralers en receptoren zorgen voor een xy rooster van onzichtbare infrarood stralen. Wanneer een dier is geplaatst in de kamer, het beweegt over, waardoor straal breekt. Verticale sensoren zijn ook aanwezig verticale activiteit (ie opfok gedrag) beoordeelt ook. De analyzer registreert de balk pauze informatie en analyseert snel het. De computer software berekent vervolgens meerdere meetpunten van de vooraf ingestelde periode. Deze maatregelen zijn onder meer: ​​horizontale activiteit (eenheden), verticale activiteit (eenheden), de totale afgelegde afstand (cm), beweging (sec) en rust (sec) 5.

Noot: in de testkamer temperatuur- en-vochtigheid moet met gelijkmatige verlichting. Testkamers dienen gelijkmatig disbijgedragen over de kamer en mag niet in direct licht, donkere hoeken, of gearceerde gebieden worden geplaatst. Alle instrument acclimatisatie en tests moeten worden uitgevoerd op hetzelfde tijdstip van de dag (bijvoorbeeld, in de ochtend) en door dezelfde personen. Deze personen moeten worden blind voor de behandeling van dieren groep, en genotype wanneer mogelijk.

Het volgende protocol is uitgevoerd onder begeleiding en goedkeuring van het Children's National Medical Center IACUC.

1 Instrument Acclimation

  1. Leg de muizen in de testkamer in hun eigen kooien voor ongeveer 10 min om te acclimatiseren. Verlaat de kamer tijdens de gewenningsperiode.
  2. Keer terug naar de testkamer en zet de activiteit kamers. Hoewel data niet worden verzameld op dit moment, zal dit verder de testomgeving nabootsen.
  3. Verwijder voorzichtig elke muis uit hun kooi en plaats ze direct in de testkamers. Als de activiteitkamer bevindt zich een centrum divider, dat de kamer in kwadranten (zie figuur 1) verdeelt, plaats een muis in elke lege kwadrant.
  4. Zodra alle dieren in de testkamers worden geladen, leg het deksel op de top van elke testkamer. Verlaat de kamer tijdens deze acclimatisatie tijd.
  5. Na de 60 min, terug naar de kamer. Verwijder het deksel van elke testkamer en zachtjes terug elke muis aan zijn of haar respectieve kooi.
  6. Reinig elke kamer met een ontsmettingsmiddel en papieren handdoekjes. Controleer of er geen vuil meer in de kamer.
    OPMERKING: Als er meerdere sessies worden elke dag uit te voeren, grondig elke testkamer reinigen tussen elke sessie.
  7. Herhaal stap 1-6 voor 4 opeenvolgende dagen.
    OPMERKING: Voer acclimatisering een week voorafgaand aan de initiële gegevensverzameling. Als dieren meerdere malen gedurende een studie getest, alleen acclimatisatie voeren vóór de eerste ronde van testen gewenning. Bovendien willekeurig dieren in nieuw toewijzenbox elke sessie. Volg het vak opdrachten tijdens de gehele duur van de studie.

2 Data Collection

  1. Plaats muizen in de testkamer in hun eigen kooien voor 10-30 minuten om te acclimatiseren. Verlaat de kamer in deze tijd.
  2. Na de 10-30 min, terug te keren naar de testkamer. Zet de activiteit kamers en open de bijbehorende computer-software op de computer is aangesloten op de kamers. Als deze kamer bevindt zich een kwadrantdeler plaatst de partitie op dit moment.
    OPMERKING: Als de testkamer bevat een kwadrantdeler kan twee dieren in de testkamer geplaatst worden tijdens het verzamelen van gegevens. Een dier in de front-linker kwadrant en een in de rechtsachter kwadrant (Figuur 1) worden geplaatst.
    OPMERKING: Plaats geen dieren in alle vier de kwadranten te plaatsen tijdens het verzamelen van gegevens of in dezelfde rij of kolom. Het plaatsen van de dieren in deze richtsnoeren zal interfereren met de xy raster van infraroodstralen en het dier beweging zal zijnonnauwkeurig gemeten.
  3. Configureren van de computer software om een ​​prebeam controle uit te voeren. Met deze configuratie kan men een pre-beam controle na de experimentele opstelling en vóór het inbrengen van de dieren in de testkamers (zie hieronder) in werking.
    OPMERKING: Bij de prebeam controle wordt uitgevoerd, de computer software beoordeelt de werking van de xy infraroodstralen. Zo kan bepalen of de fotocel emitters en receptoren geblokkeerd en niet in staat om beweging adequaat detecteren binnen de kamer.
  4. Stel de primaire dataverzameling parameters in de computer software om zes 10 min blokken data te verzamelen (dwz data voor een totaal van 60 min te verzamelen), en voer vervolgens de juiste datum, bestandsnaam, en Muis ID-nummers.
  5. Nadat alle parameters zijn ingesteld, lopen de prebeam check. Als een kamer niet voorbij de prebeam controleren is het zeer waarschijnlijk te wijten aan een slechte uitlijning van het centrum kwadrantdeler of testkamer. Als dit gebeurt, opnieuw uitlijnen het centrum kwadrant divider en testkamer totdat de sensoren zijn niet meer geblokkeerd en wordt het systeem dat de testkamer is klaar. Als dit het probleem niet verhelpen, verwijzen naar de instructies van het instrument.
  6. Wanneer alle testkamers zijn klaar, verwijder voorzichtig de muis van zijn of haar kooi en onmiddellijk plaats hem of haar in de testkamer. Let op de ID van de muis en zorg ervoor dat het overeenkomt met de in de computer ingevoerd.
  7. Zodra alle dieren naar behoren in de testkamers worden geladen, leg het deksel op de top van elke kamer. Selecteer vervolgens de juiste opdracht in de computer software om het verzamelen van gegevens te starten. Op dit moment wordt de analysator en computersoftware opname activiteit beginnen op basis van de verzameling van gegevens parameters.
  8. Verlaat de testruimte voor de rest van de testperiode.
  9. Na voltooiing van de testperiode (bijvoorbeeld 60 minuten later), onmiddellijk naar de testkamer. De gegevens worden opgeslagen, en vervolgens terugkeren elk dier om hun respective kooi.
  10. Reinig alle eenheden met een ontsmettingsmiddel en papieren handdoeken.
    OPMERKING: Als er meerdere sessies worden elke dag uit te voeren, grondig elke testkamer reinigen tussen elke sessie.
  11. Gegevens exporteren naar een spreadsheet en sluit het programma.
  12. Controleer de gegevens om ervoor te zorgen dat ze werden opgenomen. Als de gegevens niet zijn opgenomen, of de dieren sliepen gedurende het geheel van de dataverzameling periode, voeren een extra dag van het verzamelen van gegevens.
    OPMERKING: Een dier wordt beschouwd als "slapende" als het niet beweegt gedurende de hele 60 min testen duur.
  13. Herhaal stap 2,1-2,12 gedurende 4 opeenvolgende dagen.
    OPMERKING: Als dieren worden getest op verschillende tijdstippen gedurende de looptijd van een studie, niet open veld activiteit metingen uit te voeren meer dan een keer per maand aan gewenning. Bovendien willekeurig dieren elke sessie toekennen aan een nieuwe doos. Volg het vak opdrachten tijdens de gehele duur van de studie.

3 Data Analysis

  1. Bereken de gemiddelde horizontale activiteit (eenheden), verticale activiteit (eenheden), de totale afgelegde afstand (cm), beweging (sec), en de overige tijd (sec) per muis en groep. De computer software berekent en rapporteert de totale horizontale activiteit (eenheden), verticale activiteit (eenheden), de totale afgelegde afstand (cm), beweging (sec) en rust (sec) over de periode van gegevensverzameling (dwz 60 minuten) voor elke muis. Bereken het gemiddelde van elk van de bovengenoemde parameters van de 4 dagen van gegevensverzameling.
  2. Voorafgaand aan het uitvoeren van een statistische analyses, beoordelen de normaliteit van de gegevens met behulp van de Shapiro-Wilk test, en controleer op uitschieters met behulp van de Grubb's test. Verwijder significante uitschieters (p <0,05).
  3. Voor normaal verdeelde data vergelijken middelen tussen groepen met behulp van een onafhankelijke steekproef t-toets of een one way ANOVA en post hoc-test met p-waarden aangepast voor meerdere vergelijkingen afhankelijking op het totale aantal behandelingsgroepen.
  4. Voor niet-normaal verdeelde data vergelijken mediane waarden tussen groepen met behulp van de Wilcoxon rank sum test of Kruskal-Wallis-test en rank sum proef verkregen met p-waarden aangepast voor meerdere vergelijkingen afhankelijk van het totale aantal behandelingsgroepen.

Representative Results

Bij het analyseren van open veld activiteit data, richten we ons op een paar selecte metingen die een beoordeling van de mate van activiteit die in het algemeen weerspiegelen locomotief functie te geven. Deze parameters zijn onder meer: ​​horizontale activiteit, verticale activiteit, beweging tijd, rusttijd, en de totale afgelegde afstand. In het algemeen zullen dieren met verminderde functie spieren minder actief en hebben lagere ambulante activiteit. Dit wordt over het algemeen geassocieerd met een verminderde horizontale activiteit, verticale activiteit, totale afgelegde afstand en beweging de tijd, en de toegenomen rusttijd 5,6,12,17. Integendeel, dieren onberispelijke spierfunctie of patiënten behandeld met geneesmiddelen die de progressie van verslechterende spieren pathologie verminderen vaker hogere activiteitsniveaus 6,7,14,17 geven.

Om een ​​voorbeeld van typische resultaten verkregen met behulp van dit protocol in dierlijke modellen van neuromusculaire ziekte vertonen, we voorzien van gegevens uit een longitudinale studie we eerder uitgevoerd in de Dy2J aangeboren spierdystrofie (CMD) diermodel 6. Kortom, de Dy2J model bevat een verkorte vorm van de LAMA2 gen dat resulteert in achterbeen verlamming, demyelinisatie en dystrofische skelet veranderingen spier. Het effect van deze spier pathologie op activiteit wordt waargenomen bij deze muizen. Bijvoorbeeld, de Dy2J muizen in de studie leidt tot lagere horizontale activiteit vertonen en minder afgelegde afstand, in vergelijking met hun leeftijd en geslacht matched BL / 6 wildtype langs de gehele duur van de studie (figuur 2); Deze verschillen waren niet altijd significant. Het ontbreken van significantie waarschijnlijk door de kleine steekproef en hoge intragroepswinsten variatie in de BL6 data. Variatie is een typisch voorbeeld van open veld activiteit gegevens; echter, deze gegevens met name gebrek voldoende vermogen te bepalen of deze groepen statistisch verschillend van elkaar. Typisch een n = 10-12 worden gebruikt voor het detecteren statistically significante verschillen 5,17. Wanneer bijvoorbeeld een grotere steekproef wordt gebruikt, zoals bij de SJL onderzoek (zie de tweede BL6 bar in figuren 3B, 3D en 3E) significante verschillen tussen de groepen worden waargenomen. De Dy2J dieren vertoonden ook een volledig verlies van verticale activiteit, waardoor hun achterbeen verlamming weerspiegeld, en op zijn beurt, een onvermogen om achter (figuur 2B) 6. Tenslotte is het belangrijk om het geslacht verschillen in activiteit noot. Bijvoorbeeld, de vrouwtjes neiging actiever dan mannen zijn, tonen hogere horizontale activiteit, verticale activiteit en totale afgelegde afstand (figuur 2); maar deze verschillen waren niet statistisch significant.

We hebben ook de gegevens van een aantal eerdere studies uitgevoerd in andere dierlijke modellen van neuromusculaire ziekten, evenals een aantal bijkomende factoren die handeling van invloed markerenivity niveaus (figuur 3). Bijvoorbeeld, de activiteit niveaus verschillen per genetische achtergrond 10. BL10 wild type muizen vertonen grotere horizontale activiteit, verticale activiteit en totale afgelegde afstand ten opzichte van dezelfde leeftijd en geslacht overeen BL6 wild type muizen (figuur 3). Dit is een belangrijke observatie dat, zoals met behulp van de werkende controlestammen in een studie kunnen de gegevens onbruikbaar maken. Tweede activiteit verschillen per ziekte model en fenotype (Figuur 3). Bijvoorbeeld, de SJL muis, het diermodel voor ledematen girdle spierdystrofie-2B (LGMD-2B), geeft het laagste horizontale activiteit en totale afgelegde afstand, gevolgd door de Dy2J muis en mdx muis, het diermodel voor Duchenne spierdystrofie (Figuren 3A, 3C). Echter, Dy2J muizen door hun achterbeen verlamming, toont de laagste verticale activiteit (Figuur 3B). Het is ook belangrijk op te merken dat het hogere niveau vanactiviteit in de mdx fenotype waarschijnlijk toegeschreven aan de verhoogde activiteit van de achtergrond stam BL10. Tot slot, dit cijfer wordt het belang van dier leeftijd / ziekte pathologie op het moment van testen. Bijvoorbeeld, 30 weken oud, geen verschillen worden gedetecteerd in activiteit tussen mdx muizen en hun leeftijd en geslacht vergelijkbare BL10 wild type controles (figuur 3). Echter, 6 weken oud, rond de piek necrotische fase in het mdx muismodel, mdx muizen tonen een significante afname in activiteit verticale en horizontale activiteit. Een daling wordt ook waargenomen in de totale afgelegde afstand, maar dit verschil is niet significant (figuur 3) 4.

Figuur 1
Figuur 1 Open veld activiteit apparaten. Twee open veld met materiaal Het centrum quadrant verdelers, en tops. Als verwijderbare centrum kwadrant verdelers aanwezig zijn, moeten de dieren alleen in de linker (1, 3) en rechts achter kamers geplaatst (2, 4), van elke doos tijdens het testen om valide waarden te verkrijgen.

Figuur 2
Figuur 2 Open veld activiteit gegevens. Typische open veld activiteitsgegevens voor Dy2J (grijze lijn, n = 3) en voor leeftijd en geslacht geëvenaard BL6 controle stam (zwarte lijn, n = 3) muizen op 14, 19, 23, 25, en 30 weken oud (A - F) A) Horizontale activiteit (arbitraire eenheden) mannen, B) Horizontale activiteit (arbitraire eenheden) vrouwtjes, C) Verticaal activiteit (arbitraire eenheden) mannen, D) Verticale activiteit (arbitraire eenheden) vrouwtjes. E) Totale afstand traveled (cm) reuen, E) Totaal afgelegde afstand (cm) vrouwen. Gegevens werden meer dan 4 opeenvolgende dagen verzameld en gemiddeld per muis en groep. Dezelfde muizen werden getest op elk tijdstip. De gegevens stellen gemiddelde ± SEM. Gegevens die eerder gepubliceerd 6. Dy2J en BL6 muizen werden vergeleken met een Independent sample T-test bij elke keer-punt. Een p-waarde <0,05 werd als significant beschouwd. * P <0,05, ** p <0,01, *** p <0,001.

Figuur 3
Figuur 3 Open veld activiteitsgegevens meerdere stammen Typische gedragsactiviteit gegevens van mannelijke BL10 (6 weken oud, n = 8; 25-30 weken oud zijn, n = 10)., Mdx (6 weken oud, n = 9; 25-30 weken oud, n = 15), BL6 (controlegroep voor Dy2J muizen, n = 3; controlegroep voor SJL muizen, n = 13), Dy2J (n = 3), en SJL (n = 13) muizen op varying leeftijden. A) Horizontale activiteit (arbitraire eenheden) data van BL10 en mdx muizen op 6 en 25-30 weken oud, B) Horizontale activiteit (arbitraire eenheden) gegevens van BL6, Dy2J en SJL muizen bij 25-30 weken leeftijd, C) Verticaal Activiteit (willekeurige eenheden) data van BL10 en MDX muizen na 6 en 25-30 weken oud, D) Verticaal Activiteit (willekeurige eenheden) gegevens van BL6, Dy2J en SJL muizen bij 25-30 weken oud , E) Totaal afgelegde afstand (cm) gegevens uit BL10 en mdx muizen op 6 en 25-30 weken oud zijn, en F) Totaal afgelegde afstand (cm) gegevens van BL6, Dy2J en SJL muizen op 25-30 weken leeftijd . Dy2J, diermodel voor CMD met laminin α2 genmutatie op het BL6 achtergrond; SJL, diermodel voor ledematen girdle spierdystrofie-2B (LGMD-2B); mdx, diermodel voor DMD de BL10 achtergrond. Er is geen dysferline-sufficient SJL control. Gegevens zijn gemiddelden ± SEM. B, C en D bevatten gegevens verwijderd publischuurtje 6,17. Data niet normaal verdeeld waren; Daarom werden de gegevens vergeleken met behulp van een Wilcoxon rank sommen test. Een p-waarde van p <0,05 werd als significant beschouwd. De volgende vergelijkingen werden gemaakt voor elke parameter: a) BL10 en mdx muizen op leeftijd van 6 weken, p <0,05; b) BL10 en mdx muizen op 25-30 weken leeftijd, niet significant; c) Dy2J en BL6 matched controlestam muizen na 25-30 weken oud, p <0,05; d) SJL en BL6 matched controlestam bij 25-30 weken oud, p <0,001; e) BL10 muizen 25-30 weken oud en BL6 (controlegroep voor Dy2J muizen) muizen 25 weken oud, p <0.01; f) BL10 25-30 weken oud en BL6 (controlegroep voor SJL muizen) 25-30 weken oud, p <0,001.

Discussion

Het open veld activiteitsmeting een in vivo analyse die nuttig zijn voor het beoordelen ziekteprogressie en geneesmiddelefficiëntie in diermodellen van neuromusculaire ziekte 6,7,11-14 zijn. Zoals getoond in figuur 2, het biedt een overzicht van activiteit die weerspiegelen loc functie. Dit is een andere maatregel dan spierkracht, waardoor het een ideale secundaire of ondersteunende uitkomstmaat te presteren in een preklinische studie drug. Bovendien is een klinisch relevant 15, invasieve handeling, die meerdere malen gedurende de duur van het onderzoek kan worden uitgevoerd. Echter, gedrags-en locomotief activiteit ook beïnvloed door andere factoren, alsmede (dwz experimentator handling, milieu-omstandigheden, en cognitie) het creëren van variatie in open veld activiteit gegevens. Het doel van deze paper is om een ​​goed geteste en gestandaardiseerd protocol dat de variatie vermindert en maakt het mogelijk de resultaten te c zijn voorzienompared over meerdere laboratoria, in de hoop van het verbeteren van vertalingen binnen ons vakgebied.

Een belangrijk nadeel van deze maatregel is dat het zeer variabel en van talrijke externe factoren. Echter, hebben we hiermee rekening bij het ontwikkelen van het protocol. Wij hebben verschillende testprotocollen variërend in tijdsduur van 1-5 dagen van gegevensverzameling. Op het einde hebben we vastgesteld dat het uitvoeren van instrument adaptatie voor het verzamelen van gegevens om de dieren wennen aan de testkamer milieu en het uitvoeren van 4 dagen van het verzamelen van gegevens aanzienlijk verminderd de hoeveelheid variatie in de uitkomsten van gegevens 5. Dit protocol werd oorspronkelijk ontworpen om gedrags-en locomotief activiteit in het mdx muismodel te beoordelen; echter, werd dit protocol onlangs gevalideerd in de Dy2J diermodel en 6. Er wordt gesuggereerd dat het protocol worden gestandaardiseerd binnen uw laboratorium voor elk dier model voorafgaand aan het gebruik ervan in een preklinische studie.

Open veld activiteit varieert door genetische achtergrond 17, geslacht 18-20, leeftijd 18, en circadiane ritme 21. Dit vereist dieren van dezelfde leeftijd, geslacht en genetische achtergrond worden beoordeeld tegelijk. Tijdens de planningsfase, moet goed nadenken in het bepalen op welke leeftijd of leeftijden open veld activiteit zal worden beoordeeld worden. Elk dier model heeft zijn eigen specifieke progressie van de ziekte en de locomotief en gedragsmatige fenotype, die variëren in ernst en naar leeftijd 6,15 (figuur 2 en figuur 3). Daarom is het belangrijk klinisch en pathologisch relevante tijdstippen bepalen openen veldactiviteit maatregelen zijn. Het totale aantal dieren dat nodig is in elke behandelingsgroep om statistisch significante verschillen te detecteren varieert per dier model, leeftijd en geslacht ook. Daarom moet relevante steekproefgrootte ook worden uitgevoerd tijdens de planningsfase tot de toonhoogte vanine het totale aantal benodigde dieren in elke behandelingsgroep om statistisch significante verschillen te detecteren. Deze berekeningen moeten ook rekening houden met aanvullende uitkomstmaten gebruikt in de studie (bijvoorbeeld, grijpkracht metingen of histologische analyses). Op basis van onze macht berekeningen, gebruiken we meestal 10-12 dieren per behandelingsgroep. Daarnaast moet bijzondere aandacht worden besteed aan wat controle stam wordt gebruikt in het onderzoek. Er is een tendens voor ongepast controlestammen gebruik in preklinische studies. Zo worden BL6 muizen vaak als controlestam voor mdx muizen; De mdx muis op een BL10 achtergrond. Zoals gezien in figuur 3, BL10 muizen veel actiever dan BL6 muizen, die het onmogelijk mdx en BL6 gegevens te vergelijken. Bij het uitvoeren van preklinische studies met mdx muizen moet BL10 muizen worden gebruikt als controlestam. Bovendien, als een studie uitgevoerd met Dy2J muizen, BL6 muizen worden gebruikt als control stam.

Kleine veranderingen in het milieu kan ook significante invloed op de activiteit niveaus. Deze omvatten licht, temperatuur, vochtigheid, geur, geluid en menselijke activiteiten 4,15. Daarom is het erg belangrijk dat tests worden uitgevoerd in een op temperatuur en vochtigheid ruimte met niet-directe verlichting op hetzelfde tijdstip elke dag 5. De testkamers wordt gelijkmatig verdeeld over de ruimte en niet in direct licht of in de schaduw gesteld of donkere hoeken 5 geplaatst. De dieren worden willekeurig toegewezen aan hun testkamers elke dag naar de effecten van verschillende milieu-omstandigheden in de ruimte te verminderen, en ze moeten worden toegestaan ​​om te acclimatiseren aan de testkamer voor 10-30 min voorafgaand aan het verzamelen van gegevens. Zorg ervoor dat u de doos toewijzing van elk dier te volgen tijdens de gehele duur van het onderzoek om ervoor te zorgen dat elke invloed van de doos / milieu gelijk wordt verdeeld over de verschillende behandelingsgroepen. De individuen het laden van de animals in de testkamers en het hanteren van de dieren tijdens de gehele duur van de studie moet worden blind voor de behandelde groep en dier stam waar mogelijk. In veel gevallen beïnvloed genotypes aanzienlijk verschillen van de bedieningselementen en verblindend is niet mogelijk. Toch moeten individuen altijd verblind tussen behandelde en onbehandelde groepen. Bovendien moeten alle personen de zaal te verlaten tijdens het verzamelen van gegevens om ruis en afleiding in de kamer te verminderen, en alle kamers moeten grondig worden gereinigd na elke zitting van het verzamelen van gegevens. Deze acties zullen variatie aanzienlijk verminderen in de gegevens. Het is belangrijk op te merken dat dieren zijn ook zeer gevoelig voor aanpassing 15. Daarom wordt voorgesteld dat de dieren worden verwijderd uit de testkamer direct na de 60 min van het verzamelen van gegevens elke dag en dat open veld activiteit niveaus worden niet meer dan een keer per maand beoordeeld.

De totale afgelegde afstand en de totale verhuizingment tijd metingen hebben de neiging om de meest gevoelige open veld activiteit metingen 5 zijn. In de Dy2J model, de verticale activiteitsmeting neigt de gevoeligste open veld te meten (figuur 3) zijn; nochtans, kan het moeilijk zijn om nauwkeurige verticale activiteitsmetingen maakt bij kleinere dieren. Zo is het mogelijk dat een kleinere veeteelt gedrag vertonen en de sensor niet vangen door de hoogte van de verticale sensor. Als gevolg hiervan, raden we testen dieren niet eerder dan 5 weken oud. Het is ook mogelijk dat een dier slaapt gedurende de duur van een gegevensverzameling sessie. Als dit het geval is, is het aangewezen om een ​​extra dag van het verzamelen van gegevens toe te voegen. Tenslotte kan een slechte uitlijning van de kwadrantdeler of blokkade van sensoren binnen het vak resulteren in onjuiste gegevens ook. Daarom is het erg belangrijk om een ​​sensor CONTROLE VOORAF na afloop van voeren voorafgaand aan het testen en beoordelen alle gegevenselke dataverzameling sessie.

Voorzichtigheid dient te worden gehouden bij de analyse van het open veld activiteit gegevens. Open veld activiteit gegevens heeft de neiging om niet-normaal verdeeld en hebben uitschieters 4. Voorafgaand aan het uitvoeren van een statistische analyses, onze biostatistici raden het controleren van de gegevens voor normaliteit en uitschieters. Als data niet normaal verdeeld zijn, moet men overwegen gebruik te maken van een niet-parametrische testen bij het vergelijken van middelen. Bovendien moeten alle gegevens worden geanalyseerd door een persoon blind dan de behandelingsgroepen zijn.

Over het algemeen, het open veld activiteit maatregel heeft grote voordelen: a) het is een uitgebreide beoordeling van zowel de motorische en gedragsmatige activiteit, die sterk is, maar niet altijd gecorreleerd met locomotief functie; b) het is een makkelijke maatregel uit te voeren; c) het vereist geen behandeling van dieren tijdens het testen; d) het een invasieve maatregel die meer dan eens kan worden uitgevoerd tijdens de duur van een study; e) geen speciale training nodig is om de test uit te voeren; f) meerdere dieren worden getest in een keer; en g), het is een klinisch relevante uitkomstmaat 5,16. Echter, bij het testen van geneesmiddelen, in gedachten houden dat ook andere factoren die het gedrag van een dier kan van invloed zijn, en op zijn beurt open veld activiteit metingen. Drugs kunnen CNS en of andere lichaamsdelen breed effecten en probleem kan ook worden beïnvloed door een stressvolle omgeving. Hierdoor kan het moeilijk zijn om te onderscheiden of veranderingen in locomotieven of gedragsproblemen activiteit gerelateerd aan veranderingen in spierfunctie, spierkracht, of een gevolg van bijwerkingen van het geneesmiddel. Daarom dient extra functionele, histologische en moleculaire assays of ook worden uitgevoerd. Deze gestandaardiseerde protocol is ook met succes toegepast in andere spierziekten 4,17; Zoals gezien in figuur 3, proefstudies worden eerst uitgevoerd om de gevoeligheid van de maatregel te beoordelen in het diermodel.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Deze publicatie wordt gefinancierd door Cure CMD, Frans spierdistrofie Association (AFM), een translationeel onderzoek subsidie ​​van de spierdystrofie Association, de National Institutes of Health (1K26RR032082, 1P50AR060836-01, 1U54HD071601, 2R24HD050846-06), het Ministerie van Defensie ( W81XWH-11-1-0330, W81XWH-11-1-0782, W81XWH-10-1-0659, W81XWH-11-1-0809, W81XWH-09-1-0599) en een pilot subsidie ​​van Parent Project spierdistrofie ( PPMD).

Dit document is een van de vele in een reeks van SOP's voor routinematig gebruikt methodieken op het gebied aangeboren spierziekte. Het weerspiegelt de inspanningen besproken en vastgesteld bij meer dan 20 deskundigen op het gebied van aangeboren spierziekte bij de recente Aangeboren Muscle Disease Consortium Workshop, gehouden in april 2013 in Washington, 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