Verhaltens-und Bewegungsapparat Messungen mit einem offenen Feld Activity Monitoring-System für Skelettmuskelerkrankungen

Behavior
 

Summary

Aktivität im offenen Feld Stufen werden zur Lokomotive und Verhaltens Aktivität zu bewerten. Dieses Protokoll bietet eine gut gestaltete, standardisierte Protokoll in präklinischen Studien für neuromuskuläre Erkrankungen zu nutzen.

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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).

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Abstract

Die Aktivität im offenen Feld Überwachungssystem umfassend beurteilt Bewegungs und Verhaltens Aktivität von Mäusen. Es ist ein nützliches Werkzeug für die Beurteilung der Werthaltigkeit Lokomotive in Tiermodellen von neuromuskulären Erkrankungen und Wirksamkeit von therapeutischen Medikamenten, die Fortbewegung und / oder Muskelfunktion verbessern kann. Das offene Feld Aktivitätsmessung stellt eine andere Maßnahme als die Muskelkraft, die häufig von der Griffstärke-Messungen beurteilt wird. Es kann auch zeigen, wie Medikamente können auch andere Körpersysteme in Mitleidenschaft, wenn sie mit zusätzlichen Zielparameter verwendet. Neben Maßnahmen wie Gesamtstrecke spiegeln die 6 min-Gehtest, eine klinische Studie Endpunkt. Allerdings ist offen Feld Aktivitätsüberwachung auch mit erheblichen Herausforderungen verbunden: Open Feld Aktivitätsmessungen variieren je nach Tier-Stamm, Alter, Geschlecht, und zirkadianen Rhythmus. Zusätzlich können Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit, Beleuchtung, Lärm und sogar Geruchsbewertung Bilanz beeinflussen. Insgesamt ist diese manuscript bietet eine bewährte und standardisierte offene Feld Aktivität SOP für präklinische Studien in Tiermodellen der neuromuskulären Erkrankungen. Wir bieten eine Diskussion der wichtigsten Überlegungen, typische Ergebnisse, Datenanalyse, und detailliert die Stärken und Schwächen der offenen Feldtest. Darüber hinaus bieten wir Empfehlungen für eine optimale Studiendesign bei der Verwendung von offenen Feld-Aktivität in einer präklinischen Studie.

Introduction

Tiermodelle haben sich als nützlich erwiesen für das Lernen über Krankheitsmechanismen, aber ihre Nützlichkeit bei der Vorhersage die Wirksamkeit der Behandlung in klinischen Studien wurde häufig herausgefordert 1-3. Zahlreiche "vielversprechende" präklinische Studien werden jedes Jahr veröffentlicht wird; Aber nur sehr wenige der vorgeschlagenen Interventionen zeigen positive Ergebnisse bei der klinischen Studie bewegt. Diese Diskrepanzen sind oft auf Publikationsbias, optimistischen Schlussfolgerungen zugeschrieben und schlecht konzipiert und ausgeführt präklinischen Studien, die auf nicht reproduzierbare Ergebnisse 1-3 führen.

Mit den aktuellen Fortschritte in der Medikamentenentwicklung für neuromuskuläre Erkrankungen, gibt es einen zunehmenden Bedarf an gut gestalteten präklinischen Studien. Insbesondere gibt es einen Bedarf für rigorose Methoden, die in einem standardisierten und verblindet durchgeführt werden können, mit validierten, reproduzierbare und übersetzbar Endpunkte. Als Mitglied des Angeborene Muskelerkrankung Consortium, mitder Wunsch, mehr strengen präklinischen Studien durchführen, teilen wir hier unsere Standard Operating Procedure (SOP) für Open Field Activity. Diese SOP wurde zuvor validiert 4 und als Teil von TREAT-NMD SOPs für Duchenne-Muskeldystrophie (DMD) Tiermodellen 5 veröffentlicht. Wir haben diese Methode verwendet, um Phänotyp und testen Sie die therapeutische Wirksamkeit von zahlreichen Drogen in einer Vielzahl von Tiermodellen für neuromuskuläre Erkrankung, einschließlich Lama2 dy-2J / J (Dy2J) Mäusen, die Tiermodell für kongenitale Muskeldystrophie (CMD) 6,7 . Im Gegenzug wird dieser Artikel von unseren bisher veröffentlichten TREAT-NMD SOP 5 angepasst.

Die Aktivität im offenen Feld Überwachungssystem umfassend beurteilt Bewegungs und Verhaltens Aktivität von Mäusen, die mit Lokomotive Funktion korreliert werden können. Der Test wird auch häufig verwendet, um Angst und wie Sondierungs Verhaltensweisen 8-10 bewerten. Insbesondere ist die offene Feld ein nützliches Werkzeug für EselEssing Lokomotive Beeinträchtigung in Tiermodellen von neuromuskulären Erkrankungen 11,12 und die Wirksamkeit von therapeutischen Medikamenten, die Fortbewegung und / oder motorischen Funktionen verbessern 6,7,13,14 kann. Die Aktivität im offenen Feld Beurteilung stellt eine andere Maßnahme als die Muskelkraft, die häufig mit der Griffstärke wird gemessen, und es zeigt, wie Medikamente können auch andere Körper-Systeme sowie 5 beeinflussen (dh des zentralen Nervensystems). Darüber hinaus ist die Aktivität im offenen Feld Maßnahme, Gesamtdistanz, spiegelt die 6 min-Gehtest, eine klinische Studie Ergebnis Maßnahme, die auf submaximalen Trainingsleistung und Lebensqualität 15,16 konzentriert. Insgesamt ist dies macht die Aktivität im offenen Feld zu testen eine positive sekundäre oder Hilfs Ergebnis Maßnahme in präklinischen Studien zu verwenden. Allerdings hat die Aktivität im offenen Feld Überwachungssystem auch erhebliche Herausforderungen damit verbunden sind. Der Verhaltenstest und können ziemlich variabel sein, da sie von einer Vielzahl von externen beeinflusstFaktoren. Beispielsweise kann dieses Verhalten durch orientierende Antrieb (dh Kognition), Angst, Übelkeit, zirkadianen Rhythmus, Umweltfaktoren, genetische Hintergrund beeinflusst werden, zusätzlich zu den Motorausgang 10. Als Ergebnis ist es zwingend notwendig, diese Maßnahme in einer standardisierten Art und Weise mit einer kontrollierten Umgebung durchzuführen. Die hier vorgestellte Protokoll beschreibt unsere Aktivität im offenen Feld SOP im Detail. Es bietet Schritt-für-Schritt-Verfahren und weitere Diskussion wichtige Aspekte der Umweltbedingungen zu kontrollieren und helfen, Variabilität, typische Ergebnisse, Datenanalyse, und die Stärken der Einschätzung und Schwächen zu reduzieren im Detail.

Protocol

HINWEIS: Offenes Feld Activity Monitoring-System verwendet ein offenes Feld Plexiglaskammer mit Fotozelle Sender und Rezeptoren gleichmäßig entlang der Umfang der Kammer angeordnet (Abbildung 1). Diese Lichtschranke Sender und Rezeptoren schaffen eine xy-Gitter der unsichtbaren Infrarot-Strahlen. Wenn ein Tier in der Kammer platziert, bewegt sie sich etwa, was Strahl bricht. Vertikale Sensoren sind ebenfalls vorhanden, um vertikale Aktivität (dh die Aufzucht Verhalten) als auch zu bewerten. Der Analysator zeichnet die Strahlpause schnell Informationen und analysiert sie. Die Computer-Software berechnet dann mehrere Maßnahmen Aktivität über den voreingestellten Zeitraum. Diese Maßnahmen umfassen: horizontal Aktivität (Einheiten), vertikale Aktivität (Einheiten), Business (cm) Gesamtstrecke, Fahrzeit (sec) und Ruhezeit (sec) 5.

HINWEIS: Im Allgemeinen ist die Testraum sollten Temperatur und Feuchtigkeit kontrolliert werden, sogar mit Beleuchtung. Testkammern sollten gleichmäßig distrug über den Raum und sollte nicht in direktem Licht, dunkle Ecken oder Schattenzonen platziert werden. Alle Instrumente Akklimatisierung und Prüfung sollte zur gleichen Zeit jeden Tag durchgeführt werden (zB in der Früh) und von den gleichen Personen. Diese Personen sollten dem Tier-Behandlungsgruppe geblendet werden und Genotyp, wenn möglich.

Das folgende Protokoll wurde unter der Leitung und Genehmigung des Kinder National Medical-Center IACUC durchgeführt wurde.

1. Instrumenten Akklimatisierung

  1. Zeigen die Mäuse in den Testraum in ihre Käfige für etwa 10 min zu akklimatisieren. Verlassen Sie den Raum während der Eingewöhnungszeit.
  2. Zurück zu den Testraum, und schalten Sie den Aktivitätskammern. Auch wenn Daten nicht in dieser Zeit gesammelt, wird diese weiter imitieren die Testumgebung.
  3. Entfernen Sie vorsichtig jede Maus aus ihrem Käfig und sollten sofort in den Testkammern. Wenn die AktivitätKammer enthält ein Zentrum Teiler, der die Kammer in Quadranten (Abbildung 1) teilt, legen Sie die Maus in jede leere Quadranten.
  4. Wenn alle Tiere in den Testkammern geladen, legen Sie den Deckel auf der Oberseite jeder Testkammer. Verlassen Sie den Raum während dieser Zeit der Akklimatisierung.
  5. Nach der 60 min, zurück in den Raum. Nehmen Sie den Deckel von jeder Testkammer und sanft jede Maus zurück, um seine oder ihre jeweiligen Heimatkäfig.
  6. Reinigen Sie jede Kammer mit Desinfektionsmittel und Papierhandtücher. Sicherzustellen, dass keine Schmutzpartikel in der Kammer belassen.
    HINWEIS: Wenn mehrere Sitzungen werden jeden Tag laufen, jeder Testkammer gründlich zwischen den einzelnen Sitzungen zu reinigen.
  7. Wiederholen Sie die Schritte 1-6 für 4 aufeinander folgenden Tagen.
    HINWEIS: Führen Sie Akklimatisierung eine Woche vor der ersten Datenerhebung. Werden Tiere mehrere Male in einer Studie getestet, Akklimatisierung nur vor der ersten Runde der Tests, um die Gewöhnung zu vermeiden zuführen. Darüber hinaus die Tiere zufällig in eine neue zuweisenKasten pro Sitzung. Verfolgen Sie die Box Aufgaben während der gesamten Dauer der Studie.

2. Datensammlung

  1. Zeigen Mäuse in den Testraum in ihre Käfige für 10-30 min zu akklimatisieren. Verlassen Sie den Raum während dieser Zeit.
  2. Nach dem 10-30 min, kehren Sie zu den Testraum. Schalten Sie die Aktivität Kammern und öffnen die zugehörige Software auf dem Computer mit den Kammern verbunden. Wenn die Kammer enthält einen Quadranten Teiler, legen Sie die Partition zu diesem Zeitpunkt.
    HINWEIS: Wenn die Testkammer enthält eine Quadrantenteiler, mit zwei Tieren in der Testkammer während der Datensammlung aufgestellt werden. Ein Tier kann in der vorderen linken Quadranten und eine in der hinteren rechten Quadranten (Figur 1) angeordnet werden.
    HINWEIS: während der Datenerfassung oder in der gleichen Zeile oder Spalte Tiere in allen vier Quadranten legen. Indem die Tiere in diesen Orientierungen mit der xy-Raster von Infrarot-Strahlen und der Tierbewegungen stören wirdungenau gemessen.
  3. Konfigurieren Sie die Computer-Software, um eine prebeam Prüfung durch. Diese Konfiguration ermöglicht eine um ein Pre-Check Strahl nach dem Versuchsaufbau und vor dem Einsetzen der Tiere in die Versuchskammern (siehe unten) laufen.
    HINWEIS: Wenn die prebeam geprüft wird, prüft der Computer-Software die Funktion der xy-Infrarot-Strahlen. Zum Beispiel kann es bestimmen, ob die Fotozelle Emitter und Rezeptoren blockiert und nicht in der Lage, um eine Bewegung innerhalb der Kammer entsprechend zu detektieren.
  4. Stellen Sie die Primärdatenerhebung Parameter in der Computer-Software zu sechs 10 min Blöcke von Daten zu sammeln (dh Daten für insgesamt 60 min sammeln), und geben Sie dann das entsprechende Datum, Dateiname und-Maus-ID-Nummern.
  5. Wenn alle Parameter eingestellt sind, führen Sie den prebeam Prüfung. Wenn eine Kammer nicht passieren die prebeam überprüfen ist es sehr wahrscheinlich aufgrund der schlechten Ausrichtung des Zentrums Quadranten Teiler oder Testkammer. Wenn dies geschieht, richten Sie den Mittelpunkt Quadranten diviDER und Testkammer, bis die Sensoren nicht mehr blockiert und das System fest, dass die Testkammer ist fertig. Wenn das nicht das Problem zu beheben, beziehen Sie das Gerätehandbuch.
  6. Wenn alle Testkammern sind bereit, entfernen Sie vorsichtig die Maus aus seinem Käfig und sofort legen ihn oder sie in die Testkammer. Beachten Sie die ID der Maus und sicherzustellen, dass es den einen in Computer eingegeben einstimmt.
  7. Sobald alle Tiere ordnungsgemäß in die Testkammern geladen, legen Sie den Deckel auf der Oberseite jeder Kammer. Dann wählen Sie den entsprechenden Befehl in die Computer-Software, um die Datenerfassung zu starten. Zu diesem Zeitpunkt wird der Analysator und Computer-Software Aufnahme Aktivität beginnen entsprechend der Datensammlung Parameter.
  8. Verlassen Sie die Testraum für den Rest der Testphase.
  9. Nach Abschluss der Testphase (dh 60 Minuten später), sofort auf den Testraum zurück. Speichern Sie die Daten, und dann zurückkehren, um ihren Respekt jedes Tierive eigenen Käfig.
  10. Reinigen Sie alle Einheiten mit einem Desinfektionsmittel und Papierhandtücher.
    HINWEIS: Wenn mehrere Sitzungen werden jeden Tag laufen, jeder Testkammer gründlich zwischen den einzelnen Sitzungen zu reinigen.
  11. Exportieren von Daten in einer Tabellenkalkulation und beenden Sie das Software-Programm.
  12. Überprüfen Sie die Daten, um sicherzustellen, dass sie aufgezeichnet wurden. Wenn die Daten nicht aufgezeichnet wurden, oder die Tiere über die Gesamtheit des Datensammelzeitraum schlief, führen einen zusätzlichen Tag der Datenerhebung.
    HINWEIS: Ein Tier wird als "schlafenden", wenn sie nicht während der gesamten Testdauer 60 min zu bewegen.
  13. Wiederholen Sie die Schritte 2,1 bis 2,12 für 4 aufeinander folgenden Tagen.
    HINWEIS: Wenn Tiere zu mehreren Zeitpunkten während der gesamten Dauer einer Studie getestet, nicht offenen Feld Aktivitätsmessungen mehr durchführen als einmal im Monat, um die Gewöhnung zu vermeiden. Außerdem zufällig die Tiere auf ein neues Feld zuordnen jede Sitzung. Verfolgen Sie die Box Aufgaben während der gesamten Dauer der Studie.

3. Datenanalyse

  1. Berechnen Sie die mittlere horizontale Aktivität (Einheiten), vertikale Aktivität (Einheiten), reiste Gesamtstrecke (cm), Bewegungszeit (sec) und Ruhezeit (sec) pro Maus und Gruppen. Der Computer-Software berechnet und zeigt die Gesamt horizontale Aktivität (Einheiten), vertikale Aktivität (Einheiten), Gesamtdistanz (cm), Bewegungszeit (sec) und Ruhezeit (sec) über den Erhebungszeitraum (dh 60 min) für jede Maus. Berechnet den Mittelwert für jede der oben genannten Parameter aus den 4 Tagen der Datenerfassung.
  2. Vor der Durchführung von statistischen Analysen, beurteilen die Normalität der Daten mit dem Shapiro-Wilk-Test, und überprüfen Sie die Ausreißer mit Hilfe der Grubbs-Test. Entfernen Sie alle signifikanten Ausreißer (p <0,05).
  3. Für normalverteilte Daten, Vergleichsmittel zwischen den Gruppen entweder einen unabhängigen Stichproben-t-Test oder eine Einweg-ANOVA und post-hoc-Test mit p-Werten für Mehrfachvergleiche angepasst hängening auf die Gesamtzahl der Behandlungsgruppen.
  4. Für nicht-normalverteilten Daten vergleichen Mittelwerte zwischen den Gruppen entweder mit dem Wilcoxon-Rangsummentest, oder Kruskal-Wallis-Test und-Rangsummentest mit resultierenden p-Werte für mehrere Vergleiche in Abhängigkeit von der Anzahl der Behandlungsgruppen eingestellt.

Representative Results

Bei der Analyse von offenen Feld Aktivitätsdaten, konzentrieren wir uns auf ein paar ausgewählte Messungen, die eine Beurteilung der Aktivität, die im Allgemeinen zu reflektieren Lokomotive Funktion bereitzustellen. Diese Parameter umfassen: horizontal Aktivität, vertikale Aktivität, Bewegung, Ruhezeit und Gesamtstrecke. Im Allgemeinen werden Tiere mit reduzierter Muskelfunktion weniger aktiv zu sein und haben geringere Bewegungsaktivität. Dieser ist in der Regel verbunden mit einer verminderten Aktivität horizontal, vertikal Aktivität, Gesamtstrecke und Fahrzeit und erhöhte Ruhezeit 5,6,12,17. Im Gegenteil werden die Tiere mit unbeeinträchtigt Muskelfunktion oder solche mit Therapeutika, die das Fortschreiten der Verschlechterung der Muskel Pathologie zu verringern behandelt eher höhere Aktivität 6,7,14,17 anzuzeigen.

Um ein Beispiel für typische Ergebnisse mit diesem Protokoll in Tiermodellen der neuromuskulären Erkrankung erhalten wurden, zeigen, sofern wir Daten aus einer Längsschnittstudie we zuvor in der Dy2J kongenitale Muskeldystrophie (CMD) Tiermodell 6 durchgeführt. Kurz gesagt, enthält das Modell Dy2J eine verkürzte Form des LAMA2 Gen, das in der hinteren Gliedmaßen Lähmung, Demyelinisierung und dystrophischen Skelettmuskelveränderungen führt. Die Auswirkungen dieser Muskel Pathologie auf Aktivität in diesen Mäusen beobachtet. Zum Beispiel sind die Dy2J Mäuse in der Studie tendenziell niedriger horizontale Aktivität aufweisen und weniger Strecke, im Vergleich zu ihrem Alter und Geschlecht abgestimmt BL / 6 Wildtyp-Kontrollen während der gesamten Dauer der Studie (Abbildung 2); jedoch waren diese Unterschiede nicht immer signifikant. Das Fehlen von Bedeutung ist aufgrund der geringen Stichprobengröße und hohe konzern Variation in den BL6 Daten am wahrscheinlichsten. Variation ist typisch für offene Feld Aktivitätsdaten; Jedoch sind diese Daten insbesondere keine ausreichende Leistung, um zu bestimmen, ob diese Gruppen statistisch voneinander verschieden sind. Typischerweise ein n = 10-12 sollte verwendet werden, um zu erkennen s werdentatistically signifikanten Unterschiede 5,17. Zum Beispiel, wenn eine größere Stichprobengröße verwendet wird, wie es in der Studie durchgeführt SJL (siehe die zweite BL6 bar in den 3B, 3D und 3E) signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen beobachtet werden kann. Die Dy2J Tiere zeigten auch einen vollständigen Verlust der vertikalen Aktivität, die ihre Hinterbeinlähmung gespiegelt, und wiederum eine Unfähigkeit, hinten (2B) 6. Schließlich ist es wichtig zu beachten, die Geschlechtsunterschiede in der Aktivität. Zum Beispiel, neigten die Frauen aktiver zu sein als Männer, zeigt eine höhere Aktivität horizontal, vertikal Aktivität und Gesamtstrecke (Abbildung 2); jedoch sind diese Unterschiede statistisch nicht signifikant waren.

Wir haben auch Daten aus mehreren früheren Studien in anderen Tiermodellen für neuromuskuläre Erkrankungen durchgeführt, sowie mehrere weitere Faktoren, die Einfluss auf Handlung markierenduktivität Ebenen (Abbildung 3). Zum Beispiel variieren Aktivität durch genetische Hintergrund 10. BL10 Wildtyp-Mäuse zeigen größere horizontale Aktivität, vertikale Aktivität und Gesamtstrecke im Vergleich zu alters-und geschlechtsspezifische abgestimmt BL6 Wildtyp-Mäusen (Abbildung 3). Dies ist eine wichtige Beobachtung zu beachten, wie die Nutzung der falsche Kontrollstämme in einer Studie die Daten unbrauchbar machen. Zweitens variieren Aktivität von Krankheitsmodell und Phänotyp (Abbildung 3). Zum Beispiel die SJL-Maus, das Tiermodell für Gliedergürtel-Muskeldystrophie-2B (LGMD-2B), zeigt die unterste Ebene der horizontalen Aktivität und Gesamtstrecke, gefolgt von der Maus und dem Dy2J mdx-Maus, das Tiermodell für Duchenne Muskeldystrophie (3A, 3C). Allerdings Dy2J Mäusen, die aufgrund ihrer Lähmung der hinteren Gliedmaßen, zeigen Sie das niedrigste Niveau der vertikalen Aktivität (3B). Es ist auch wichtig zu beachten, dass die höhereAktivität in der mdx Phänotyp wahrscheinlich auf die erhöhte Aktivitätsniveau des BL10 Hintergrundstamm zurückzuführen. Schließlich unterstreicht diese Zahl die Bedeutung der Tier Alter / Krankheit Pathologie zum Zeitpunkt der Prüfung. Zum Beispiel bei 30 Wochen alt, keine Unterschiede in Aktivität zwischen mdx-Mäusen und deren Alter und Geschlecht abgestimmt BL10 Wildtyp-Kontrollen (Abbildung 3) festgestellt werden. , 6 Wochen alt, rund um den Gipfel nekrotischen Phase in der mdx-Maus-Modell, zeigen mdx-Mäusen jedoch eine signifikante Abnahme der vertikalen Aktivität und horizontale Aktivität. Eine Abnahme ist auch in Gesamtentfernung beobachtet, aber dieser Unterschied ist nicht signifikant (Figur 3) 4.

Figur 1
Abbildung 1. Aktivität im offenen Feld Apparate. Zwei offene Feldgeräte mit Mittel Quadrant Teiler, und Tops. Wenn herausnehmbare Mittel Quadranten Teiler vorhanden sind, sollten die Tiere nur in der vorderen linken (1, 3) und hinten rechts Kammern (2, 4) von jedem Feld während der Prüfung auf gültige Messwerte zu erhalten platziert werden.

Figur 2
Abbildung 2. Öffnen Feld Aktivitätsdaten. Typische offenen Feld Aktivitätsdaten für Dy2J (graue Linie, n = 3) und alters-und geschlechtsspezifische abgestimmt BL6 Kontrollstamm (schwarze Linie, n = 3) Mäusen bei 14, 19, 23, 25, und 30 Wochen alt (A - F) A) Horizontal-Aktivität (willkürliche Einheiten) Männchen, B) Horizontal-Aktivität (willkürliche Einheiten) Weibchen, C) Vertikal Aktivität (willkürliche Einheiten) Männchen, D) Vertikal Aktivität (willkürliche Einheiten) Frauen. E) Gesamtstrecke Travegeführt (cm) Männchen, Business E) Gesamtstrecke (cm) Weibchen. Die Daten wurden über 4 aufeinanderfolgenden Tagen gesammelt und gemittelt pro Maus und Gruppen. Die gleichen Mäuse wurden zu jedem Zeitpunkt getestet. Die Daten repräsentieren Mittelwert ± SEM. Daten, die zuvor veröffentlicht 6. Dy2J und BL6-Mäusen wurden mit einer unabhängigen Probe T-Test bei jedem Zeitpunkt verglichen. Ein p-Wert <0,05 wurde als signifikant angesehen. * P <0,05, ** p <0,01, *** p <0,001.

Figur 3
Abbildung 3. Öffnen Feld Aktivitätsdaten mehrere Stämme Typische Verhaltensaktivitätsdaten von männlichen BL10 (6 Wochen alt, n = 8; 25-30 Wochen alt, n = 10)., Mdx (6 Wochen alt, n = 9; 25-30 Wochen alt, n = 15), BL6 (Kontrollgruppe für Dy2J Mäuse, n = 3; Kontrollgruppe SJL-Mäuse, n = 13), Dy2J (n = 3), und SJL (n = 13)-Mäuse bei VArying Altersgruppen. A) Horizontal-Aktivität (willkürliche Einheiten) Daten von BL10 und mdx-Mäusen bei 6 und 25-30 Wochen alt, B) Horizontal-Aktivität (willkürliche Einheiten) Daten aus BL6, Dy2J und SJL-Mäusen bei 25-30 Wochen Alter, C) Vertikal-Aktivität (Units) Daten von BL10 und Mdx Mäusen nach 6 und 25-30 Wochen alt, D) Vertikal-Aktivität (Units) Daten von BL6 Dy2J und SJL-Mäuse im Alter von 25-30 Wochen , E) der gesamten Fahrleistung (cm) Daten von BL10 und mdx-Mäusen bei 6 und 25-30 Wochen alt, und F) der gesamten Fahrleistung (cm) Daten aus BL6, Dy2J und SJL-Mäusen bei 25-30 Wochen alt . Dy2J, Tiermodell für die CMD mit Laminin α2-Gen-Mutation auf dem BL6 Hintergrund; SJL, Tiermodell für Gliedergürtel-Muskeldystrophie-2B (LGMD-2B); mdx, Tiermodell für DMD auf dem BL10 Hintergrund. Es gibt keine ausreichenden dysferlin-SJL Kontrolle. Daten sind Mittelwerte ± SEM. B, C und D enthalten Daten, die zuvor VeröffentSchuppen 6,17. Daten nicht normal verteilt sind; Deshalb wurden die Daten mit Hilfe eines Wilcoxon-Rangsummen-Test verglichen. Ein p-Wert von p <0,05 wurde als signifikant angesehen. Die folgenden Vergleiche wurden für jeden Parameter vorgenommen: a) BL10 und mdx-Mäusen nach 6 Wochen alt, p <0,05; b) BL10 und mdx-Mäusen bei 25-30 Wochen alt, nicht signifikant; c) Dy2J und BL6 abgestimmt Kontrollstamm Mäuse bei 25-30 Wochen alt, p <0,05; d) SJL und BL6 abgestimmt Kontrollstamm bei 25-30 Wochen alt, p <0,001; e) BL10 Mäusen bei 25-30 Wochen alt und BL6 (Kontrollgruppe für Dy2J Mäuse) Mäuse 25 Wochen alt, p <0,01; f) BL10 bei 25-30 Wochen alt und BL6 (Kontrollgruppe für SJL Mäuse) bei 25-30 Wochen alt, p <0,001.

Discussion

Der offene Bereich der Aktivitätsmessung ist ein in vivo-Assay, die vorteilhaft für die Beurteilung der Krankheitsprogression und Arzneimittelwirksamkeit in Tiermodellen von neuromuskulären Erkrankungen 6,7,11-14 sein kann. Wie in 2 gezeigt ist, stellt sie eine Beurteilung der Aktivität, die in der Regel während Lokomotive Funktion. Dies ist eine andere Maßnahme als die Muskelkraft, so dass es eine ideale sekundäre oder Hilfs Ergebnis Maßnahme in einer präklinischen Studie durchzuführen. Darüber hinaus ist es eine klinisch relevante 15, nichtinvasive Maßnahme, die mehrfach während der gesamten Dauer der Studie durchgeführt werden kann. Allerdings ist Verhaltens-und Bewegungsaktivität zusätzlich durch weitere Faktoren beeinflusst, wie gut (dh Experimentator Handhabung, Umweltbedingungen und Kognition) Schaffung Variation im offenen Bereich Aktivitätsdaten. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine gut getestete und standardisierte Protokoll, Variation reduziert und ermöglicht Ergebnisse zu c werden kannüber mehrere Labors ompared, in der Hoffnung, der Verbesserung der Übersetzung in unserem Bereich.

Ein großer Nachteil dieser Maßnahme ist, dass es sehr variabel und von zahlreichen externen Faktoren beeinflusst wird. Allerdings haben wir dies bei der Entwicklung des Protokolls. Wir untersuchten eine Vielzahl von Testprotokollen bis hin in der Dauer von 1-5 Tage der Datenerhebung. Am Ende haben wir festgestellt, dass die Durchführung Instrument Akklimatisierung vor der Datenerfassung, die Tiere mit der Testkammer Umgebung vertraut zu machen und die Durchführung von 4 Tagen nach der Datenerhebung deutlich in den Ergebnisdaten 5 reduziert die Menge der Variation. Dieses Protokoll wurde ursprünglich entwickelt, um Verhaltens-und Bewegungsaktivitätsniveaus in der mdx-Maus-Modell zu bewerten; Allerdings wurde dieses Protokoll vor kurzem in der Dy2J Tiermodell als auch 6 validiert. Es wird vorgeschlagen, dass das Protokoll in Ihrem Labor für jeden Tiermodell vor der Verwendung in einer präklinischen Studie standardisiert werden.

Aktivität im offenen Feld variiert je nach genetischem Hintergrund 17, 18-20 Geschlecht, Alter 18 und 21 zirkadianen Rhythmus. Dies erfordert Tieren gleichen Alters und Geschlechts und genetischen Hintergrund gleichzeitig bewertet werden. Während der Planungsphase sollte eine sorgfältige Gedanken in der Entscheidung, in welchem ​​Alter oder Alters offenen Feld Aktivität bewertet werden gestellt werden. Jedes Tiermodell hat seine eigene Krankheitsprogression und Lok-und Verhaltens Phänotyp, der Schweregrad und Alter 6,15 (Abbildung 2 und Abbildung 3) variieren. Daher ist es wichtig, klinisch und pathologisch relevanten Zeitpunkte zu bestimmen, die Aktivität im offenen Feld Maßnahmen. Die Gesamtzahl der Tiere in jeder Behandlungsgruppe erforderlich, um statistisch signifikante Unterschiede festzustellen variiert von Tier-Modell, dem Alter und Geschlecht sowie. Folglich sollten relevante Probengröße Berechnungen auch in der Planungsphase durchgeführt, um bestim werdenine der Gesamtzahl der Tiere in jeder Behandlungsgruppe erforderlich, um statistisch signifikante Unterschiede festzustellen. Diese Berechnungen sollten auch Berücksichtigung zusätzlicher Ergebnismessungen in der Studie verwendet (zB Griffstärke-Messungen oder histologische Analysen) zu nehmen. Basierend auf unserer Leistungsberechnungen, wir verwenden in der Regel 10-12 Tieren pro Behandlungsgruppe. Darüber hinaus sollte ein besonderes Augenmerk auf welchem ​​Kontrollstamm in der Studie verwendet wird, bezahlt werden. Es gibt eine Tendenz für fehlerhafte Kontrollstämme in präklinischen Studien verwendet werden. Beispielsweise werden BL6-Mäusen oft als Kontrollstamm für mdx-Mäuse verwendet; jedoch ist die mdx-Maus auf einem BL10 Hintergrund. Wie in Figur 3 zu sehen ist, sind BL10 Mäusen viel aktiver als BL6-Mäusen, die es unmöglich machen MDX und BL6 Daten vergleichen lassen. Bei der Durchführung von präklinischen Studien mit mdx-Mäusen, sollte BL10 Mäuse als Kontrollstamm verwendet werden. Außerdem, wenn eine Studie wird mit den Dy2J Mäusen, BL6-Mäusen sollte als contr verwendet werdenol Belastung.

Kleine Veränderungen der Umwelt können auch erhebliche Auswirkungen auf Aktivität. Dazu gehören Beleuchtung, Temperatur, Feuchtigkeit, Geruch, Lärm und menschliche Aktivität 4,15. Daher ist es sehr wichtig, dass die Prüfung in der gleichen Zeit jeden Tag 5 in einer temperatur-und feuchtigkeitskontrollierten Raum mit nicht-direkte Beleuchtung durchgeführt werden. Die Testkammern sollten gleichmäßig im Raum angeordnet werden und nicht unter direkter Beleuchtung oder in Schatten oder dunklen Ecken 5 platziert. Die Tiere sollten nach dem Zufallsprinzip, um ihre Testkammern pro Tag zugewiesen werden, um die Auswirkungen der unterschiedlichen Umweltbedingungen im gesamten Raum zu reduzieren, und sie sollten die Möglichkeit haben, um den Testraum für 10-30 min vor der Datenerfassung zu gewöhnen werden. Stellen Sie sicher, um das Feld Zuordnung der einzelnen Tiere während der gesamten Dauer der Studie verfolgen, um sicherzustellen, dass eine Beeinflussung der Box / Umgebung wird zu gleichen Teilen unter den verschiedenen Behandlungsgruppen verteilt. Die Individuen Laden der animals in die Testkammern und Umgang mit den Tieren während der gesamten Dauer der Studie sollte der Behandlungsgruppe geblendet werden, und Tierstamm, wenn möglich. In vielen Fällen betroffen Genotypen unterscheiden sich deutlich von ähnlichen Kontrollen und Verblindung ist nicht möglich. Allerdings sollten Personen, immer zwischen behandelten und unbehandelten Gruppen geblendet werden. Darüber hinaus sollten alle Personen den Raum während der Datensammlung zu verlassen, um Lärm und Ablenkungen im Raum zu reduzieren, und alle Kammern sollten gründlich nach jeder Sitzung der Datenerhebung gereinigt werden. Diese Maßnahmen werden Variation deutlich reduzieren in den Daten. Es ist wichtig zu beachten, dass die Tiere auch sehr anfällig für die Anpassung 15. Daher wird vorgeschlagen, dass die Tiere aus der Testkammer direkt nach der 60 min der Datenerhebung jeder Tag und das offene Feld Aktivität entfernt werden, nicht mehr als einmal pro Monat bewertet.

Die Gesamtstrecke und Gesamt unterwegsment Zeitmessungen sind in der Regel die empfindlichsten offenen Feld Aktivitätsmessungen 5 sein. In der Dy2J Modell, die vertikale Aktivitätsmessung neigt dazu, die empfindlichste offenen Feld Aktivitätsmessung (Abbildung 3); Allerdings kann es schwierig sein kann, um eine genaue vertikale Aktivitätsmessungen in kleinere Tiere zu erfassen. Zum Beispiel ist es möglich, dass ein kleiner Tier Aufzucht Verhalten aufweisen und der Sensor nicht erfasst es an der Höhe des vertikalen Sensors. Als Ergebnis empfehlen wir die Untersuchung von Tieren nicht früher als 5 Wochen alt sind. Es ist auch möglich, daß ein Tier während der gesamten Dauer eines Datensammelsitzung schlafen. Wenn dies der Fall ist, ist es angebracht, einen weiteren Tag in der Datensammlung hinzuzufügen. Schließlich kann eine schlechte Ausrichtung des Quadranten Teiler oder Blockade von Sensoren innerhalb des Feldes zu ungenauen Daten sowie führen. Daher ist es sehr wichtig, einen Sensor Vorprüfung vor dem Test nach dem Ende der Durchführung und Bewertung aller Datenjeder Datensammlung Sitzung.

Vorsicht ist auch bei der Analyse von offenen Feld Aktivitätsdaten genommen werden. Offenen Feld Aktivitätsdaten hat eine Tendenz, nicht-normal verteilt und haben 4 Ausreißer. Vor der Durchführung von statistischen Analysen, unsere Biostatistikern empfehlen die Überprüfung der Daten auf Normalität und Ausreißer. Wenn die Daten nicht normal verteilt sind, sollte man prüfen, unter Verwendung eines parametrischen Test, wenn die Vergleichseinrichtung. Zusätzlich sollten alle Daten, die von einem Individuum, was die Behandlungsgruppen blind analysiert.

Insgesamt hat sich die Aktivität im offenen Feld Maßnahme große Vorteile: a) es ist eine umfassende Bewertung der beiden Bewegungs und Verhaltensaktivität, die stark ist, aber nicht immer mit Lokomotive Funktion korreliert; b) es ist eine einfache Maßnahme, um durchzuführen; c) es erfordert keine Behandlung der Tiere während der Prüfung; d) es ist eine nicht-invasive Maßnahme, die mehr als einmal während der gesamten Dauer eines stu durchgeführt werden könnendy; e) keine besondere Ausbildung erforderlich ist, um den Test durchzuführen; f) mehrere Tiere gleichzeitig getestet werden; und g) es ist eine klinisch relevante Zielgröße 5,16. Doch beim Testen Therapeutika, bedenken Sie, dass andere Faktoren können das Verhalten eines Tieres beeinflussen und wiederum offenen Feld Aktivitätsmessungen. Medikamente können ZNS und oder andere Körperweiten Auswirkungen haben, und das Verhalten kann auch durch einen stressigen Umgebung beeinflusst werden. Als ein Ergebnis kann es schwierig sein, zu unterscheiden, ob Änderungen in Lokomotive oder Verhaltensaktivität Ebenen, um Änderungen der Muskelfunktion, Muskelkraft verbunden oder sind das Ergebnis von Nebenwirkungen des Arzneimittels. Daher sollten zusätzliche funktionelle, histologische und molekulare Tests oder auch durchgeführt werden. Diese standardisierten Protokoll wurde auch erfolgreich in anderen Muskelerkrankungen 4,17 verwendet; Jedoch, wie in Figur 3 zu sehen, Pilotstudien sollten zunächst durchgeführt, um die Empfindlichkeit der Messung im Tier zu bewertenModell.

Disclosures

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Acknowledgments

Diese Publikation wird durch Cure CMD, Französisch Muskeldystrophie-Gesellschaft (AFM), einem translationalen Forschungsstipendium der Gesellschaft für Muskelkranke, die National Institutes of Health (1K26RR032082, 1P50AR060836-01, 1U54HD071601, 2R24HD050846-06), dem Department of Defense (gefördert W81XWH-11-1-0330, W81XWH-11-1-0782, W81XWH-10-1-0659, W81XWH-11-1-0809, W81XWH-09-1-0599) und ein Pilot Zuschuss von Parent Project Muskeldystrophie ( PPMD).

Dieses Papier ist eine von mehreren in einer Reihe von Standardarbeitsanweisungen für die routinemäßig angewandten Methoden im Bereich angeborene Muskelerkrankung. Es spiegelt die Bemühungen diskutiert und fest um über 20 Experten auf dem Gebiet der angeborenen Muskelerkrankung auf der jüngsten Angeborene Muskelerkrankung Consortium Werkstatt, im April 2013 in Washington, DC statt

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

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