Eine Ratte Modell der zentralen Ermüdung mit einem modifizierten mehrere Plattform-Methode
14. August 2018
Hier präsentieren wir ein Protokoll, um einem Rattenmodell der zentralen Ermüdung unter Verwendung der modifizierten vorstellen mehrere Plattform Methode (MMPM).
Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen bei der Modellkonstruktion der zentralen Ermüdung zu beantworten. Zum Beispiel, wie man Müdigkeit sowohl aus physischen als auch aus psychischen Aspekten hervorruft und wie man sie bewertet. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, mentale Faktoren mit einer modifizierten Mehrplattformmethode zu kombinieren, um den Beginn der zentralen Ermüdung besser zu simulieren.
Wir kamen auf die Idee, als wir den engen Zusammenhang zwischen intermittierendem Schlafentzug und zentraler Müdigkeit bemerkten. Wir probierten verschiedene Stunden und Tage der Entbehrung aus, um zentrale Müdigkeit zu induzieren, und fanden schließlich heraus, dass 14 Stunden über 21 Tage das richtige Muster waren. Das Modell zeigt eine gute Validität bei zentraler Müdigkeit und kann in zukünftigen Studien verwendet werden, um den zugrunde liegenden Mechanismus der Krankheit zu überprüfen.
Beginnen Sie damit, einen undurchsichtigen Kunststofftank ohne Deckel zu konstruieren. Befestigen Sie 15 kreisförmige Plattformen am Boden des Tanks, die sich geordnet in drei Reihen und fünf Spalten verteilen. Lassen Sie zwischen den einzelnen Plattformen genügend Platz, etwa 13 Zentimeter zwischen den Reihen und 10 Zentimeter zwischen den Spalten.
Installieren Sie einen Wasserhahn im Wasserauslass an der Seitenseite des Tanks. Zum Schluss machst du eine Abdeckung aus Eisendrahtnetz für den Tank, an der eine Lebensmittelbox hängt. Beginnen Sie damit, die Wurzeln des Rattenschwanzes mit einem Marker zu nummerieren.
Wiegen Sie die Ratten, ohne die extrem leichten oder schweren, und teilen Sie den Rest nach dem Zufallsprinzip in die Modell- und Kontrollgruppen auf. Setzen Sie die Ratten vorsichtig in die sauberen Käfige und lassen Sie sie mindestens drei Tage lang im Labor akklimatisieren. Sorgen Sie für ausreichend Wasser- und Lebensmittelversorgung.
Stellen Sie den Tank zunächst auf eine ebene Wiese und füllen Sie ihn dann mit sieben Zentimetern warmem Wasser, etwa einen Zentimeter unter der Ebene der Plattform. Geben Sie dann Futter und Wasser für einen Tag in die Futterkiste und hängen Sie sie an den Deckel. Nehmen Sie als Nächstes die Modellgruppe von Ratten am Schwanz aus dem Käfig und setzen Sie sie vorsichtig in das Becken.
Lass alle Ratten ins Wasser statt auf die Plattformen, um ihre Angst vor Wasser zu motivieren. Achten Sie darauf, dass jede Ratte eine Plattform zum Stehen bekommt, während die Ratten der Kontrollgruppe in ihren ursprünglichen Käfigen mit ausreichend Futter und Wasser bleiben. Decken Sie als Nächstes den Tank ab und überwachen Sie die Ratten.
Nehmen Sie nach 14 Stunden die Modellratten aus dem Aquarium und trocknen Sie ihre Haare mit einem Trockner. Achte auf die Schwänze der Ratten, wenn sie verblassen. Setze die Ratte dann mit Futter und Wasser in den ursprünglichen Käfig zurück.
Spülen Sie abschließend den Tank aus und öffnen Sie den Wasserhahn, um das Abwasser abfließen zu lassen. Sterilisieren Sie dann den Tank mit einem 75%igen Ethanolspray. Die Ergebnisse von Freilandversuchen deuten darauf hin, dass es im Vergleich zur Kontrollgruppe eine signifikante Abnahme sowohl der Aufzuchtbewegung als auch der durchschnittlichen Geschwindigkeit der willkürlichen Aktivität bei Modellratten gibt.
Der Augmented-Plus-Labyrinth-Test zeigt, dass 21 Tage Modellierung sowohl die Eintritte als auch die Dauer im offenen Arm im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant verringerten, während es einen Anstieg bei denen im engen Arm gab. Der ausführliche Schwimmtest zeigte, dass die Schwimmdauer der Modellgruppe deutlich kürzer ist als die der Kontrollgruppe. Schließlich deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass das Dopamin im Hypothalamus sowie das Verhältnis von Dopamin zu Serotonin in der Modellgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant abnimmt, während der Serotoningehalt signifikant ansteigt.
Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie einen Tank mit mehreren Plattformen bauen und ihn in Ihrem zentralen Ermüdungsmodell anwenden. Hierbei handelt es sich um ein nicht-invasives Modell, das leicht zu beherrschen ist. Wenn Sie dieses Modell ausprobieren, ist es wichtig, den Rest im Auge zu behalten, da sie in den ersten zwei Wochen ziemlich aggressiv sind und es zu Verletzungen kommen kann.
Obwohl dieses Modell darauf abzielt, Einblicke in die zentrale Müdigkeit zu geben, kann es auch auf andere Krankheiten angewendet werden, indem Faktoren zusammengesetzt oder die Modelldauer angepasst wird, wie z. B. Navigationsmüdigkeit und Depression
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Übersicht
Diese Studie stellt ein Protokoll zur Einführung eines Rattenmodells für zentrale Ermüdung mithilfe der modifizierten Mehrfachplattform-Methode (MMPM) vor. Der Ansatz kombiniert mentale und physische Faktoren, um zentrale Ermüdung besser zu simulieren, und zielt darauf ab, die zugrundeliegenden Mechanismen sowie die Auswirkungen intermittierender Schlafentzug auf das Modell zu untersuchen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Verhaltensbiologie
- Psychologie
Hintergrund
- Das Modell untersucht Erschöpfung, die auf physischen und psychologischen Ursachen beruht.
- Es nutzt den Zusammenhang zwischen Schlafentzug und zentraler Erschöpfung.
- Es wurde festgestellt, dass eine 14-stündige Exposition über 21 Tage wirksam Erschöpfung hervorruft.
- Bestätigt die Eignung des Modells für zukünftige Forschungsarbeiten zu Krankheitsmechanismen.
Zweck der Studie
- Entwicklung eines zuverlässigen Rattenmodells zur Untersuchung zentraler Ermüdung.
- Beurteilung sowohl der körperlichen als auch der psychologischen Komponenten der Ermüdung.
- Ermöglichung weiterer Studien zu den Mechanismen zentraler Ermüdung.
Verwendete Methoden
- Die Hauptplattform ist ein modifizierter Mehrfachplattformentank zur Induktion zentraler Ermüdung.
- Das biologische Modell besteht aus Ratten, die anhand ihres Gewichts und einer zufälligen Zuordnung in Modell- und Kontrollgruppen eingeteilt wurden.
- Zu den wichtigsten Schritten gehören die Gewöhnung der Ratten, die Verhaltensbeobachtung und die Anwendung von Stimulationsverfahren.
- Ratten der Modellgruppe wurden einem Wasserexpositionsprotokoll unterzogen, um Ermüdung hervorzurufen.
- Verschiedene Verhaltensprüfungen bewerteten die Auswirkungen nach der Exposition.
Hauptergebnisse
- Verhaltenstests zeigten eine verminderte Bewegung und Aktivität in der Modellgruppe im Vergleich zu den Kontrollen.
- Signifikante Veränderungen der Dopamin- und Serotoninspiegel wurden im Hypothalamus festgestellt.
- Die Ergebnisse unterstreichen die Rolle von Dopamin bei Erschöpfung mit Auswirkungen für Studien zum zentralen Nervensystem.
- Die Reaktionen des Modells bestätigten dessen Wirksamkeit bei der Simulation zentraler Erschöpfung.
Schlussfolgerungen
- Diese Studie etabliert ein nicht-invasives, leicht anwendbares Modell für die Forschung zur zentralen Ermüdung.
- Die Ergebnisse vertiefen das Verständnis der Mechanismen zentraler Ermüdung und eröffnen den Weg für die weitere Erforschung verwandter Störungen.
- Das Modell kann angepasst werden, um andere Zustände zu untersuchen, die durch ähnliche Faktoren beeinflusst werden.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Dieses Rattenmodell der zentralen Ermüdung ermöglicht eine mechanistische Entlastung im frühen Entdeckungsstadium, indem es sowohl körperliche als auch psychologische Faktoren der Ermüdung simuliert und somit die Zielvalidierung bei zentralnervösen Erkrankungen unterstützt. Das Modell bietet Vorhersagewert durch quantifizierbare Verhaltens- und neurochemische Endpunkte und hilft bei der Identifizierung von Leitstrukturen sowie der Priorisierung von Wirkstoffkandidaten für ermüdungsbedingte Indikationen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Untersucht therapeutische Hypothesen, indem Fatigue durch kombinierte Schlafentzug und Stressexposition modelliert wird.
- Operativer Wert: Ermöglicht die funktionelle Validierung von Zielstrukturen anhand messbarer Veränderungen in der freiwilligen Aktivität und angstähnlichen Verhaltensweisen.
- Prädiktiver Wert: Unterstützt die mechanistische Risikominimierung, indem Modellphänotypen mit zentralen neurochemischen Veränderungen verknüpft werden.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bereitet validierte biologische Systeme für die Wirkstoffscreening vor, indem ein stabiles Ermüdungsphänotyp etabliert wird.
- Operativer Wert: Liefert standardisierte, reproduzierbare Ergebnisse mittels Offenfeldtest, erhöhtem Pluslabyrinth und erschöpfendem Schwimmtest.
- Einsatzbereitschaft des Assays: Ermöglicht die zuverlässige Bewertung von Verbindungen, die zentrale Ermüdungspfade beeinflussen, anhand quantifizierbarer Bewegungs- und biochemischer Endpunkte.
Translationale und präklinische Forschung
- Translationale Kontinuität: Modelliert krankheitsrelevante Systeme mit nachgewiesenen Veränderungen der Dopamin- und Serotoninverhältnisse, die mit der pathophysiologischen Zentralermüdung beim Menschen übereinstimmen.
- Präklinische Validierung: Unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung, indem die Reaktionsfähigkeit des Modells auf ermüdungsinduzierende Bedingungen bestätigt wird.
- Mechanistische Risikominimierung: Konzentriert sich auf die Vorhersagegenauigkeit, indem neurochemische Veränderungen validiert werden, die klinischen Beobachtungen entsprechen.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode fügt sich in den Entdeckungsprozess von der Hypothesenprüfung bis zur Identifizierung von Leitstrukturen ein und bietet ein krankheitsrelevantes System zur Validierung von ZNS-Zielen.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung, indem Müdigkeit durch intermittierende Schlafentzug und Wassereinwirkungsstress modelliert wird.
- Screening: Ermöglicht die Bereitschaft für Tests durch standardisierte Verhaltensuntersuchungen, die die freiwillige Aktivität und angstähnliche Verhaltensweisen quantifizieren.
- Analytik: Bietet quantitative abhängige Variablenmessungen, einschließlich Aufrechtestehen, durchschnittliche Geschwindigkeit, Arm-Eintritte, Dauer, Schwimmdauer und Neurotransmitterkonzentrationen.
- Translationale Forschung: Schafft Anschluss an die präklinische Kontinuität durch validierte Veränderungen im hypothalamischen Dopamin- und Serotoninspiegel, die für die Mechanismen von Müdigkeitsstörungen relevant sind.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Plattform zur Untersuchung zentraler Müdigkeit und verwandter Zustände wie Depression durch anpassbare Expositionszeiträume.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Vorhersagegenauigkeit durch validierte Verhaltens- und neurochemische Phänotypen zentraler Ermüdung.
- Operationaler Wert: Standardisierung und Reproduzierbarkeit durch definierte Plattformabstände, Wassertiefe und Expositionszeiten.
- Strategischer Wert: Verbesserte Go/No-Go-Entscheidungen durch Verringerung mechanistischer Unschärfen bei zentralnervösen Ermüdungszielen.
- Portfolio-Implikation: Ermöglicht risikoadjustierte Priorisierung basierend auf der Modelltreue zur Symptomatik zentraler Ermüdung.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse im Umgang mit Nagetieren, in Verhaltensuntersuchungen und in neurochemischen Analysentechniken.
- Benötigt Instrumente zur Wartung des Wassersbehälters, zur Videoverfolgung für die Verhaltensanalyse sowie HPLC oder ELISA zur Quantifizierung von Neurotransmittern.
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise zwischen den Teams hinsichtlich Dauer der Modellierung, Plattformkonfiguration und Protokollen für Verhaltensprüfungen.
- Schließt Anpassungsüberlegungen ein, wenn die Expositionszeit verändert oder Faktoren für andere modellbasierte Ermüdungsuntersuchungen kombiniert werden.
- Beinhaltet praktische Einschränkungen, wie beispielsweise die Überwachung von Aggressionen zwischen den Ratten während der Akklimatisierung, um Verletzungen zu vermeiden und die Datenintegrität sicherzustellen.
