Construindo um olfatômetro para estudos de comportamento olfativo de roedores
11 de abril de 2025
Este protocolo descreve a construção de um olfatômetro para experimentos de comportamento olfativo go/no-go. Instruções passo a passo, juntamente com imagens, são fornecidas para garantir a construção bem-sucedida do olfatômetro. Informações para solucionar problemas encontrados durante o processo também estão incluídas.
Estamos investigando o envolvimento do olfato na aprendizagem e na memória. Esta pesquisa explora como o olfato influencia os processos cognitivos, incluindo aquisição, retenção e recordação de informações. Estamos examinando as vias neurais que conectam o sistema olfativo às regiões cerebrais responsáveis pela formação da memória, como o hipocampo.
Na pesquisa de Alzheimer, patógenos, incluindo vírus e bactérias, podem entrar no cérebro pelo nariz e viajar para regiões envolvidas no aprendizado e na memória, como o hipocampo. Essa via envolve o sistema olfativo, que fornece uma rota direta da cavidade nasal para o cérebro. Em nossos estudos, descobrimos que, à medida que o animal aprende a discriminar odores em uma tarefa go/no-go, o capeamento de oxidações de neurônios de alta frequência gama através da face das oxidações do theta gap muda em uma questão que resulta em divergência entre esse odorante recompensado e não recompensado.
Isso pode ser usado para determinar a identidade do odor. Os olfatômetros fabricados têm limitações, como altos custos, atrasos nos reparos e necessidades de manutenção. Fornecemos um guia para construir um olfatômetro econômico controlado por computador usando componentes prontamente disponíveis, capacitando pesquisadores em olfato e comportamento animal.
As empresas que fabricam e vendem olfatômetros automatizados geralmente fecham as portas ou enfrentam problemas na cadeia de suprimentos. Aprender a construir um olfatômetro permite que o usuário personalize o olfatômetro com base nas necessidades de pesquisa. Nosso protocolo não depende de peças específicas e muitos componentes podem ser atualizados ou alterados, dependendo dos suprimentos em estoque disponíveis.
Para começar, configure os interruptores de botão momentâneos de pólo único, de lance único ou SPST. Usando um ferro de solda, solde dois fios a cada botão momentâneo SPST. Conecte o botão momentâneo SPST à caixa de controle.
Em seguida, prenda os fios torcendo-os ou aplicando fita adesiva para mantê-los organizados. Coloque as válvulas de odor nas ranhuras designadas do rack da válvula de odor, localizadas no centro do quadro branco. Em seguida, retire o isolamento dos fios conectados a cada válvula.
Usando um ferro de solda, solde um fio de cada válvula em um fio mais grosso. Coloque um fio no terminal de aterramento no bloco de régua de terminais de parafuso, localizado na parte traseira do quadro branco, e insira o segundo fio no pino correspondente no SSR-48RACK Conecte os pinos de um a oito no SSR-48RACK a duas válvulas de aperto cada. Para cada válvula, conecte um fio de um botão à fonte de alimentação de 24 volts e o outro fio ao pino do SSR-48RACK que se conecta à válvula.
Agora, coloque a válvula de água e a válvula final nas ranhuras apropriadas na placa da válvula. Conecte a válvula de água e a válvula final ao terminal de aterramento e aos pinos 17 e 18, respectivamente, no SSR-48RACK. Conecte os botões à fonte de alimentação de 24 volts e aos pinos 17 e 18.
Em seguida, adquira uma fonte de alimentação adequada e um cabo de extensão. Usando um alicate, remova o plugue do cabo de alimentação da fonte de alimentação. Corte uma extremidade do fio que alimenta o SSR-48RACK.
Em seguida, conecte um dos fios ao parafuso G na fonte de alimentação e o outro fio ao terminal V1 na fonte de alimentação. Em seguida, conecte um fio do terminal G2 ao aterramento no bloco de régua de terminais de parafuso. Em seguida, conecte um fio do terminal V1 ao bloco de régua de terminais de parafuso de cinco volts.
Por fim, conecte um fio do terminal V3 ao bloco de régua de terminais de parafuso de 24 volts. Coloque dois medidores de vazão nos suportes do medidor de vazão. Obtenha uma bomba de aquário que forneça um fluxo de ar de dois litros por minuto.
Conecte um pequeno pedaço de tubo de cada uma das duas saídas da bomba do aquário às duas entradas de um conector em T. Conecte um pedaço de tubo da saída do conector T à entrada de um filtro de carvão ativo. Conecte a tubulação da saída do filtro de carbono a um conector T.
Em seguida, conecte as duas saídas deste conector T a uma válvula de esfera, que controlará a taxa de fluxo de ar. Em seguida, conecte a saída de cada válvula de esfera à entrada dos medidores de vazão. Conecte a saída do medidor de vazão de 50 centímetros cúbicos por minuto ao coletor superior para fornecer ar aos frascos de equilíbrio de odor de 40 mililitros com odorantes em óleo mineral.
Conecte a saída de cada frasco de odor à entrada correspondente no coletor inferior e feche o circuito no sistema de fluxo de ar. Depois, coloque cada pedaço de tubo nas válvulas de aperto. Conecte a saída do medidor de vazão de dois litros por minuto à entrada lateral do coletor inferior e a saída do coletor inferior à entrada da válvula de desvio final.
Conecte o padrão na saída da válvula final ao tubo de entrega de odor na câmara go ou no-go. Em seguida, conecte a saída padrão da válvula final a um tubo de escape. Agora, prenda uma agulha de calibre 18 na ponta de uma seringa de cinco mililitros designada para entrega de recompensa de água.
Conecte um tubo à ponta da agulha. Em seguida, conecte a outra extremidade do tubo à entrada da válvula de água e a tubulação da saída da válvula de água até o limite. Para começar, pese cada camundongo individualmente em uma balança calibrada e registre o peso de cada camundongo em um registro de laboratório.
Após a pesagem, coloque suavemente cada mouse na câmara do mouse designada. Ative os sensores e sistemas de entrega de estímulos para se preparar para a tarefa de discriminação olfativa. Inicie o programa MATLAB para controlar parâmetros experimentais, como fornecer estímulos de odor por 2,5 segundos, dispensar água e registrar respostas.
Analise os dados em tempo real para fornecer feedback imediato sobre o desempenho do animal. Em seguida, inverta o par de odores, definindo o cheiro recompensado anteriormente como não recompensado e vice-versa. Depois disso, teste a flexibilidade cognitiva do animal observando sua capacidade de desaprender e reaprender associações de cheiro, obtendo insights sobre a plasticidade do aprendizado olfativo em camundongos.
No primeiro dia da tarefa de ir ou não ir na direção para frente, o camundongo melhorou gradualmente para 80% de respostas corretas, aprendendo a lamber apenas o acetato de etila. No último dia da tarefa de encaminhamento, o mouse atingiu uma proficiência consistente, mantendo o desempenho igual ou superior a 80% correto. Depois de reverter os odores, a taxa de resposta correta do camundongo caiu para cerca de 10% no primeiro dia na direção inversa.
No último dia na tarefa inversa, o mouse recuperou a proficiência, alcançando um desempenho consistente igual ou superior a 80% de acerto.
Visão Geral
Este protocolo descreve a construção de um olfatômetro de baixo custo para experimentos de comportamento olfativo do tipo ir/não-ir. Ele fornece instruções detalhadas passo a passo e dicas de solução de problemas para facilitar o processo de montagem.
Principais Componentes do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Psicologia Comportamental
- Pesquisa Olfativa
Contexto
- O sistema olfativo desempenha um papel crucial na aprendizagem e na memória.
- Patógenos podem entrar no cérebro através da via olfativa, afetando as funções cognitivas.
- Compreender a discriminação olfativa pode fornecer insights sobre os processos de memória.
- Os olfatômetros fabricados comercialmente são frequentemente caros e podem apresentar problemas de disponibilidade.
Objetivo do Estudo
- Capacitar pesquisadores a construir um olfatômetro personalizável.
- Facilitar estudos sobre aprendizado e memória olfativa em modelos animais.
- Fornecer um método confiável para realizar tarefas olfativas de ir/não-ir.
Métodos Utilizados
- Construção de um olfatômetro utilizando componentes facilmente disponíveis.
- Implementação de uma tarefa de ir/não-ir para avaliar a discriminação olfativa.
- Análise em tempo real dos dados durante os experimentos para monitorar o desempenho dos animais.
- Personalização do olfatômetro com base nas necessidades específicas da pesquisa.
Resultados Principais
- Construção bem-sucedida de um olfatômetro funcional.
- Os animais demonstraram desempenho aprimorado em tarefas de discriminação olfativa.
- Obtenção de insights sobre as vias neurais envolvidas na aprendizagem olfativa.
- A flexibilidade no design do olfatômetro permitiu sua adaptação a diversas configurações experimentais.
Conclusões
- O protocolo permite aos pesquisadores criar um olfatômetro de baixo custo.
- O entendimento das vias olfativas pode contribuir para a pesquisa sobre Alzheimer.
- Desenhos personalizáveis aumentam a aplicabilidade dos olfatômetros em diversos estudos.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A entrega precisa de estímulos olfativos é essencial para dissecar circuitos neurais subjacentes à aprendizagem e à memória em modelos pré-clínicos com roedores. A construção personalizada de olfatômetros permite que equipes de P&D controlem variáveis experimentais, otimizem paradigmas comportamentais e garantam reprodutibilidade entre estudos. Essa flexibilidade apoia a validação robusta de alvos e a redução de riscos mecanicistas em portfólios de descoberta de fármacos orientados pela neurociência.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a investigação de vias neurais induzidas pelo olfato relevantes para a função cognitiva.
- Auxilia na validação funcional de alvos ao associar a discriminação de odores à atividade neural.
- Facilita a redução de riscos mecanicistas em modelos de neurodegeneração e comprometimento da memória.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Fornece saídas comportamentais padronizadas e quantitativas para o desenvolvimento de ensaios.
- Garante reprodutibilidade e escalabilidade por meio de controle de hardware e software de código aberto.
- Prepara sistemas comportamentais validados para triagem de compostos em pesquisas sobre cognição.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha os resultados comportamentais de roedores com pontos finais cognitivos relevantes para a doença.
- Permite a continuidade desde a descoberta inicial até a validação pré-clínica em estudos de memória e aprendizagem.
- Apoia o avanço ajustado ao risco de compostos neuroativos que visam circuitos olfativos.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este olfatômetro personalizável se integra ao continuum de descoberta a pré-clínico para pesquisas em neurociência e cognição.
- Biologia da Descoberta: Facilita a testagem de hipóteses sobre a função e plasticidade dos circuitos olfativo-cognitivos.
- Triagem: Fornece leituras comportamentais quantitativas e reprodutíveis para avaliação de compostos.
- Análises: Permite a medição e comparação em tempo real das respostas comportamentais a estímulos controlados.
- Pesquisa Translacional: Conecta dados comportamentais de roedores a fenótipos cognitivos relevantes para doenças.
- Reutilização Empresarial: O design de código aberto permite adaptação em diversos modelos comportamentais e neurobiológicos.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva no engajamento do alvo e nos resultados comportamentais.
- Valor Operacional: Reduz custos, tempo de inatividade e dependência de sistemas proprietários.
- Valor Estratégico: Melhora a qualidade das decisões de prosseguir/interromper programas neurocognitivos.
- Impacto no Portfólio: Apoia a priorização ajustada ao risco de ativos em SNC e neurodegeneração.
Considerações de Implementação
- Exige experiência em neurociência comportamental e montagem básica de circuitos eletrônicos.
- Requer acesso a instrumentação laboratorial padrão e sistemas de controle baseados em MATLAB.
- Exige padronização entre equipes para protocolos comportamentais reprodutíveis.
- Adaptável a diversos modelos de roedores e desenhos de tarefas olfativas.
- Depende de manutenção contínua e solução de problemas realizadas por equipe interna.
