Автоматизированное, долгосрочное поведенческое Assay для когнитивных функций в нескольких моделей Генетические болезни Альцгеймера, используя IntelliCage
4 августа 2018 г.
Этот документ описывает протокол для когнитивной оценки для генетических моделей с помощью системы IntelliCage, которая является высокая производительность автоматизированных поведенческие системы мониторинга с оперантного кондиционирования болезни Альцгеймера.
Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области нейробиологии, такие как животные модели когнитивного дефицита или психические заболевания. Основное преимущество этой методики заключается в том, что при меньших затратах персонала можно получить высоковоспроизводимые данные по различным когнитивным задачам. Как правило, люди, плохо знакомые с этим методом, будут испытывать трудности, потому что системе требуется много шагов для точной работы.
Программное обеспечение для проектирования — это место, где создается экспериментальный файл, содержащий ключевые экспериментальные определения. Экспериментальные файлы используются для выполнения определенных тестов, таких как ценовое предпочтение, когда только один из четырех углов недоступен в течение определенного временного окна. Начните с создания списка животных.
Определите условия и задайте параметры для количества испытуемых мышей, количества генетических линий, пола животных и количества используемой клетки. Затем выберите подходящий тип транспондера, DataMars или Trovan на центральной панели инструментов. Затем на панели Группы добавьте или удалите экспериментальные группы, нажав зеленую кнопку с плюсом или красным крестиком в окне Группы соответственно.
Используйте функцию «Кластер» для одинаковой работы с подгруппами, определяя правильные, неправильные и нейтральные углы и стороны. Затем переменные сайта, включая Имя, Тег, Пол, Группу и Кластер. Сохраните и вставьте список животных, выбрав «Экспорт животных».
И «Импортировать животных» в строке меню «Файл», чтобы воспроизвести списки животных для другого эксперимента. Затем настройте все системы, используя соответствующие идентификационные номера на вкладке Настройка. Соотнесите количество адресов в разделе дизайнера с фактическим количеством адресов.
Затем выполните сборку экспериментальных протоколов на вкладке «Intellicage», используя следующие вкладки «Модуль» и «Опция». Проектируйте экспериментальные структуры в пространстве модуля, щелкнув вкладку «Модуль». Чтобы добавить новые модули, нажмите кнопку Добавить, перетащите единицы измерения, показанные в части единиц измерения, в пространство модуля.
Чтобы создать модель адаптации Nosepoke, перетащите блок Door из секции Task, блоки Gate и Timer из секции Utils, а также блоки Visit и Nosepoke из секции Events в пространство модуля. Свяжите любой в интернете устройства Nosepoke с блоком In in the Gate. Link Out to Close в блоке Gate.
Соедините в воротах, чтобы открыть в дверном блоке. Свяжитесь в воротах, чтобы активировать в блоке таймера. Соедините Out в блоке Timer для Close в блоке Door (Дверь).
Установите Период равным 5 000 миллисекунд в разделе Таймер. Определите начальное состояние дверей и клеток на вкладке Параметры. Укажите все двери, которые должны быть закрыты в сеансе без питья, в качестве типичного начального состояния для задач PP или PPR.
Затем задайте расписания во вкладке «Опции» с соответствием ссылке в разделе «Модули». После определения параметров сохраните экспериментальный файл, нажав кнопку Сохранить как. Наконец, загрузите экспериментальный файл, нажмите кнопку «Пуск» контроллера, а затем отслеживайте и визуализируйте текущее состояние системы и мышей.
Чтобы имплантировать транспондеры радиочастотной идентификации, начните с сжатия и поднятия кожи вокруг задней части лопатки для создания кармана. Далее облейте место инъекции 70% этанолом, чтобы свести к минимуму попадание волос в подкожное пространство. Затем введите иглу для инъекции в кожу параллельно позвоночнику.
Извлеките микрочип подкожно и защемите микрочип через кожу, чтобы удержать его в межлопаточном пространстве. Медленно извлеките иглу и продолжайте щипать область в течение нескольких секунд, чтобы обеспечить гомеостаз. Наконец, верните мышь в домашнюю клетку, как только она станет полностью передвижной.
В качестве испытуемых использовались несколько моделей БА, включая NLF, мягкую модель и модель NLGF Severer, а также две контрольные группы. Результаты показали, что производительность моделей AD при инверсии предпочтений места была незначительно снижена у молодых людей. Тем не менее, производительность у пожилых людей значительно и постепенно ухудшалась.
Что касается исполнительной функции, модели Severer AD не хватало точности на последних этапах теста времени последовательной реакции. Облегченная компульсивность наблюдалась у молодых людей и пожилых испытуемых мышей NLGF. Интересно, что, несмотря на то, что наблюдалось увеличение компульсивности у мышей НФОЮВ, которые были молодыми взрослыми, в пожилом возрасте оно стало сопоставимым с таковым у мышей дикого типа.
Пытаясь выполнить эту процедуру, важно помнить о ежедневной проверке системы, уделяя особое внимание состоянию животных, находящихся в клетках. Во время этой процедуры может быть выполнено медикаментозное лечение, чтобы ответить на дополнительные вопросы, такие как вопрос о терапевтических стратегиях. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области нейробиологии к изучению поведенческого фенотипирования или вариаций в биосинтетических моделях.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной работе представлен протокол когнитивного тестирования генетических моделей болезни Альцгеймера с использованием системы IntelliCage. Эта автоматизированная система поведенческого мониторинга с высокой пропускной способностью позволяет проводить оперантное обусловливание и получать воспроизводимые данные по когнитивным задачам.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронауки
- Поведенческий мониторинг
- Когнитивная оценка
Теоретическая часть
- Животные модели необходимы для изучения когнитивного дефицита.
- Психические заболевания могут быть смоделированы для понимания лежащих в их основе механизмов.
- Система IntelliCage предлагает новый подход к поведенческим исследованиям.
- Воспроизводимость при сборе данных является значительным преимуществом.
Цель исследования
- Разработать протокол когнитивного тестирования для моделей болезни Альцгеймера.
- Использовать систему IntelliCage для эффективного сбора данных.
- Обеспечить возможность проведения исследований когнитивного дефицита и психических заболеваний.
Используемые методы
- Внедрение системы IntelliCage для поведенческого мониторинга.
- Создание экспериментальных файлов для конкретных когнитивных задач.
- Проведение тестов, таких как оценка ценовых предпочтений.
- Управление списками животных для обеспечения согласованности экспериментов.
Основные результаты
- Данные, полученные с помощью системы IntelliCage, обладают высокой воспроизводимостью.
- Метод сокращает трудозатраты при сохранении целостности данных.
- Успешная реализация различных когнитивных задач.
- Возможность изучения когнитивного дефицита в генетических моделях болезни Альцгеймера.
Выводы
- Система IntelliCage является ценным инструментом для когнитивной оценки.
- Она расширяет понимание механизмов болезни Альцгеймера.
- Будущие исследования могут извлечь выгоду из этого автоматизированного подхода.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Автоматизированное долгосрочное поведенческое фенотипирование позволяет решить проблему выявления незначительных возрастных когнитивных нарушений в моделях болезни Альцгеймера, обеспечивая раннюю валидацию мишеней и снижение механистических рисков. Система IntelliCage предоставляет воспроизводимые количественные показатели пространственного обучения и исполнительных функций, что повышает прогностическую достоверность при принятии решений на доклиническом этапе. Данный подход снижает вариабельность и трудозатраты, одновременно улучшая трансляционную преемственность на пути от первичного поиска до идентификации ведущих соединений.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять терапевтические гипотезы путем количественной оценки когнитивного снижения на генетических моделях болезни Альцгеймера.
- Практическая ценность: способствует снижению биологических рисков посредством лонгитюдной высокопроизводительной оценки смены предпочтения места и показателей времени серийной реакции.
- Прогностическая ценность: облегчает приоритизацию портфеля препаратов за счет выявления транзиторных и перманентных эффектов генов в различных когнитивных доменах.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Обеспечивает стандартизированные, воспроизводимые поведенческие конечные точки для скрининга соединений в системах, релевантных для конкретных заболеваний.
- Операционная ценность: Исключает необходимость ежедневного манипулирования животными, что снижает субъективность оператора и увеличивает пропускную способность при проведении лонгитюдных исследований.
- Готовность анализа: Позволяет получать количественные данные о точности нажатия рычагом носа (nosepoke), компульсивности и кривых обучения, подходящие для этапа перехода от поиска хитов к оптимизации ведущих соединений (hit-to-lead).
Трансляционные и доклинические исследования
- Трансляционная непрерывность: обеспечивает связь между ранними когнитивными фенотипами и последующей доклинической валидацией с использованием генетически определенных моделей с разделением по возрастным группам.
- Механистическое снижение рисков: позволяет уточнить вклад конкретных путей в дефицит исполнительных функций, что помогает в выборе мишеней.
- Прогностическая достоверность: позволяет принимать обоснованные решения о продвижении этапов разработки с учетом рисков за счет отслеживания прогрессирующих нарушений у пожилых субъектов.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Система IntelliCage вписывается в континуум разработки лекарственных средств — от валидации мишени до идентификации ведущего соединения, предоставляя механистически значимые поведенческие данные, которые служат основой для принятия решения о целесообразности дальнейшего продвижения проекта (критерии go/no-go).
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез путем измерения пространственного обучения и исполнительных функций на различных моделях болезни Альцгеймера.
- Скрининг: предоставляет готовые к анализу воспроизводимые результаты для оценки влияния соединений на когнитивные функции.
- Аналитика: генерирует количественные зависимые переменные, такие как точность касания носиком (nosepoke), частота посещений и показатели реверсивного обучения.
- Трансляционные исследования: обеспечивает преемственность от этапа поиска до доклинических исследований путем моделирования возрастного когнитивного снижения в генетических системах.
- Корпоративное использование: функционирует как масштабируемая платформа для лонгитюдного фенотипирования в различных терапевтических областях, помимо болезни Альцгеймера.
Операционное и корпоративное влияние
- Научная ценность: Повышение прогностической уверенности при валидации мишеней за счет использования когнитивных конечных точек с интерпретируемым механизмом.
- Операционная ценность: Повышение воспроизводимости и масштабируемости за счет автоматизации долгосрочного поведенческого мониторинга.
- Стратегическая ценность: Оптимизация принятия решений о продолжении или прекращении исследований (go/no-go) за счет снижения количества ложноположительных результатов посредством объективного лонгитюдного фенотипирования.
- Влияние на портфель: Поддержка приоритизации с учетом рисков путем выявления моделей с прогрессирующим возрастным когнитивным нарушением.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области поведенческой нейробиологии и парадигм оперантного обусловливания.
- Зависит от имплантации RFID-транспондеров и аппаратной инфраструктуры IntelliCage.
- Необходима межкомандная стандартизация методов обращения с животными, их группировки и разработки протоколов.
- Требует учета особенностей адаптации при применении к различным генетическим линиям или поведенческим конечным точкам.
- Ограничено необходимостью ежедневного мониторинга системы для обеспечения благополучия животных и целостности данных.
