JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
français

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Behavior

Les mesures comportementales et locomotrices grâce à un système de surveillance d'activité en plein champ pour les maladies musculaires squelettiques

Published: September 29, 2014
doi:
10.3791/51785
, , , , ,
1Center for Genetic Medicine Research,Children’s National Medical Center, 2Department of Integrative Systems Biology,George Washington University School of Medicine and Health Sciences

Summary

Les niveaux d'activité de plein champ sont utilisés pour évaluer les niveaux d'activité de locomotives et de comportement. Ce protocole prévoit une bien conçu, protocole standardisé à utiliser dans les essais précliniques pour les maladies neuromusculaires.

Abstract

Le système de surveillance de l'activité de plein champ évalue globalement le niveau d'activité du comportement de souris locomoteur et. Il s'agit d'un outil utile pour l'évaluation de la déficience locomotive dans des modèles animaux de maladies neuromusculaires et l'efficacité des médicaments thérapeutiques qui peuvent améliorer la fonction de la locomotion et / ou d'un muscle. La mesure de l'activité de plein champ donne une mesure différente de la force musculaire, ce qui est communément évaluée par des mesures de force de préhension. Il peut aussi montrer comment les médicaments peuvent affecter d'autres systèmes de l'organisme ainsi lorsqu'il est utilisé avec les mesures des résultats supplémentaires. En outre, des mesures telles que la distance totale parcourue reflètent le test de marche de 6 minutes, une mesure des résultats de l'essai clinique. Toutefois, le suivi de l'activité de plein champ est également associée à des défis importants: les mesures d'activité de plein champ varient selon la souche des animaux, l'âge, le sexe, et le rythme circadien. En outre, la température ambiante, l'humidité, l'éclairage, le bruit, et même l'odeur peuvent affecter les résultats de l'évaluation. Dans l'ensemble, ce manuscript fournit une SOP d'activité en plein champ bien testé et standardisé pour les essais précliniques dans des modèles animaux de maladies neuromusculaires. Nous fournissons une discussion sur les considérations importantes, les résultats typiques, l'analyse des données, et en détail les forces et les faiblesses de tests en plein champ. En outre, nous proposons des recommandations pour la conception de l'étude optimale lors de l'utilisation de l'activité en plein champ dans un essai préclinique.

Introduction

Les modèles animaux ont été utiles pour apprendre sur les mécanismes de la maladie, mais leur utilité pour la prédiction efficacité du traitement dans les essais cliniques a souvent été remises 1-3. De nombreuses études précliniques "prometteurs" sont publiés chaque année; Cependant, très peu d'interventions proposées montrent des résultats positifs lors de son déplacement à l'essai clinique. Ces écarts sont souvent attribués à un biais de publication, conclusions trop optimistes, et mal conçus et exécutés études pré-cliniques qui mènent à des résultats reproductibles 1-3.

Avec les progrès actuels dans le développement de médicaments pour les maladies neuromusculaires, il ya un besoin croissant pour des essais précliniques bien conçus. En particulier, il ya un besoin de méthodologies rigoureuses qui peuvent être réalisées de manière standardisée et en aveugle, avec validées, et les mesures des résultats reproductibles traduisibles. En tant que membre de la maladie musculaire congénitale Consortium, avecle désir d'effectuer des études précliniques plus rigoureuses, nous partageons ici notre Standard Operating Procedure (SOP) pour Open Secteur d'activité. Ce SOP a déjà été validé 4 et publié dans le cadre de SOP de TREAT-NMD pour la myopathie de Duchenne (DMD) modèles animaux 5. Nous avons utilisé cette méthode pour phénotype et de tester l'efficacité thérapeutique de nombreux médicaments dans une variété de modèles animaux de maladies neuromusculaires, y compris-2J dy / J (Dy2J) souris de Lama2, le modèle animal de la dystrophie musculaire congénitale (CMD) 6,7 . À son tour, cet article est une adaptation de notre TREAT-NMD déjà publié SOP 5.

Le système de surveillance de l'activité de plein champ évalue globalement les niveaux d'activité de comportement de la souris, qui peuvent être corrélées avec la fonction locomotrice et locomotive. Le test est également largement utilisée pour évaluer l'anxiété et les comportements exploratoires comme 8-10. En particulier, le champ libre est un outil utile pour le culesseur déficience locomotive dans des modèles animaux de maladie neuromusculaire 11,12 et l'efficacité des médicaments thérapeutiques qui peuvent améliorer la locomotion et / ou moteur 6,7,13,14 fonction. L'évaluation de l'activité de plein champ fournit une mesure différente de la force musculaire, ce qui est communément mesurée par la force de préhension, et il montre comment les drogues peuvent affecter d'autres systèmes de l'organisme (système nerveux central) aussi bien 5. En outre, la mesure ouvert d'activité sur le terrain, la distance totale parcourue, reflète le test de marche de 6 minutes, une mesure des résultats de l'essai clinique, qui se concentre sur la performance de l'exercice sous-maximal et la qualité de vie 15,16. Dans l'ensemble ce qui rend l'activité de plein champ tester un critère d'évaluation secondaire ou auxiliaire avantageux d'utiliser dans les essais précliniques. Cependant, le système de surveillance de l'activité de plein champ a aussi des défis importants qui lui sont associés. Le test est comportementale et peut être très variable, il est influencé par une multitude de externefacteurs. Par exemple, ce problème peut être influencée par d'exploration de route (c'est à dire de la cognition), de l'anxiété, de la maladie, le rythme circadien, les facteurs environnementaux, antécédents génétiques, en plus de la sortie du moteur 10. En conséquence, il est impératif de procéder à cette mesure de manière standardisée avec un environnement contrôlé. Le protocole présenté ici décrit notre ouvert SOP de l'activité sur le terrain en détail. Il fournit des procédures étape par étape et plus de détails sur des considérations importantes pour contrôler les conditions environnementales et contribuer à réduire la variabilité, les résultats typiques, analyse de données, et les forces de l'évaluation et des faiblesses plus en détail.

Protocol

REMARQUE: Open système de surveillance de l'activité sur le terrain utilise un champ ouvert chambre en plexiglas avec des émetteurs et des récepteurs des cellules photoélectriques également espacés le long du périmètre de la chambre (Figure 1). Ces émetteurs récepteurs des cellules photoélectriques et de créer une grille xy de faisceaux infrarouges invisibles. Quand un animal est placé dans la chambre, elle se déplace, provoquant des ruptures de faisceau. Capteurs verticaux sont également présents pour évaluer les niveaux d'activité verticaux (c'est à dire le comportement d'élevage) ainsi. L'analyseur enregistre les informations de saut de faisceau et il analyse rapidement. Le logiciel calcule ensuite plusieurs mesures de l'activité au cours de la période de temps prédéfinie. Ces mesures comprennent: activité horizontale (unités), l'activité verticaux (unités), la distance totale parcourue (cm), le temps de mouvement (s), et temps de repos (s) 5. REMARQUE: En général, la salle d'essai doit être la température et humidité contrôlées, avec un éclairage uniforme. chambres d'essai doivent être uniformément DIScontribué à propos de la salle et ne devrait pas être placée dans la lumière directe, les coins sombres, ou les zones d'ombre. Tous acclimatation et essai des instruments doivent être effectués à la même heure chaque jour (par exemple, le matin) et par les mêmes personnes. Ces personnes devraient être aveuglés au groupe de traitement de l'animal, et le génotype lorsque cela est possible. Le protocole suivant a été réalisé sous la direction et l'approbation de la National Medical Center IACUC des enfants. 1 Instrument Acclimatation Placer les souris dans la salle d'examen dans leurs cages pendant environ 10 min à s'acclimater. Quitter la salle pendant la période d'acclimatation. Retour à la salle d'examen et allumer les chambres d'activité. Même si les données ne sont pas recueillies à ce moment, ce sera encore imiter l'environnement de test. Retirez délicatement chaque souris de leur cage et les placent immédiatement dans les enceintes d'essai. Si l'activitéla chambre contient une cloison centrale qui divise la chambre en quadrants (figure 1), placer une souris dans chaque quadrant vide. Une fois que tous les animaux sont chargés dans les récipients d'essai, placer le couvercle sur le dessus de chaque chambre de test. Quitter la salle pendant cette période d'acclimatation. Après la 60 min, retourner dans la salle. Retirez le couvercle de chaque chambre de test et revenir doucement chaque souris à sa cage à domicile respectif. Nettoyez chaque chambre avec désinfectants et des serviettes en papier. S'assurer de l'absence de saletés sont laissés dans la chambre. NOTE: Si plusieurs sessions sont gérés chaque jour, nettoyer soigneusement chaque chambre d'essai entre chaque session. Répétez les étapes 1-6 pour 4 jours consécutifs. REMARQUE: Effectuer acclimatation d'une semaine avant la collecte des données initiales. Si les animaux sont testés plusieurs fois dans une étude, seulement effectuer acclimatation avant le premier tour de l'essai pour éviter l'accoutumance. En outre, attribuer au hasard les animaux à une nouvelleboîte chaque session. Le suivi de l'affectation de la boîte pendant toute la durée de l'étude. 2 Collecte des données Placez la souris dans la salle d'examen dans leurs cages pour 10-30 min à s'acclimater. Quitter la salle pendant ce temps. Après le 10-30 min, retourner à la salle d'examen. Allumez les chambres d'activité et ouvrir le logiciel d'accompagnement sur l'ordinateur connecté dans les chambres. Si l'enceinte contient un diviseur de quadrant, insérer la partition pour le moment. REMARQUE: si la chambre d'essai contient un diviseur de quadrant, deux animaux peuvent être placés dans la chambre d'essai au cours de la collecte des données. Un animal peut être placé dans le quadrant avant gauche et une dans le quadrant arrière droit (Figure 1). REMARQUE: Ne pas placer les animaux dans les quatre quadrants lors de la collecte de données ou dans la même ligne ou colonne. Placer les animaux dans ces orientations sera interférer avec la grille xy de rayons infrarouges et le mouvement des animaux serainexacte mesurée. Configurer le logiciel de l'ordinateur pour effectuer une vérification de prebeam. Cette configuration permet d'executer un chèque pré-faisceau suivant la configuration expérimentale et avant l'insertion des animaux dans les chambres de test (voir ci-dessous). NOTE: Lorsque la vérification de prebeam est exécuté, le logiciel évalue la fonction des rayons infrarouges xy. Par exemple, on peut déterminer si les émetteurs et les récepteurs des cellules photoélectriques sont bloqués et ne peut pas détecter de manière appropriée le mouvement à l'intérieur de la chambre. Définissez les paramètres primaires de collecte de données dans le logiciel de l'ordinateur de recueillir six blocs de 10 min de données (c.-à collecter des données pour un total de 60 min), puis entrez les numéros jour, nom de fichier, et ID souris appropriées. Une fois tous les paramètres sont réglés, exécuter la vérification de prebeam. Si une chambre ne passe pas le prebeam vérifier qu'il est probablement dû à un mauvais alignement de la cloison centrale du quadrant ou chambre d'essai. Si cela se produit, réaligner la divi centre de quadrantder et chambre d'essai jusqu'à ce que les capteurs ne sont plus bloqués et le système indique que la chambre d'essai est prêt. Si cela ne résout pas le problème, la référence au manuel de l'appareil. Lorsque toutes les chambres de test sont prêts, retirer délicatement la souris de son domicile cage et placer immédiatement lui dans la chambre d'essai. Notez l'ID de la souris et assurez-vous qu'il correspond à celui entré dans l'ordinateur. Une fois que tous les animaux sont chargés de manière appropriée dans les enceintes d'essai, placer le couvercle sur le dessus de chaque chambre. Ensuite, sélectionnez la commande appropriée dans le logiciel de l'ordinateur pour démarrer la collecte de données. A ce moment, le logiciel de l'analyseur et l'ordinateur démarre le niveau d'activité de l'enregistrement en fonction des paramètres de collecte des données. Laisser la chambre de test pendant le reste de la période d'essai. A la fin de la période d'essai (par exemple 60 min plus tard), retourner immédiatement à la chambre de test. Sauvegardez les données, puis retourner chaque animal à leur égardive cage de la maison. Nettoyez toutes les unités avec un désinfectant et des serviettes en papier. NOTE: Si plusieurs sessions sont gérés chaque jour, nettoyer soigneusement chaque chambre d'essai entre chaque session. Exporter des données vers un tableur et puis quittez le logiciel. Vérifiez les données afin de s'assurer qu'ils ont été enregistrées. Si les données n'ont pas été enregistrées, ou les animaux dormaient, tout au long de la période de collecte de données, effectuer une journée supplémentaire de collecte de données. REMARQUE: Un animal est considéré comme "dormir" si elle ne bouge pas pendant toute la durée de l'essai de 60 min. Répéter les étapes 2.1 à 2.12 pendant 4 jours consécutifs. NOTE: Si les animaux sont testés à plusieurs points dans le temps pendant toute la durée de l'étude, n'effectuez pas de mesures d'activité en plein champ plus d'une fois par mois pour éviter l'accoutumance. En outre, attribuer au hasard les animaux à une nouvelle boîte de chaque session. Le suivi de l'affectation de la boîte pendant toute la durée de l'étude. Analyse 3. données Calculer l'activité moyenne horizontale (unités), l'activité verticaux (unités), la distance totale parcourue (cm), le temps de mouvement (s), et temps de repos (s) par la souris et le groupe. Le logiciel calcule et signale l'activité totale horizontale (unités), l'activité verticale (unités), la distance totale parcourue (cm), le temps de mouvement (s), et temps de repos (s) sur la période de collecte de données (soit 60 min) pour chaque souris. Calculer la moyenne de chacun des paramètres ci-dessus à partir des 4 jours de collecte de données. Avant d'effectuer des analyses statistiques, évaluer la normalité des données en utilisant le test de Shapiro-Wilk, et vérifier les valeurs aberrantes en utilisant le test de Grubb. Retirer les valeurs aberrantes significatives (p <0,05). Pour les données normalement distribuées, comparer les moyennes entre les groupes en utilisant soit un t-test de l'échantillon indépendant ou un aller simple analyse de la variance et le test post-hoc avec des valeurs p ajustées pour les comparaisons multiples dépendrement sur le nombre total de groupes de traitement. Pour les données non distribuées normalement, comparer les valeurs médianes entre les groupes en utilisant soit le test de Wilcoxon, ou un test essai et la somme des rangs de Kruskal-Wallis avec p-valeurs ajustées pour les comparaisons multiples en fonction du nombre total de groupes de traitement qui en résulte.

Representative Results

Lors de l'analyse des données ouvertes de l'activité sur le terrain, nous nous concentrons sur quelques mesures de sélection qui fournissent une évaluation des niveaux d'activité qui reflètent généralement la fonction locomotive. Ces paramètres incluent: activité horizontale, verticale activité, le temps de déplacement, temps de repos, et la distance totale parcourue. En général, les animaux avec la fonction musculaire réduite seront moins actifs et ont une activité ambulatoire inférieure. Ceci est généralement associée à une baisse d'activité horizontale, activité verticale, la distance parcourue et le mouvement le temps total, et une augmentation du temps de repos 5,6,12,17. Au contraire, les animaux avec la fonction musculaire intacte ou ceux traités avec des agents thérapeutiques qui diminuent la progression de la détérioration de la pathologie musculaire sont plus susceptibles d'afficher des niveaux d'activité plus élevés 6,7,14,17. Pour montrer un exemple de résultats typiques obtenus avec ce protocole dans des modèles animaux de la maladie neuromusculaire, nous avons fourni des données d'une étude longitudinale we préalablement effectué dans la dystrophie musculaire congénitale Dy2J (CMD) de modèle animal 6. En résumé, le modèle de Dy2J contient une forme tronquée du gène de la LAMA2 qui résulte en une paralysie des membres postérieurs, une démyélinisation et des modifications dystrophiques musculaires squelettiques. L'impact de cette pathologie musculaire sur le niveau d'activité est observée chez ces souris. Par exemple, les souris Dy2J dans l'étude ont eu tendance à présenter des niveaux d'activité horizontaux inférieurs, et moins de la distance parcourue, par rapport à leur âge et BL / 6 contrôles de type sauvage entre les sexes appariés pendant toute la durée de l'étude (Figure 2); Toutefois, ces différences ne sont pas toujours significatifs. Le manque de signification est probablement dû à la petite taille de l'échantillon, et une forte variation intra-groupe dans les données BL6. Variation est typique des données d'activité de plein champ; Toutefois, ces données, en particulier le manque de puissance suffisant pour déterminer si ces groupes sont statistiquement différents les uns des autres. Typiquement, un n = 10-12 devraient être utilisés pour détecter s5,17 tatistically différences significatives. Par exemple, quand un échantillon plus large est utilisé, comme cela a été fait dans l'étude SJL (voir la deuxième barre de BL6 dans les figures 3B, 3D et 3E) des différences significatives entre les groupes peuvent être observées. Les animaux de Dy2J également montré une perte complète de niveaux d'activité verticaux, qui reflète leur paralysie des membres postérieurs, et, à son tour, une incapacité à l'arrière (figure 2B) 6. Enfin, il est important de noter les différences entre les sexes dans les niveaux d'activité. Par exemple, les femmes ont tendance à être plus active que les hommes, en affichant des niveaux plus élevés d'activité horizontale, activité verticale, et la distance totale parcourue (Figure 2); Cependant, ces différences n'étaient pas statistiquement significatives. Nous avons également fourni des données provenant de plusieurs études antérieures menées dans d'autres modèles animaux de maladies neuromusculaires, et de mettre en évidence plusieurs autres facteurs qui affectent la loiniveaux de Ivity (figure 3). Par exemple, les niveaux d'activité varient selon les origines génétiques 10. Les souris de type sauvage BL10 présentent une plus grande activité horizontale, activité verticale, et la distance totale parcourue par rapport à l'âge et le sexe correspond BL6 souris de type sauvage (Figure 3). Cette observation est important de noter, comme l'utilisation de souches de contrôle incorrectes dans une étude peut rendre les données inutilisables. Deuxièmement, les niveaux d'activité varient selon le modèle et le phénotype (Figure 3) la maladie. Par exemple, le SJL souris, le modèle animal de la ceinture de membre dystrophie musculaire-2B (LGMD-2B), présente le plus faible niveau d'activité horizontale et la distance totale parcourue, suivie de la souris Dy2J et la souris mdx, un modèle animal pour la dystrophie dystrophie musculaire (figures 3A, 3C). Cependant, les souris Dy2J, en raison de leur paralysie des membres postérieurs, affichent le niveau le plus bas de l'activité verticale (figure 3B). Il est également important de noter que le niveau élevé d'l'activité dans le phénotype mdx est probablement attribuable à l'augmentation du niveau d'activité de la souche BL10 de fond. Enfin, ce chiffre souligne l'importance de l'âge / la maladie pathologie animale au moment du test. Par exemple, à 30 semaines d'âge, pas de différences peuvent être détectés dans les niveaux d'activité entre les souris mdx et leur âge et le sexe correspondent BL10 contrôles de type sauvage (figure 3). Cependant, après 6 semaines d'âge, autour de la phase nécrotique pic dans le modèle de la souris mdx, les souris mdx présentent une diminution significative de l'activité verticale, horizontale et de l'activité. Une diminution est également observée dans la distance totale parcourue, mais cette différence n'est pas significative (Figure 3) 4. Figure 1: Ouvrez appareils d'activités sur le terrain. Deux appareils de plein champ avec le centre quadradiviseurs nt, et les sommets. Si centres amovible diviseurs de quadrants sont présents, les animaux ne doivent être placés dans l'avant gauche (1, 3) et arrière droit chambres (2, 4) de chaque boîte pendant les tests pour obtenir les relevés valables. Figure 2: données d'activité de plein champ. Données typiques d'activités de plein champ pour Dy2J (ligne grise, n = 3) et de la souche de contrôle BL6 âge et le sexe adapté (ligne noire, n = 3) des souris à 14, 19, 23, 25, et 30 semaines d'âge (A – F) A) activité horizontale (unités arbitraires) des hommes, B) activité horizontale (unités arbitraires) femelles, C) activité verticale (unités arbitraires) mâles, D) activité verticale (unités arbitraires) des femelles. E) trave Distance totaleconduit (cm) mâles, E) la distance totale parcourue (cm) femelles. Les données ont été recueillies sur 4 jours consécutifs et en moyenne par souris et le groupe. Les mêmes souris ont été testées à chaque point de temps. Les données représentent la moyenne ± SEM. Données issu 6. Souris Dy2J et BL6 ont été comparés avec un échantillon test t indépendant de chaque point dans le temps. Une valeur de p <0,05 a été considérée comme significative. * P <0,05, ** p <0,01, *** p <0,001. Figure 3. champ Ouvrir les données d'activité de plusieurs souches de données typiques de comportement d'activité des BL10 mâle (6 semaines d'âge, n = 8; 25-30 semaines d'âge, n = 10)., Mdx (âgés de 6 semaines, n = 9; de 25 à 30 semaines d'âge, n = 15), BL6 (groupe de contrôle de souris Dy2J, n = 3; groupe témoin de souris SJL, n = 13), Dy2J (n = 3), et SJL (n = 13) chez la souris à vrying âges. A) Activité horizontale (unités arbitraires) des données de BL10 et souris mdx à 6 et 25-30 semaines d'âge, B) Activité horizontale (unités arbitraires) des données de BL6, Dy2J et souris SJL à 25-30 semaines de âge, C) l'activité verticale (unités arbitraires) des données provenant de souris BL10 et MDX à 6 et 25-30 semaines d'âge, D) l'activité verticale (unités arbitraires) des données provenant de souris BL6, Dy2J, et SJL à 25-30 semaines d'âge , E) la distance totale parcourue (cm) des données de BL10 et souris mdx à 6 et 25-30 semaines d'âge, et F) la distance totale parcourue (cm) des données provenant de souris BL6, Dy2J, et SJL à 25-30 semaines d'âge . Dy2J, modèle animal de CMD avec mutation du gène de la laminine α2 sur le fond BL6; SJL, modèle animal de myopathie des ceintures dystrophie musculaire-2B (DMC-2B); mdx, un modèle animal de la DMD sur le fond BL10. Il n'y a pas de contrôle de SJL dysferline-suffisante. Les données sont des moyennes ± SEM. B, C et D contiennent des données précédemment publiverser 6,17. Les données ne sont pas normalement distribuées; Par conséquent, les données ont été comparées en utilisant une somme de rang test de Wilcoxon. Une valeur de p de p <0,05 était considérée comme significative. Les comparaisons suivantes ont été faites pour chaque paramètre: a) BL10 et souris mdx à 6 semaines d'âge, p <0,05; b) BL10 et souris mdx à 25-30 semaines d'âge, non significatif; c) Dy2J et BL6 appariés souris de souche de contrôle à 25-30 semaines d'âge, p <0,05; d) SJL et BL6 correspondent souche témoin à 25-30 semaines d'âge, p <0,001; e) BL10 souris à 25-30 semaines d'âge et BL6 (groupe de contrôle pour les souris Dy2J) souris à 25 semaines d'âge, p <0,01; f) BL10 à 25-30 semaines d'âge et BL6 (groupe de contrôle pour les souris SJL) à 25-30 semaines d'âge, p <0,001.

Discussion

La mesure de l'activité en champ libre est un essai in vivo qui peut être bénéfique pour l'évaluation de la progression de la maladie et l'efficacité des médicaments dans des modèles animaux de maladie neuromusculaire 6,7,11-14. Comme le montre la figure 2, il fournit une évaluation des niveaux d'activité qui reflètent généralement la fonction locomotive. Il s'agit d'une mesure différente de la force musculaire, ce qui en fait un critère d'évaluation secondaire ou auxiliaire idéal pour effectuer une étude préclinique de médicaments. En outre, il est à 15, la mesure non invasive cliniquement significative, qui peut être effectuée à plusieurs reprises tout au long de la durée de l'étude. Toutefois, l'activité comportementale et de la locomotive est aussi influencée par d'autres facteurs aussi bien (c'est à dire la manipulation de l'expérimentateur, les conditions environnementales, et de la cognition) la création variation dans les données d'activité de plein champ. Le but de ce document est de fournir un protocole bien testé et normalisé qui réduit la variation et permet que les résultats soient car rapport entre plusieurs laboratoires, dans l'espoir d'améliorer la traduction dans notre domaine.

Un inconvénient majeur de cette mesure est qu'elle est très variable et dépend de nombreux facteurs extérieurs. Cependant, nous avons pris cela en considération lors de l'élaboration du protocole. Nous avons évalué une variété de protocoles d'essai dont la durée varie 1-5 jours de collecte de données. En fin de compte, nous avons déterminé que la réalisation instrument acclimatation avant la collecte des données afin de familiariser les animaux avec l'environnement de la chambre d'essai et de la scène 4 jours de collecte de données réduit considérablement la quantité de variation dans les données sur les résultats 5. Ce protocole a été conçu à l'origine pour évaluer les niveaux d'activité et de comportement de locomotive dans le modèle de souris mdx; Cependant, ce protocole a été récemment validée dans le modèle animal Dy2J et 6. Il est suggéré que le protocole soit normalisée au sein de votre laboratoire pour chaque modèle animal avant de l'utiliser dans un essai préclinique.

Activité de plein champ varie selon le patrimoine génétique 17, 18-20 sexe, 18 ans, et le rythme circadien 21. Cela nécessite animaux du même âge, le sexe et l'origine génétique d'être évalués en même temps. Au cours des étapes de planification, une réflexion approfondie devrait être mis en décider à quel âge ou des âges ouverte champ niveaux d'activité seront évalués. Chaque modèle animal a sa propre progression de la maladie distincte et phénotype locomotive et comportementales, qui varient en gravité et en 6,15 ans (Figure 2 et Figure 3). Par conséquent, il est important de déterminer des points temporels pertinents sur le plan clinique et pathologique ouvertes pour évaluer les mesures de l'activité sur le terrain. Le nombre total d'animaux utilisés dans chaque groupe de traitement pour détecter des différences statistiquement significatives varie selon le modèle animal, l'âge et le sexe ainsi. Par conséquent, les calculs pertinents taille de l'échantillon devraient également être effectuées au cours des étapes de planification pour détermine le nombre total d'animaux utilisés dans chaque groupe de traitement pour détecter des différences statistiquement significatives. Ces calculs doivent également prendre en considération les mesures supplémentaires des résultats utilisées dans l'étude (par exemple, les mesures de la force de préhension ou des analyses histologiques). Sur la base de nos calculs de puissance, nous utilisons généralement 10-12 animaux par groupe de traitement. En outre, une attention particulière devrait être accordée à ce souche contrôle est utilisé dans l'étude. Il existe une tendance pour les souches de contrôle incorrectes à être utilisé dans des études précliniques. Par exemple, des souris BL6 sont souvent utilisés en tant que souche témoin de souris mdx; Toutefois, la souris mdx est sur un fond de BL10. Comme le montre la figure 3, les souris BL10 sont beaucoup plus actifs que les souris BL6, ce qui rend impossible de comparer les données mdx et BL6. Lorsque la réalisation d'études précliniques sur des souris mdx, souris BL10 devraient être utilisés comme la souche témoin. En outre, si une étude est réalisée avec des souris Dy2J, les souris BL6 doivent être utilisés comme le contrsouche ol.

De petits changements environnementaux peuvent aussi affecter de manière significative les niveaux d'activité. Il s'agit notamment de l'éclairage, la température, l'humidité, les odeurs, le bruit, et 4,15 l'activité humaine. Par conséquent, il est très important d'effectuer l'essai dans une pièce à température et humidité contrôlées avec un éclairage non directe à la même heure chaque jour 5. Les chambres d'essai doivent être espacés uniformément dans la pièce et non placés sous un éclairage direct ou en ombre ou sombres coins 5. Les animaux seront répartis au hasard dans leurs chambres d'essai, chaque jour pour réduire les effets de la variation des conditions environnementales tout au long de la pièce, et ils devraient être autorisés à s'acclimater à la salle d'examen pour 10-30 min avant la collecte des données. Assurez-vous de suivre l'affectation de chaque animal de la boîte pendant toute la durée de l'étude pour s'assurer que toute influence de la boîte / environnement est également réparti entre les différents groupes de traitement. Les personnes remplissant la animals dans les chambres et de la manipulation des animaux tout au long de la durée de l'étude doit être aveuglés essai pour le groupe de traitement, et la souche des animaux lorsque cela est possible. Dans de nombreux cas les génotypes concernés sont très différents de contrôles connexes et aveuglante n'est pas possible. Toutefois, les personnes doivent toujours être aveuglés entre les groupes traités et non traités. En outre, tous les individus devraient quitter la salle lors de la collecte de données pour réduire le bruit et les distractions dans la salle, et toutes les chambres doivent être soigneusement nettoyés après chaque session de collecte de données. Ces mesures permettront de réduire de façon significative la variation dans les données. Il est important de noter que les animaux sont également très sensibles à l'adaptation 15. Par conséquent, il est suggéré que les animaux sont retirés de la chambre d'essai directement après la 60 min de collecte de données chaque jour et que les niveaux d'activité de plein champ être évalués plus d'une fois par mois.

La distance totale parcourue et mouvement totalement des mesures de temps ont tendance à être en plein champ des mesures d'activité les plus sensibles 5. Dans le modèle de Dy2J, la mesure de l'activité verticale tend à être plein champ à mesurer l'activité la plus sensible (Figure 3); cependant, il peut être difficile de saisir des mesures d'activité verticales précises dans les petits animaux. Par exemple, il est possible que l'animal va avoir un comportement plus petit élevage et le capteur ne sera pas capturer en raison de la hauteur du capteur vertical. En conséquence, nous recommandons les animaux d'essai au plus tôt 5 semaines d'âge. Il est également possible que l'animal va dormir pendant toute la durée d'une session de collecte de données. Si tel est le cas, il convient d'ajouter un jour supplémentaire de collecte de données. Enfin, un mauvais alignement du diviseur quadrant ou le blocage des capteurs dans la boîte peut entraîner des données inexactes ainsi. Par conséquent, il est très important d'effectuer un précontrôle du capteur, avant l'essai, et examiner toutes les données après la fin dechaque session de collecte de données.

La prudence devrait également être prise lors de l'analyse des données d'activité en plein champ. Ouvrir les données de l'activité sur le terrain a tendance à être non-distribués normalement et ont des valeurs aberrantes 4. Avant d'effectuer des analyses statistiques, nos biostatisticiens recommandons fortement de vérifier les données de la normalité et les valeurs aberrantes. Si les données sont non distribuées normalement, on devrait envisager d'utiliser un test non paramétrique lorsque l'on compare les moyens. En outre, toutes les données doivent être analysées par une personne aveugle à ce que les groupes de traitement sont.

Dans l'ensemble, la mesure de l'activité de plein champ a de grands avantages: a) il est une évaluation complète des deux activité locomotrice et de comportement, ce qui est fort, mais pas toujours corrélé avec la fonction locomotive; b) il s'agit d'une mesure facile à réaliser; c) il ne nécessite pas de manipulation des animaux au cours des essais; d) il s'agit d'une mesure non invasive qui peut être effectuée plus d'une fois pendant la durée d'un study; e) aucune formation particulière n'est nécessaire pour effectuer le test; f) plusieurs animaux peuvent être testés en même temps; et g), il est une mesure des résultats cliniquement pertinente 5,16. Cependant, lors de l'essai thérapeutique, garder à l'esprit que d'autres facteurs peuvent influer sur le comportement d'un animal, et à son tour des mesures d'activité en plein champ. Médicaments peuvent avoir des CNS et d'autres effets larges du corps, et le comportement peuvent également être influencées par un environnement stressant. En conséquence, il peut être difficile de distinguer si les changements dans les niveaux d'activité de locomotive ou de comportements, sont liées aux modifications de la fonction musculaire, de la force musculaire, ou sont le résultat d'effets secondaires de la drogue. Par conséquent, les essais fonctionnels, histologiques et moléculaires ou supplémentaires doivent être menées aussi bien. Ce protocole standardisé a également été utilisé avec succès dans d'autres maladies musculaires 4,17; Cependant, comme on le voit sur ​​la figure 3, des études pilotes doivent être effectués initialement à évaluer la sensibilité de la mesure à l'animalmodèle.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Cette publication est financée par Cure CMD, Association Française musculaire dystrophie (AFM), une subvention de recherche translationnelle de l'Association de Dystrophie musculaire, les Instituts nationaux de la santé (1K26RR032082, 1P50AR060836-01, 1U54HD071601, 2R24HD050846-06), le ministère de la Défense ( W81XWH-11-1-0330, W81XWH-11-1-0782, W81XWH-10-1-0659, W81XWH-11-1-0809, W81XWH-09-1-0599) et une subvention pilote de Parent Project Muscular dystrophie ( PPMD).

Ce document est l'un de plusieurs dans une série de modes opératoires normalisés pour les méthodes couramment utilisées dans le domaine de la maladie musculaire congénitale. Il reflète les efforts discutés et mis en place par plus de 20 experts dans le domaine de la maladie musculaire congénitale à la récente maladie Atelier du Consortium Muscle congénitale, qui s'est tenue en Avril 2013 à Washington, DC

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
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).

Tags

Open Field ActivityLocomotor ActivityBehavioral AssessmentNeuromuscular DiseasePreclinical TrialsAnimal ModelsCircadian RhythmEnvironmental FactorsStandardized ProtocolData AnalysisStrengths And Weaknesses

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image