从疾病模型的开发到安全药理学，啮齿动物行为分析在药物发现中起着至关重要的作用。Actual Analytics Ltd公司开发了一种创新的家居笼分析系统，可以对群体居住环境中的啮齿动物行为进行24/7的监测，从产生的数据的数量和质量以及动物福利的角度都是有益的。最初的研究集中在安全药理学的大鼠上，在24/7的分析中更有可能捕捉到不良副作用的警告。该系统在制药行业的潜在用途要广泛得多。我们希望有兴趣的合作伙伴以新的、令人兴奋的方式尝试这项技术。
有了CRACK IT Solutions的资助，Actual Analytics现在正与伦敦大学玛丽皇后学院的研究人员合作，扩大该系统的范围，并验证对经历过脊髓损伤程序的动物的家笼行为的纵向监测。
研究实验室里的啮齿类动物生活在高度优化的塑料家庭笼子里，在那里它们吃、喝、睡、互动和行为，但由于技术挑战，这些数据没有被捕获。
从疾病模型的开发到安全药理学，啮齿动物行为分析在药物发现中起着至关重要的作用。目前有两种主要的方法用于监控行为。最常见的做法是，除了强制性的福利检查外，忽略笼子里的行为，将单个动物移走，按照实验协议的定义进行一系列定制测试。这意味着动物的大部分行为都被忽略了。另一种方法是利用现有的技术，基于对单个饲养动物的监测和分析。从动物福利的角度来看，这是次优的，因为单一的住房是有压力的，可能会导致人工制品。
通过CRACK IT挑战赛，啮齿类动物大哥，实际分析有限公司开发了一种创新的家居笼子分析(HCA)系统，提供24/7的监测啮齿类动物在群体居住环境中的行为。HCA系统唯一地标记每只动物，这样它们在群体中的身份就被知道了，这与视频分析相结合，记录和分析行为，包括活动/静止，养育和攀登，运动，昼夜节律和社会分组。关键是，该系统使用的是未经改造的家庭笼子，因此该解决方案对目前的畜牧业程序影响最小。
Actual Analytics在从视频和其他遥测技术中跟踪和提取行为的算法开发方面的专业知识是解决方案的核心。学习识别新的行为也是可能的，例如从专家标记的视频中。当扩展到包括红外照明和可扩展计算时，该系统可以每天24小时运行，持续几天到几个月。简单地说，这个解决方案将家庭笼子转变为下一代实验室。
该解决方案可用于制药行业广泛的安全性和有效性研究，以及扩展到新疾病模型的表型和药理分析。好处包括动物福利的改善以及数据质量的提高。后者导致更好、更早地对药物开发做出决定，并减少达到统计显著性所需的队列数。
Actual Analytics Ltd与CRACK IT Challenge赞助商(阿斯利康)和NC3Rs密切合作，并成功开发了这项技术。Actual Analytics有限公司现在可以扩大该系统的范围，并针对未来客户在药物研究和发现的应用领域进行验证。这种类型的协作提供了对市场需求更广泛的理解，以确保针对未来客户的需求开发产品。合作伙伴可以很早就接触到这种创新技术，并能够影响最终商业产品的规格，以最大化他们自己的3Rs努力。
在啮齿类动物身上的行为实验在整个制药工业中被广泛使用，而且几乎完全基于对单个动物的挑战试验。从动物正常的笼子环境中收集广泛而详细的行为数据的能力具有非常明显的3Rs影响。改进:所收集的行为数据完全是非侵入性的，并且是基于观察家笼里的群体行为。这些系统产生的关于其群体内已识别动物的数据，是任何其他技术都无法实现的。减少:收集个体动物纵向数据的数量提供了额外的统计能力，这意味着所需的动物更少。初步研究表明，动物使用可能减少至少50%。
概述
通过CRACK IT Solutions的资助，Actual Analytics目前正与伦敦大学玛丽皇后学院的研究人员合作，扩大该系统的范围，并在动物福利是迫切关注的药物开发以外的应用中验证它。在这里，他们提议对经过脊髓损伤程序的动物的家笼行为进行纵向监测。他们特别希望评估动物福利和功能恢复的相关指标。此外，它有望提供对这种方法在慢性疼痛评估中的适用性的更深刻的理解，可以转化为其他介入长期模型。
影响
本研究探讨了在外伤性脑损伤(TBI)和脊髓损伤(SCI)模型的临床前神经损伤研究中使用新型家庭笼分析系统的可行性。目的是研究个体、群体饲养的大鼠在亚急性和慢性损伤后阶段的长期行为，并确定家笼监测是否可以改善动物福利。
通过CRACK IT挑战赛啮齿动物大哥哥，开发了Home Cage Analyser (HCA)啮齿类动物家笼监测系统。HCA在群体环境中为每只动物单独标记，并使用24/7监控和视频分析来记录和分析行为，包括活动/静止、养育和攀登、昼夜节律和社会分组。
来自伦敦大学玛丽女王(QMUL)和实际分析的研究人员在椎板切除术的动物(没有中枢神经系统损伤的椎骨开口的手术对照动物)和手术诱导的脊髓损伤和TBI模型之间进行了三方面的比较。18只动物，每种情况6只，在12周的时间里，在HCA系统的光明和黑暗阶段进行了评估。
从群体饲养的动物中获得的个体24/7的活动和温度数据使用Actual Analytics提供的软件进行分析。该视频被手动注释，以获得更复杂的神经行为见解，这是传统的“快照”观察方法无法观察到的。使用这种方法，可以识别每个损伤组在损伤后特定时间点的明显表型变化，也可以识别损伤组之间的差异。这项研究的主要发现包括:
- 与非中枢神经系统损伤的对照动物相比，脊髓损伤动物的梳理活动减少，特别是在损伤后的第一周。这一新颖的观察结果可能与损伤相关的机械损伤有关，也可能与情绪障碍有关，如由无聊和缺乏社会交往引起的抑郁。脊髓损伤动物的长时间不动很可能会影响它们的情绪，引发自我忽视和自我梳理行为的减少，类似于在抑郁脊髓损伤患者中报道的自我忽视和护理不善(Yipet al .,2019)。
- 与损伤后第12周后肢功能恢复相比，脊髓损伤动物的运动能力和养育能力在第一周也有所下降。自动笼记录系统可促进改善对饲养活动恢复的速度和程度的评估，并可调查住房丰富对刺激定期运动的作用及其对恢复功能的影响(叶et al .,2019)。
- 脑外伤和脊髓损伤都没有显著影响进食或饮水行为(叶et al .,2019)。
- 与SCI和对照动物相比，TBI动物在损伤后急性期(第一周)和中期(第6周)表现出更多的夜间攻击行为。类似的结果之前在小鼠中也有报道，但在大鼠中是一个新发现。这些结果在动物和人类之间缺乏翻译，这需要克服，以增加对TBI患者中观察到的攻击行为的高发率的理解。HCA可以提供一种新的方法来监测在SCI和TBI动物模型中观察到的攻击行为，以提高对结果的理解，并帮助将结果翻译给人类(Yipet al .,2019)。
此外，与脊髓损伤和手术对照组相比，在TBI模型恢复的第一周，发现了增强的社会互动，随后几周的社会互动水平较低(图1)。需要进一步的工作来支持这一观察结果。
图1- SCI和TBI损伤大鼠与椎板切除手术对照动物(在椎体骨上打开但没有中枢神经系统损伤)12周的社会活动，以与最近的笼子伴侣分离来衡量。
HCA系统成功地为神经创伤动物如何从手术过程中恢复和适应损伤提供了新的见解。这种装置可以取代目前使用的刺激-反应行为评估，后者是在单个动物身上进行的，从它们的笼子环境中取出，只在特定的白天时间进行评估。这些研究的结果往往受到损伤后早期阶段的手术、麻醉和镇痛的阻碍，与隔离/环境变化和/或社会模式变化有关的压力也对结果产生了混杂影响。HCA系统提供了一个完善的模型，可以在笼子环境中进行社会互动，并通过评估自发行为，在最小的环境干扰下全天候监测长期研究。HCA提高了所获得数据的质量、数量和科学价值，是精确检测行为微妙变化的重要工具;例如，区分处理者导向的攻击(可能会增加基线攻击)和对神经损伤的攻击。
能够持续和准确地监测动物的行为和体温，有助于更好地理解损伤对动物健康的影响，并为改进护理和监测方案、严重程度限制和人道终点提供信息，这对神经创伤模型尤为重要。HCA还将提高获得的纵向数据的质量，这有可能减少达到统计显著性所需的动物数量。
QMUL的研究人员正在继续使用这种方法，并在TBI模型中进行了进一步的研究，以了解复杂的行为表型。一家合同研究机构随后意识到该技术，并计划在其设施内部署该技术以加强监测。
出版
叶PK，查普曼GE，西利托RR，et al。(2019)。使用自动家居笼记录系统对脑和脊髓损伤大鼠模型长期行为变化的研究。神经科学方法杂志。321: 49 - 63。doi: 10.1016 / j.jneumeth.2019.04.005
