啮齿类大鼠和小鼠哥哥:大鼠和老鼠的家笼监测

研究细节

挑战承包商:教授道格拉斯•阿姆斯特朗
组织:实际分析
开始日期:2012/2013
持续时间:3年+ 3年
数额:£0.5 m +£0.5 m
赞助商:啮齿类动物大哥-阿斯利康/啮齿类动物小弟- MRC Harwell

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案例研究

所面临的挑战

对单个大鼠的活动和行为的测量为从基础研究到药物开发的研究提供了关键信息。例如，在安全药理学研究中使用大鼠来评估药物对中枢神经系统(CNS)的潜在毒性。将大鼠单独放置在不熟悉的测试场地中测量运动能力，而在家中笼子环境或测试场地(例如露天测试)中手动评估行为，以检测可能与临床相关的嗜睡、癫痫发作和睡眠障碍等迹象。单一的住房和不熟悉的环境会影响动物的福利。观察老鼠的行为是一项劳动密集型工作，通常是在白天进行的，那时老鼠自然不太活跃。在一些研究中，体温是通过人工测量或使用手术植入的遥测传感器测量的。根据公司和被测试药物的不同，在这种研究中，每种药物可能使用多达100只老鼠。

为了解决与监测单个动物相关的福利问题，阿斯利康提出了“啮齿类老大哥挑战”(rats Big Brother Challenge)，开发了一种自动化的非手术系统，可以在至少24小时内测量群居大鼠的个体活动、行为和体温。

该产品

啮齿动物大哥挑战赛被授予来自爱丁堡SME实际分析的道格拉斯·阿姆斯特朗教授。该团队与阿斯利康公司合作，创建了实际的家笼分析仪(HCA)系统，该系统在整个研究过程中对群体居住的大鼠提供了不显眼的、连续的监测，避免了单个笼子的需要，并允许在熟悉的家笼环境中进行测试。HCA系统可以被整合到标准的养鼠架中，通过给动物贴上皮下RFID芯片来测量个体大鼠的位置、活动和温度，该芯片使用包含一系列RFID天线的底板进行跟踪。

行为数据是通过高质量的视频记录和放置在笼子上方的红外LED照明获得的。该视频分析软件经过训练，可以自动检测与安全药理学研究中监测的神经行为或中枢神经系统问题相关的特定行为，包括养育和睡眠障碍。技术评价与验证工作发表在《公共科学图书馆•综合》在2017年。

3Rs和科学效益

Actual Analytics和阿斯利康在剂量方案中使用镇静和刺激药物验证了HCA系统，旨在比较明暗期的数据。阿斯利康证实，HCA系统可以检测群体饲养大鼠的活动和垂直活动以及皮下温度的变化，这与已发表的数据一致。重要的是，该系统检测了传统方法遗漏的药物效应，可能会对临床产生影响。这项研究发表在药理学和毒理学方法杂志在2018年。

为了进一步建立对HCA系统安全药理学研究的信心，NC3Rs召集了一个行业联盟，其中包括合同研究组织Charles River，贡献他们的时间和资源来测试三家主要制药公司提供的三种化合物。

更广泛的影响

实际HCA系统适用于小鼠，以解决MRC Harwell在2012年提出的啮齿动物小弟弟挑战。MRC Harwell用三种常用的小鼠品系对该系统进行了验证。这揭示了对小鼠社会互动和行为的新见解，对所使用菌株的选择和科学发现的解释具有重要意义。例如，在昼夜节律生物学的研究中，小鼠在光期的活动持续不断，而传统的方法，使用跑步轮监测活动，显示在这一阶段的活动微乎其微。此外，在24小时内的活动水平也出现了以前没有检测到的菌株特异性变化。MRC Harwell现在经常使用HCA系统来识别神经退行性疾病小鼠模型的早期缺陷，帮助更好地描述模型，并确定人道终点，以限制动物的痛苦。为了帮助注释从HCA系统获得的大量行为数据集，NC3Rs和MRC Harwell与Zooniverse合作，启动了一个公民科学项目——这是3Rs的第一个项目。

通过啮齿类动物的大哥和弟弟的挑战，实际分析已经开发了一个全球的客户基础的学者和公司。他们已经与伦敦玛丽女王大学的合作者获得了CRACK IT Solutions的种子基金，将HCA系统应用于监测用于脊髓和创伤性脑损伤研究的老鼠的福利。

赞助实物贡献

阿斯利康提供了一系列实物捐助。这包括在真实世界的实验环境中对原型系统进行内部测试和科学验证研究，以建立对系统的信心。MRC Harwell每周提供相当于100个笼子空间的空间和笼子(大约每周1000英镑的笼子收入)。

在项目期间，阿斯利康和MRC Harwell每年也分别提供了0.5和0.35的全职(科学人员)。

这个案例研究发表在我们的2019破解IT评论．