PAN informacje

Zautomatyzowany system Eco-HAB do eksperymentów nad zaburzeniami zachowań społecznych u gryzoni – stworzyła grupa prof. dr hab. Eweliny Knapskiej w Instytucie Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN. Jest to pierwsze urządzenie gwarantujące trafność oceny interakcji społecznych w połączeniu z wysoką powtarzalnością rezultatów prowadzonych doświadczeń. Projekt został zaprezentowany w czasopiśmie „eLIFE”.

 
Leczenie jest naprawdę skuteczne tylko wtedy, gdy bazuje na pełnym zrozumieniu mechanizmów odpowiedzialnych za powstanie choroby. W przypadku neuronalnych zaburzeń zachowań społecznych, charakterystycznych np. dla autyzmu czy fobii społecznej, istotnym źródłem wiedzy są testy prowadzone na gryzoniach. Testy te mają jednak poważną wadę: naukowcom często nie udaje się odtworzyć rezultatów otrzymanych w innych laboratoriach. Ten uciążliwy problem został właśnie rozwiązany. Grupa prof. dr hab. Eweliny Knapskiej z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie zademonstrowała Eco-HAB, pierwszy system do badania zachowań społecznych u myszy gwarantujący wysoką powtarzalność wyników i jednocześnie możliwość obserwowania tych zachowań społecznych, które są naprawdę istotne. Nowoczesne urządzenie naśladuje najważniejsze cechy naturalnego środowiska myszy i w zautomatyzowany sposób śledzi złożone interakcje społeczne między zwierzętami. Eco-HAB wraz z otwartym oprogramowaniem do analizy wyników i dokładnym opisem, umożliwiającym jego samodzielne skonstruowanie, został niedawno zaprezentowany na łamach czasopisma „eLIFE”.
 
– Na rynku od lat są dostępne rozmaite zautomatyzowane systemy do testowania myszy. Żaden nie pozwala jednak na badanie zaburzeń zachowań społecznych w sposób gwarantujący powtarzalność wyników. Sytuacja bywała wręcz dramatyczna: nierzadko doświadczeń nie udawało się odtworzyć nie tylko w innym laboratorium, ale nawet w tym, w którym je pierwotnie wykonano! – mówi prof. Knapska.
 
Przeprowadzenie klasycznych testów zachowań społecznych wymaga wyjęcia myszy z jej klatki domowej i umieszczenia w aparacie testowym, którego budowa skłania zwierzę do określonych działań. Najczęściej korzysta się tu z klatki podzielonej na trzy komory: środkową i dwie boczne. W jednej komorze bocznej umieszcza się bodziec o charakterze społecznym (np. inną mysz), w drugiej – bodziec niespołeczny (np. klocek). Testowane zwierzę trafia do komory środkowej, gdzie może samodzielnie decydować, czy zainteresować się bodźcem społecznym, czy niespołecznym.
 
Myszy testowane klasycznie są narażone na stres eksperymentalny, który zakłóca wyniki badań – powoduje, że zachowanie zwierząt trudno przewidzieć. Czynnikiem szczególnie stresującym może być też izolacja od dotychczasowych towarzyszy z klatki domowej. Na wyniki wpływ ma tu nawet zachowanie zwierzęcia wybranego jako bodziec społeczny. Trudno przecież oczekiwać, żeby testowana, zestresowana mysz chętnie interesowała się innym podenerwowanym osobnikiem.
 
Problem oceny stresu doświadczanego przez zwierzęta jest dodatkowo spotęgowany brakiem jednoznacznych standardów badawczych. Ten sam test wygląda w różnych laboratoriach trochę inaczej. Ponadto nie ma ogólnie przyjętych norm dotyczących samych procedur badawczych. Doświadczenia mogą wykonywać eksperymentatorzy różniący się płcią, w różnych warunkach świetlnych i temperaturowych, a co najważniejsze, różne mogą być sposoby analizy wyników.
 
– Brak standaryzacji testów behawioralnych to poważny problem, ciężko jednak skatalogować wszystkie potencjalne czynniki mające niekontrolowany wpływ na zachowanie myszy. Nasz system postanowiliśmy więc skonstruować tak, aby ograniczyć stres eksperymentalny do minimum. Staraliśmy się jak najwierniej odtworzyć kluczowe cechy naturalnego środowiska zwierząt, co pozwoliło na mierzenie zachowań, które są dla myszy całkowicie naturalne i w warunkach laboratoryjnych wykazywane zupełnie dobrowolnie. A ponieważ sprzęt jest skomputeryzowany i dane są przetwarzane automatycznie, poprawił się standard życia nie tylko myszy, ale i naukowców – mówi dr Alicja Puścian z Instytutu Nenckiego, która zaprojektowała Eco-HAB w ramach pracy doktorskiej.
 
Myszy są zwierzętami silnie społecznymi i jednocześnie terytorialnymi. W naturze regularnie patrolują swoje środowisko, dziennie przemierzając odległości nierzadko przekraczające tysiące metrów. Aby umożliwić im zarówno interakcje społeczne, jak i swobodne przemieszczanie się, Eco-HAB skonstruowano z elementów imitujących nory połączone podziemnymi korytarzami. W czasie jednego eksperymentu system zasiedla kilkanaście myszy, co daje możliwość obserwacji złożonych interakcji społecznych między konkretnymi osobnikami.
 
Eco-HAB umożliwia także ocenę zainteresowania myszy nowymi bodźcami społecznymi. Brak chęci poznawania nowych osób to jeden z głównych objawów autyzmu, dlatego możliwość oceny takich zachowań w mysich modelach zaburzeń społecznych jest bardzo istotna. Trzeba jednak pamiętać, że gryzonie okazują zainteresowanie nowością inaczej niż ludzie.
 
– Dla myszy zmysłem dominującym jest węch. Dlatego jako bodźca społecznego używamy nie innej, nieznanej myszy, ale jej zapachu. W warunkach naturalnych obce myszy, zwłaszcza samce, będą się unikać, by uniknąć potencjalnej agresji. Jednak zawsze będą zainteresowane wonią drugiego osobnika. Podobnie jak psy, myszy zapoznają się poprzez zostawiane przez siebie ślady zapachowe – wyjaśnia dr Puścian.
 
Za śledzenie myszy w systemie Eco-HAB odpowiadają czujniki RFID rejestrujące mikrochipy wszczepione pod skórę zwierząt, podobne do używanych standardowo przez weterynarzy do znakowania psów i kotów. Oprogramowanie w języku Python zapisuje przemieszczanie się myszy i dokonuje odpowiednich analiz ich zachowania społecznego. Miary zachowania zostały dobrane tak, by gwarantować jak największą powtarzalność wyników.
 
Eco-HAB umożliwia nieinwazyjną i wiarygodną analizę wielu rodzajów zachowań społecznych. Za jego pomocą można nie tylko stwierdzić, czy myszy interesują się konkretnym bodźcem społecznym lub jak dużo czasu spędzają razem, ale nawet ustalić, czy jakieś pary podążają za sobą lub się unikają. W celu standaryzacji systemu przetestowano go w różnych laboratoriach i na różnych modelach zwierzęcych.
 
– W naszej publikacji udostępniamy pełną dokumentację systemu Eco-HAB: wymiary elementów, wykaz użytych materiałów, schematy elektroniczne, a także kod źródłowy oprogramowania. Każdy zainteresowany naukowiec może zbudować system u siebie, dopasować software do swoich potrzeb i przeprowadzić eksperyment, którego wyniki będzie można zweryfikować w innych laboratoriach – mówi prof. Knapska i podkreśla, że zaletą przyrządu jest także jego cena: całkowity koszt budowy nie przekracza 2 tys. euro, co w przypadku sprzętu do badań nad zachowaniem zwierząt można uznać za wartość bardzo przystępną.
 
Grupa naukowców kierowana przez prof. Knapską wraz z zespołem dr Grzegorza Kasprowicza z Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej, finansowana z grantu SYMFONIA Narodowego Centrum Nauki oraz polsko-szwajcarskiego grantu Swiss Contribution, pracuje obecnie nad zaawansowaną wersją aparatu Eco-HAB, zgłoszoną do opatentowania.