W Warszawie powstał innowacyjny system do śledzenia zachowań gryzoni laboratoryjnych

Naukowcy z Instytutu Nenckiego opracowali nowatorski system służący do podglądania zachowań myszy laboratoryjnych. Eco-HAB, bo tak został nazwany, zbudowany jest z elementów przypominających nory połączone podziemnymi korytarzami. System umożliwia sprawdzenie, czy pary gryzoni unikają się nawzajem, czy podążają za sobą, bądź też ile spędzają ze sobą czasu.

Pomysł na zautomatyzowany system Eco-HAB powstał ze względu na niską powtarzalność wyników badań z wykorzystaniem gryzoni laboratoryjnych. Jak twierdzą autorzy, Eco-HAB jest pierwszym urządzeniem gwarantującym trafność oceny interakcji społecznych w połączeniu z wysoką powtarzalnością rezultatów prowadzonych doświadczeń. Owoc ich pracy został zaprezentowany w prestiżowym naukowym czasopiśmie „eLIFE”.

O skuteczności leczenia można mówić tylko wtedy, kiedy opiera się ono na pełnym zrozumieniu mechanizmów odpowiedzialnych za powstawanie chorób. Kiedy mowa jest o neuronalnych zaburzeniach zachowań społecznych (jak np. w autyzmie czy fobii społecznej), testy prowadzone na gryzoniach są ważnym źródłem wiedzy. Naukowcom do tej pory często nie udawało się jednak odtworzyć rezultatów badań, jakie otrzymywali w innych laboratoriach. Eco-HAB ma to zmienić. System został opracowany przez grupę naukowców kierowaną przez prof. dr hab. Ewelinę Knapską z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Neneckiego w Warszawie. Nowoczesne urządzenie naśladuje najważniejsze cechy naturalnego środowiska myszy i w zautomatyzowany sposób śledzi złożone interakcje społeczne między zwierzętami.

Jak tłumaczy profesor Knapska, na rynku od wielu lat dostępne są zautomatyzowane systemy do testowania myszy. Żaden z nich nie umożliwia jednak badania zaburzeń zachowań społecznych w sposób pozwalający na powtarzalność wyników. Dochodziło do sytuacji, w których niektórych doświadczeń naukowych nie udawało się odtworzyć nie tylko w innych laboratoriach, ale także w tych, w których wykonywano je pierwotnie.

W klasycznych testach zachowań społecznych z udziałem myszy, gryzoń jest wyjmowany z „domowej” klatki i umieszczany w aparacie testowym, skonstruowanym w taki sposób, aby skłonił zwierzę do określonych czynności. Zwykle używa się do tego klatek podzielonych na trzy części, środkową oraz dwie boczne. W jednej z bocznych komór umieszcza się bodziec o charakterze społecznym (np. inną mysz), w drugiej bodziec niespołeczny – np. drewniany klocek. Zwierzę poddawane testowi jest wkładane do środkowej komory, po czym samodzielnie decyduje, czy zainteresować się bodźcem społecznym, czy niespołecznym.

Problem w tym, że myszy badane w klasyczny sposób narażone są na stres eksperymentalny oraz stres towarzyszący nagłej izolacji od dotychczasowych towarzyszy z „domowej” klatki. Z tego powodu niemożliwe staje się przewidzenie ich zachowań. Jakby tego było mało, istnieje także problem braku jednoznacznych standardów badawczych. Ten sam test wykonywany w innych jednostkach może się nieco różnić. Doświadczenia mogą wykonywać eksperymentatorzy różniący się płcią, w różnych warunkach świetlnych i temperaturowych, inne mogą być także sposoby analizy wyników.

„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, 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.

Za śledzenie myszy w systemie Eco-HAB odpowiadają czujniki RFID. Rejestrują one mikrochipy wszczepione pod skórę zwierząt. Przypominają one te, których używa się w celu znakowania psów i kotów. Oprogramowanie zapisuje przemieszczanie się myszy i dokonuje analiz ich zachowania, miary natomiast są dobierane tak, aby gwarantować jak największą powtarzalność wyników.

Grupa naukowców kierowana przez prof. Knapską razem z zespołem dr Grzegorza Kasprowicza z Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej pracuje obecnie nad zaawansowaną wersją aparatu Eco-HAB, zgłoszoną do opatentowania. Badania finansowe są z grantu SYMFONIA Narodowego Centrum Nauki i polsko-szwajcarskiego grantu Swiss Contribution.