STARR MouseOx | 大小鼠清醒、无创长期血氧监测——脉搏血氧仪

恐惧作为人类最原始的基本情绪之一，在人类的生存与繁衍中起到了至关重要的作用，而不同来源的恐惧会引起不同的反应：对社交的恐惧引发回避行为，对蜘蛛/蛇的恐惧引发逃跑行为，面对不同的外界信号时，我们的大脑发生了什么变化呢？例如，当小鼠在空气中闻到一丝狐狸的气味，吓得撒腿就跑。从闻到气味到逃跑的一瞬之间，小鼠的大脑里发生了什么呢？当科科研工作者尝试去了解这背后的脑机制时，他们发现了一条全新的神经环路。这条神经“高速公路”绕过了素有大脑“恐惧枢纽”之称的杏仁核，介导了始于嗅觉的恐惧-逃跑本能行为，并介导焦虑。

 

 

2024年2月，浙江大学医学院李晓明教授团队在国际知名期刊发表了研究论文（IF21.2），该论文发现了脑内主嗅球→脚背侧皮层→外侧臂旁核→丘脑下旁核通路在恐惧和焦虑中的重要作用。

 

 

 

研究背景

 

众所周知，过度或反复的恐惧刺激是导致焦虑障碍的重要因素，恐惧的核心脑中枢是杏仁核。然而部分临床研究发现，双侧杏仁核损毁的患者仍然可以感受到恐惧并且表达恐惧情绪，这意味着可能存在杏仁核以外的恐惧情绪神经机制，而独立于杏仁核的恐惧情绪神经机制迄今尚不清楚。作者团队主要基于独立于杏仁核的恐惧情绪神经机制展开研究。

 

研究方法

 

作者团队利用狐狸粪便中的成分类似物TMT作为恐惧刺激源，通过对TMT刺激后的小鼠进行全脑Fos免疫组化染色，发现脚背侧皮层（DP）Fos表达显著增加，通过利用光遗传学的方法激活DP会诱发小鼠产生逃跑行为。

 

通过联合病毒示踪及膜片钳电生理等技术，研究人员发现DP可以与前端浅层外侧臂旁核（PBNsl）胆囊收缩素（ Cck）阳性神经元形成兴奋性突触连接，而PBNslCck+阳性神经元又可以继续下行支配丘脑下旁核（PSTh）的速激肽1（Tac1）阳性神经元，绘制出一条具有分子特异性标记的MOBSlc17a7+→DPCamk2a+→anterior PBNslCck+→PSThTac1+四级神经环路。

 

 

主嗅球→脚背侧皮层→外侧臂旁核→丘脑下旁核通路连接示意图

 

结论验证

 

由于反复、过度的恐惧刺激会导致焦虑障碍等精神疾病，团队成员研究了该通路在焦虑中的作用。通过光遗传学连续激活这条通路3天，每天1小时，小鼠即表现出非常明显的焦虑样表型。此外，在急性束缚应激导致的焦虑样模型小鼠中，抑制该通路则显著逆转小鼠的焦虑样行为。

 

该研究新发现一条嗅球→脚背侧皮层→外侧臂旁核→丘脑下旁核的四级神经环路，并揭示了该通路能够以独立于杏仁核的方式，参与并调控嗅觉本能恐惧和焦虑。

 

 

蓝色光刺激之前、期间和之后小鼠心率归一化汇总

 

文章中为准确测量小鼠的心率作者团队使用了来自美围Starr Life Sciences公司的MouseOxPlus脉搏血氧仪测定相关参数。作者团队用蓝色激光刺激小鼠大脑区域，脉搏血氧仪监测小鼠心率，对照组小鼠接受假刺激。图中显示经过照射之后的小鼠心率归一化数值明显降低，得出刺激特定大脑区域，小鼠恐惧的结论。MouseOx Plus是专为大小鼠无创脉搏血氧监测设计的专业设备，可针对清醒或麻醉动物同时无创长期监测多种生理参数。

 

MouseOx可以做什么？

 

美国STARR公司生产的MouseOx Plus脉搏血氧仪是世界上第一个也是仅有一个专为小鼠、大鼠和其他小型实验动物设计的无创生命体征监测设备。MouseOx Plus在全球范围内被来自大学、制药公司和研究机构的数千名研究人员使用，已发表上千篇SCI文献。玉研仪器致力于打造动物科研仪器领域最专业的百科全书，已与STARR公司建立了深度的合作关系，拥有极为成熟的STARR产品售前售后全流程服务体系，为中国地区用户提供更全面、更深度、更专业的产品技术支持。

 

研究人员可通过仅使用一个传感器无创的测量小动物（幼鼠，小鼠，大鼠，豚鼠等）的血氧饱和度，脉搏频率，呼吸频率，脉搏幅度，呼吸幅度等参数。

 

 

多种参数测量

 

 

 

血氧检测媲美血气分析仪

 

脉搏血氧仪具有血氧饱和度的高精度测量能力，有研究对比其和动脉血气分析（有创检测，金标准）的测量结果，结果有高度一致性。图为使用有创血气采样测量结果与无创 MouseOx 测量血氧饱和度结果的比较，对比表明，两者具有很好的线性关系。

 

 

Figure: Calibrated MouseOx Plus SpO2 versus IL-682 co-oximeter SaO2 (%sO2 ) for 5 rats

 

产品组成

 

一、硬件部分

 

MouseOx系统硬件由主机，传感器以及连接线缆组成，还可选配多种扩展组件，配置丰富。

 

主机：主机可连通传感器和计算机，接受来自传感器的信号，输出相应参数至计算机.。

 

传感器：针对不同监测情景，有颈夹、喉夹、腿夹、足夹等不同规格的传感器。

 

 

 

 

 

 

此外还可选配磁共振兼容传感器，用于核磁条件下的脉搏血氧监测

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

可选配独立的温度传感器，用于动物体温测量，可测量肛温，精度可达0.1℃

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

扩展组件

 

1. 多通道扩展功能：增配Multiplexer多通道扩展盒，即可最多可拓展至16通道

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 模拟信号输出扩展：STARR-Link模拟信号输出模块通过连接至MouseOx Plus的模拟信号输出接口，可实现至多8个通道的不同生理信号的模拟信号输出，这些信号可输出至其他第三方设备上用于分析或其他用途

 

 

 

 

 

 

 

 

 

二、软件部分

 

MouseOx Plus不但有多功能的硬件主机部分还有相应配套软件，可实现麻醉和清醒测量，软件具有专有波形优化算法，针对麻醉和清醒状态的动物独立优化，无论是清醒状态还是麻醉状态，特殊的传感器和软件模块都可持续监测动物生理信号。

 

 

软件特点

 

1. 数据实时显示：监测数据实时显示于软件界面，实时观看，可为事件添加标记，软件自动采集过去一段时间内的数据绘制曲线图，清晰展示生理参数随时间变化趋势

 

 

 

2. 数据记录回放查看：采集数据可记录为专用格式的数据，可在软件内回放查看，所有记录的生理信号及其他软件可记录的数据都可快捷展示、筛选，并提供多种可自定义的导出选项

 

 

 

3. 导出数据：所有信号和事件等数据可导出为CSV格式，与SPSS、Excel等多种流行的第三方软件兼容，可使用Python进行数据分析，高度自定义实验。

 

 

 

应用领域

 

MouseOx脉搏血氧仪在研究心脏、肺、血液和血管疾病或者药物测试中有广泛的应用，已发表上千篇SCI文献，目前已广泛应用于以下方面：

 

动物手术过程中生命体征的监护：确保适当的麻醉深度、预防手术中缺氧、边观察边控制呼吸量、边观察边调整氧气量 。

 

转化医学研究：流感，肺炎，呼吸道合胞病毒和其它急性呼吸道疾病；肺损伤、肺癌、COPD、睡眠呼吸暂停及其他慢性呼吸道疾病；休克动物模型；中风和脑损伤；高血压、低血压和其他心血管疾病；缺氧&吸入研究；药理学和毒理学研究

 

应用案例

 

案例一：MouseOx测量血氧饱和度——助力流感导致的肺损伤研究

 

 

来自美国宾夕法尼亚州费城福克斯蔡斯癌症中心免疫学中心教授团队通过建立严重流感肺损伤小鼠模型，使用程序性坏死特异性抑制剂和基因敲除方法阻断程序性坏死通路，观察并评估肺部病理学改变、炎症反应及存活率等指标，探究通过阻断程序性坏死过程是否能够预防和减轻严重流感导致的肺损伤。

 

结果表明UH15-38不仅在小鼠机体中展现出具有良好的耐受性，而且能有效地预防所有由流感引起的死亡，即使在感染后的五天内给予治疗依然奏效。

 

 

文献中作者团队使用MouseOx Plus脉搏血氧仪，在未感染小鼠（每组n=4）和感染小鼠（每组n=6）第3天和第6天用喉夹测量血氧饱和度，在第六天时模型小鼠的脉搏血氧数值变为80%左右，提示已完成严重流感肺损伤小鼠的造模。

 

 

案例二：MouseOx脉搏血氧仪监测心率和呼吸率——助力焦虑行为评估

 

 

腹侧中线丘脑（vMT）、剑突核（Xi）和核重聚（Re）的核是控制视觉威胁行为反应的网络中的关键中枢。在文章中，作者重点研究了vMT对于如何将内部状态转化为对感知到的威胁的相反类别的行为反应。

 

在研究中，使用光遗传学技术激活小鼠背侧被盖区（vMT），发现激活vMT后小鼠的尾巴颤抖和跑步行为增加，而冻结和隐藏行为减少。这表明vMT的激活可能与动物对威胁的反应有关。此外，研究发现激活vMT后，小鼠在开放场地中更频繁地奔跑，而在避难所中则更少。这些结果表明，激活vMT可能影响动物的运动行为和焦虑反应。

 

实验中，MouseOx Plus小动物脉搏血氧仪监测了vMT活动状态下，给予动物激光刺激前后小动物心率和呼吸率的变化情况并以此反映运动行为和焦虑反应，从图表中可以发现：在激光打开后，小动物心率明显加快，激光关闭后，心率恢复，而对照组则前后均无明显变化。

 

 

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部分发表文献

 

1. Goswami, Dinesh G et al. “Dermal Exposure to Vesicating Nettle Agent Phosgene Oxime: Clinically Relevant Biomarkers and Skin Injury Progression in Murine Models.” The Journal of pharmacology and experimental therapeutics vol. 388,2 536-545. 17 Jan. 2024, doi:10.1124/jpet.123.001718

2. Gautam, Avishekh et al. “Necroptosis blockade prevents lung injury in severe influenza.” Nature, 10.1038/s41586-024-07265-8. 10 Apr. 2024, doi:10.1038/s41586-024-07265-8

3. Bassi, Marta et al. “Pharmaco-toxicological effects of the novel tryptamine hallucinogen 5- MeO-MiPT on motor, sensorimotor, physiological, and cardiorespiratory parameters in mice-from a human poisoning case to the preclinical evidence.” Psychopharmacology vol. 241,3 (2024): 489-511. doi:10.1007/s00213-024-06526-8

4. Hsieh, Hsin-Hua et al. “Imaging diabetic cardiomyopathy in a type 1 diabetic rat model using 18F-FEPPA PET.” Nuclear medicine and biology vol. 128-129 (2024): 108878. doi:10.1016/j.nucmedbio.2024.108878

5. Wardman, Jonathan H et al. “CSF hyperdynamics in rats mimicking the obesity and androgen excess characteristic of patients with idiopathic intracranial hypertension.” Fluids and barriers of the CNS vol. 21,1 10. 25 Jan. 2024, doi:10.1186/s12987-024-00511-1

6. Ouyang, Wei et al. “An implantable device for wireless monitoring of diverse physio behavioral characteristics in freely behaving small animals and interacting groups.” Neuron, S0896-6273(24)00153-3. 19 Mar. 2024, doi:10.1016/j.neuron.2024.02.020

7. Curran, Colleen S et al. “Anti-PD-L1 therapy altered inflammation but not survival in a lethal murine hepatitis virus-1 pneumonia model.” Frontiers in immunology vol. 14 1308358. 8 Jan. 2024, doi:10.3389/fimmu.2023.1308358

8. Liu, Chang et al. “Neuroinflammation increases oxygen extraction in a mouse model of Alzheimer's disease.” Alzheimer's research & therapy vol. 16,1 78. 10 Apr. 2024, doi:10.1186/s13195-024-01444-5

9. Huang, Peng et al. “NCP, a dual kappa and mu opioid receptor agonist, is a potent analgesic against inflammatory pain without reinforcing or aversive properties.” The Journal of pharmacology and experimental therapeutics, vol. 389,1 106–117. 26 Feb. 2024, doi:10.1124/jpet.123.001870

10. Shiraishi, Kazushige et al. “Airway epithelial cell identity and plasticity are constrained by Sox2 during lung homeostasis, tissue regeneration, and in human disease.” NPJ Regenerative medicine vol. 9,1 2. 5 Jan. 2024, doi:10.1038/s41536-023-00344-w

11. Kang, Sukjae J et al. “A pontomesencephalic PACAPergic pathway underlying panic-like behavioral and somatic symptoms in mice.” Nature neuroscience vol. 27,1 (2024): 90-101. doi:10.1038/s41593-023-01504-3

12. Hsu, Li-Ming et al. “Intrinsic Functional Connectivity between the Anterior Insular and Retrosplenial Cortex as a Moderator and Consequence of Cocaine Self-Administration in Rats.” The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience vol. 44,7 e1452232023. 14 Feb. 2024, doi:10.1523/JNEUROSCI.1452-23.2023

13. Wang, Hao et al. “A molecularly defined amygdala-independent tetra-synaptic forebrainto-hindbrain pathway for odor-driven innate fear and anxiety.” Nature neuroscience vol. 27,3 (2024): 514-526. doi:10.1038/s41593-023-01562-7

14. McKelvey, Michael et al. “IL-10 Counteracts IFN-γ to Alleviate Acute Lung Injury in a ViralBacterial Superinfection Model.” American journal of respiratory cell and molecular biology, 10.1165/rcmb.2023-0437OC. 4 Apr. 2024, doi:10.1165/rcmb.2023-0437OC

15. Chen, Gui-Lan et al. “Mechanosensitive channels TMEM63A and TMEM63B mediate lung inflation-induced surfactant secretion.” The Journal of clinical investigation vol. 134,5 e174508. 21 Dec. 2024, doi:10.1172/JCI174508

16. Balzulat, Annika et al. “Discovery of a Small Molecule Activator of Slack (Kcnt1) Potassium Channels That Significantly Reduces Scratching in Mouse Models of HistamineIndependent and Chronic Itch.” Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany), e2307237. 13 Feb.2024, doi:10.1002/advs.202307237

17. Dong, Ruihua et al. “Stretchable, Self-Rolled, Microfluidic Electronics Enable Conformable Neural Interfaces of Brain and Vagus Neuromodulation.” ACS nano vol. 18,2 (2024): 1702- 1713.doi:10.1021/acsnano.3c10028

18. Iring, András et al. “Blood oxygen regulation via P2Y12R expressed in the carotid body.” Respiratory research vol. 25,1 61. 27 Jan. 2024, doi:10.1186/s12931-024-02680-x

 

 

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