Starr MouseOx | 小動物脈搏血氧儀無創(chuàng)監(jiān)護(hù)大小鼠生命體征，助力流行病治療研究新進(jìn)展

21世紀(jì)迄今為止已經(jīng)出現(xiàn)了包括COVID-19在內(nèi)的十多種新型病毒大流行，由于這些新型流行病病毒的出現(xiàn)預(yù)計(jì)會越來越頻繁，因此人類社會急需制定相關(guān)的戰(zhàn)略方針，以開發(fā)可在未來流行病中立即使用的廣泛有效的治療方法。

如果一種治療方法，能夠同時(shí)作用于病毒和免疫介導(dǎo)的病理反應(yīng)、延長病理癥狀出現(xiàn)后的治療窗口期并且降低耐藥反應(yīng)，那么這種治療方法將不僅有助于疾病的治療，還有利于病人治療后健康的恢復(fù)。

來自香港大學(xué)的袁碩峰教授團(tuán)隊(duì)2024年2月在Nature Communications最新發(fā)表了文章PMI-controlled mannose metabolism and glycosylation determines tissue tolerance and virus fitness，研究了D-甘露糖代謝對病毒引發(fā)的免疫代謝反應(yīng)的影響，以及其對組織損傷的緩解，發(fā)現(xiàn)D-甘露糖的代謝重編程可以抑制病毒誘導(dǎo)的炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生。

文章重點(diǎn)研究了D-甘露糖代謝對H1N1和SARS-CoV-2等病毒引發(fā)的免疫代謝反應(yīng)的影響，以及其對組織損傷的緩解。經(jīng)團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，D-甘露糖的代謝重編程可以抑制病毒誘導(dǎo)的炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生。D-甘露糖和抗病毒單藥療法的聯(lián)合治療在病毒感染模型中具有體內(nèi)協(xié)同作用，盡管抗病毒治療有所延遲。研究表明，PMI（磷酸甘露糖抑制酶）活性決定了D-甘露糖的有益效果，PMI抑制劑通過影響宿主和病毒表面蛋白的糖基化來抑制多種病毒復(fù)制。然而，D-甘露糖并不抑制PMI活性或病毒適應(yīng)性。綜合研究，PMI中心的治療策略可以清除病毒感染，而D-甘露糖治療可以重新編程糖酵解以控制附帶損害。

文獻(xiàn)為了進(jìn)一步研究除病毒負(fù)荷外宿主健康的關(guān)鍵決定因素，即病毒感染誘導(dǎo)的組織損傷耐受性，對用PBS或甘露糖治療的H1N1感染小鼠進(jìn)行了生命體征監(jiān)測（脈搏幅度、血氧飽和度、呼吸頻率和心率）發(fā)現(xiàn)甘露糖處理的小鼠脈搏幅度和血氧飽和度明顯好于PBS處理的小鼠。

圖1：不同實(shí)驗(yàn)組血氧、心率、呼吸率、脈搏幅度對比圖

文章中為準(zhǔn)確測量小鼠的血氧值、心率和呼吸頻率，作者團(tuán)隊(duì)使用了來自美國Starr Life Sciences公司的MouseOx Plus脈搏血氧儀測定相關(guān)參數(shù)。MouseOx Plus是專為大小鼠無創(chuàng)脈搏血氧監(jiān)測設(shè)計(jì)的專業(yè)設(shè)備，可針對清醒或麻醉動物同時(shí)無創(chuàng)長期監(jiān)測多種生理參數(shù)。

大小鼠脈搏血氧測定的技術(shù)發(fā)展

大小鼠測定脈搏血氧的技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域具有悠久的歷史。自從上世紀(jì)末生物醫(yī)學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展以來，科學(xué)家們就開始探索如何通過非侵入性方式精確測量嚙齒類動物的生理指標(biāo)。

其中脈搏血氧的測定便是關(guān)鍵一環(huán)，起初受限于技術(shù)條件和設(shè)備精度，脈搏血氧的測量往往不夠準(zhǔn)確，但隨著光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是近紅外光譜技術(shù)的引入，大小鼠脈搏血氧的測定逐漸變得精確可靠。如今，這一技術(shù)已廣泛應(yīng)用于心血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病以及藥物療效評估等研究領(lǐng)域，為科學(xué)家們提供了重要的實(shí)驗(yàn)手段和數(shù)據(jù)支持。

MouseOx Plus：專注于測定大小鼠脈搏血氧的監(jiān)護(hù)高手

MouseOx Plus是美國Starr Life Sciences公司研發(fā)的專門用于大小鼠脈搏血氧無創(chuàng)監(jiān)測的設(shè)備，距今已有將近20年的歷史，是市面上首款支持清醒大小鼠血氧監(jiān)測的儀器。研究人員可通過僅使用一個(gè)傳感器無創(chuàng)的測量小動物（幼鼠，小鼠，大鼠，豚鼠等）的血氧飽和度，脈搏頻率，呼吸頻率，脈搏幅度，呼吸幅度等參數(shù)。

儀器原理

很早的光譜學(xué)研究就證明Hb（血紅蛋白）和HbO2（氧合血紅蛋白）對紅外光 (940nm) 及紅光 (660nm) 的吸收作用不同。HbO2吸收更多紅外光，允許紅光通過；Hb吸收更多紅光，允許紅外光通過。

通過利用這種特性，傳感器探頭發(fā)出波長660nm的紅光和940nm的紅外光，Hb和HbO2在這兩種特定的光場下有不同吸收光譜，通過光電傳感器探測到的光吸收情況就可以換算出氧合血紅蛋白的飽和度，這就是脈搏血氧儀的基本原理。

由于呼吸和心跳對血管都會造成微小的影響，而大小鼠的心率可達(dá)400-600bpm，且呼吸頻率也遠(yuǎn)高于人體，故而針對大小鼠的脈搏血氧監(jiān)測需要更為靈敏的傳感器以及特定的算法。Starr Life Sciences公司的MouseOx Plus脈搏血氧儀通過20年的產(chǎn)品研發(fā)以及技術(shù)優(yōu)化，特別針對大小鼠高心率、高呼吸頻率的特點(diǎn)，不斷更新優(yōu)化旗下產(chǎn)品，通過對相關(guān)光信號的分析，除了可得到準(zhǔn)確的脈搏血氧飽和度這一指標(biāo)，還可以得到更多的生理信號參數(shù)，例如脈搏頻率，呼吸頻率，脈搏幅度，呼吸幅度等，通過額外增加一個(gè)溫度探頭，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測麻醉狀態(tài)下動物的體溫。

硬件系統(tǒng)

MouseOx Plus信號采集主機(jī)盒是系統(tǒng)的核心，通過搭配不同的線纜和傳感器，實(shí)現(xiàn)多種不同狀態(tài)和實(shí)驗(yàn)條件下的生理信號測量，適用于多種動物，可高精度測量各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

主要特點(diǎn)

1.支持麻醉和清醒測量

專有波形優(yōu)化算法，針對麻醉和清醒狀態(tài)的動物獨(dú)立優(yōu)化，無論是清醒狀態(tài)還是麻醉狀態(tài)，特殊的傳感器和軟件模塊都可持續(xù)監(jiān)測動物生理信號

2. 無創(chuàng)測量最多可達(dá)7個(gè)參數(shù)

通過1個(gè)脈搏血氧探頭即可測量多達(dá)6個(gè)生理參數(shù)包括：血氧飽和度，脈搏頻率，呼吸頻率， 脈搏幅度，呼吸幅度。通過1個(gè)額外的溫度探頭還可測量肛溫，無需侵入性手術(shù)操作，減少實(shí)驗(yàn)工作量，同時(shí)減少對動物的傷害

3. 多通道擴(kuò)展功能

只需要增配Multiplexer多通道擴(kuò)展盒，即可最多拓展至16通道，單個(gè)MouseOx Plus主機(jī)即可多只動物同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，大大提高實(shí)驗(yàn)效率

4.模擬信號輸出擴(kuò)展

通過選配模擬信號輸出模塊，即可將原始模擬信號輸出，可以搭配各種生理信號記錄儀，或其他支持模擬信號輸入的硬件，進(jìn)行更加復(fù)雜，更加個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)

配套軟件

MouseOx Plus配套軟件可實(shí)現(xiàn)麻醉和清醒測量，軟件具有專有波形優(yōu)化算法，針對麻醉和清醒狀態(tài)的動物獨(dú)立優(yōu)化，無論是清醒狀態(tài)還是麻醉狀態(tài)，特殊的傳感器和軟件模塊都可持續(xù)監(jiān)測動物生理信號

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，可為事件添加標(biāo)記，軟件自動繪制曲線圖，清晰展示生理參數(shù)隨時(shí)間變化趨勢，可回放查看采集數(shù)據(jù)，軟件可將數(shù)據(jù)記錄為專用格式的數(shù)據(jù)，可在軟件內(nèi)回放查看，所有記錄的生理信號及其他軟件可記錄的數(shù)據(jù)都可快捷展示、篩選，并提供多種可自定義的導(dǎo)出選項(xiàng)。所有信號和事件等數(shù)據(jù)可導(dǎo)出為CSV格式，與SPSS、Excel等多種流行的第三方軟件兼容。

多種傳感器

MouseOx Plus脈搏血氧儀可搭配多種不同類型，不同尺寸的傳感器，用于不同條件下的實(shí)驗(yàn)。

例如：可以使用頸夾對清醒狀態(tài)下的動物進(jìn)行監(jiān)測而不干擾其自由活動；針對小鼠的喉部或頸部實(shí)驗(yàn)，可以使用腿夾進(jìn)行監(jiān)測而不影響實(shí)驗(yàn)操作，不同尺寸的傳感器可適用于不同重量的動物防止傳感器過緊或過松造成動物傷害或傳感器脫落。

可選擇的傳感器包括：頸夾、喉夾、腿夾、足夾、爪夾；還可以選配溫度傳感器和核磁兼容傳感器。

關(guān)于STARR

美國STARR公司生產(chǎn)的MouseOx Plus脈搏血氧儀是世界上第一個(gè)也是唯一一個(gè)專為小鼠、大鼠和其他小型實(shí)驗(yàn)動物設(shè)計(jì)的無創(chuàng)生命體征監(jiān)測專利(專利號8,005,624)。MouseOx Plus在全球范圍內(nèi)被來自大學(xué)、制藥公司和研究機(jī)構(gòu)的數(shù)千名研究人員使用，已發(fā)表上千篇SCI文獻(xiàn)。

玉研儀器致力于打造動物科研儀器領(lǐng)域最專業(yè)的百科全書，已與STARR公司建立了深度的合作關(guān)系，擁有極為成熟的STARR產(chǎn)品售前售后全流程服務(wù)體系，為中國地區(qū)用戶提供更全面、更深度、更專業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)支持。

更多案例

案例1

使用多模態(tài)近紅外光譜和MRI來定量氧氣代謝率:一項(xiàng)低溫驗(yàn)證研究

本文介紹了一種結(jié)合近紅外光譜(NIRS)和核磁共振成像(MRI)來評估活體小鼠和大鼠大腦中代謝相關(guān)指標(biāo)的新方法，如腦氧攝取率(CMRO2)、腦血流量(CBF)和氧提取分?jǐn)?shù)(OEF)。這種方法可以應(yīng)用于研究患者的大腦代謝和許多鼠/鼠模型中的腦疾病。

在低溫下，作者團(tuán)隊(duì)在小鼠和大鼠的大腦皮質(zhì)中分別檢測到CMRO2的顯著下降37%和32%。在小鼠中，Q10被計(jì)算為3.2，在大鼠中為2.7。在這項(xiàng)研究中，證明了通過將NIRS與MRI結(jié)合使用，可以在小鼠和大鼠的活體大腦中非侵入性地評估代謝相關(guān)指標(biāo)，如CMRO2、CBF和OEF。這將為研究患者的大腦代謝和許多鼠/鼠模型中的腦疾病打開新的可能性。

文獻(xiàn)使用MouseOx Plus系統(tǒng)并搭配核磁兼容型的脈搏血氧傳感器，測量大小鼠的動脈血氧飽和度，并通過相關(guān)計(jì)算對腦氧攝取率(CMRO2)、腦血流量(CBF)和氧提取分?jǐn)?shù)(OEF)等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，從而得出對代謝的初步研究結(jié)果。

案例2

JWH-018對清醒和自由運(yùn)動小鼠的急性心血管和心肺作用:作用機(jī)制和可能的解毒干預(yù)

本文研究了JWH-018對心血管和呼吸系統(tǒng)的影響，以及抗心律失常藥、鈣通道阻滯劑、抗膽堿藥和β-阻滯劑等藥物對其作用的影響。研究發(fā)現(xiàn)，所有測試的抗心律失常藥物均降低了JWH-018引起的心動過速和心動過速事件的發(fā)生，并改善了呼吸功能。只有抗膽堿藥阿托品完全恢復(fù)了JWH-018引起的心動過緩和脈壓，這是唯一一個(gè)能夠逆轉(zhuǎn)JWH-018引起的血管收縮的抗心律失常藥物。抗心律失常藥物阿米三嗪（5毫克/千克）可以逆轉(zhuǎn)JWH-018引起的呼吸率降低。

文獻(xiàn)使用MouseOx Plus測量清醒狀態(tài)下動物的心率、脈搏幅度、呼吸率和血氧參數(shù)，并以此為核心指標(biāo)，分析了各種藥物的急性心血管和心肺作用，并得出藥物間的不同藥理作用的區(qū)別。

案例3

丘腦中線環(huán)路決定對視覺威脅的反應(yīng)

腹側(cè)中線丘腦（vMT）、劍突核（Xi）和核重聚（Re）的核是控制視覺威脅行為反應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵中樞。在文章中，作者重點(diǎn)研究了vMT對于如何將內(nèi)部狀態(tài)轉(zhuǎn)化為對感知到的威脅的相反類別的行為反應(yīng)。

在研究中，使用光遺傳學(xué)技術(shù)激活小鼠背側(cè)被蓋區(qū)（vMT），發(fā)現(xiàn)激活vMT后小鼠的尾巴顫抖和跑步行為增加，而凍結(jié)和隱藏行為減少。這表明vMT的激活可能與動物對威脅的反應(yīng)有關(guān)。此外，研究發(fā)現(xiàn)激活vMT后，小鼠在開放場地中更頻繁地奔跑，而在避難所中則更少。這些結(jié)果表明，激活vMT可能影響動物的運(yùn)動行為和焦慮反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)中，MouseOx Plus小動物脈搏血氧儀監(jiān)測了vMT活動狀態(tài)下，給予動物激光刺激前后小動物心率的心率和呼吸率的變化情況并以此反映運(yùn)動行為和焦慮反應(yīng)，從圖表中可以發(fā)現(xiàn)：在激光打開后，小動物心率明顯加快，激光關(guān)閉后，心率恢復(fù)，而對照組則前后均無明顯變化。

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拓展閱讀

1. Wei, Zhiliang et al. “Toward accurate cerebral blood flow estimation in mice after accounting for anesthesia.” Frontiers in physiology vol. 14 1169622. 12 Apr. 2023, doi:10.3389/fphys.2023.1169622

2. Marchetti, Beatrice et al. “Acute Cardiovascular and Cardiorespiratory Effects of JWH-018 in Awake and Freely Moving Mice: Mechanism of Action and Possible Antidotal Interventions?.” International journal of molecular sciences vol. 24,8 7515. 19 Apr. 2023, doi:10.3390/ijms24087515

3. Hashem, Mada et al. “The relationship between cytochrome c oxidase, CBF and CMRO2 in mouse cortex: A NIRS-MRI study.” Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism vol. 43,8 (2023): 1351-1364. doi:10.1177/0271678X231165842

4. Doyle, Michelle R et al. “Strain and sex-related behavioral variability of oxycodone dependence in rats.” Neuropharmacology vol. 237 (2023): 109635. doi:10.1016/j.neuropharm.2023.109635

5. Fish, Brian L et al. “IPW-5371 mitigates the delayed effects of acute radiation exposure in WAG/RijCmcr rats when started 15 days after PBI with bone marrow sparing.” International journal of radiation biology vol. 99,7 (2023): 1119-1129. doi:10.1080/09553002.2023.2173825

6. Liu, Yanqiu et al. “Hypoxic White Matter Injury and Recovery After Reoxygenation in Adult Mice: Magnetic Resonance Imaging Findings and Histological Studies.” Cellular and molecular neurobiology vol. 43,5 (2023): 2273-2288. doi:10.1007/s10571-022-01305-5