Starr MouseOx | 小動(dòng)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(huì)越來越頻繁，因此人類社會(huì)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(zhǎng)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(duì)病毒引發(fā)的免疫代謝反應(yīng)的影響，以及其對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)（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(duì)比圖

文章中為準(zhǔn)確測(cè)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(cè)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(cè)設(shè)計(jì)的專業(yè)設(shè)備，可針對(duì)清醒或麻醉動(dòng)物同時(shí)無創(chuàng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)多種生理參數(shù)。

大小鼠脈搏血氧測(cè)定的技術(shù)發(fā)展

大小鼠測(cè)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(cè)量嚙齒類動(dòng)物的生理指標(biāo)。

其中脈搏血氧的測(cè)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(cè)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(cè)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(píng)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(cè)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(cè)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(cè)的儀器。研究人員可通過僅使用一個(gè)傳感器無創(chuàng)的測(cè)量小動(dòng)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(duì)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(zhǎng)660nm的紅光和940nm的紅外光，Hb和HbO2在這兩種特定的光場(chǎng)下有不同吸收光譜，通過光電傳感器探測(cè)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(duì)血管都會(huì)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(duì)大小鼠的脈搏血氧監(jiān)測(cè)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(duì)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(duì)相關(guān)光信號(hào)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(hào)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(cè)麻醉狀態(tài)下動(dòng)物的體溫。

硬件系統(tǒng)

MouseOx Plus信號(hào)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(hào)測(cè)量，適用于多種動(dòng)物，可高精度測(cè)量各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

主要特點(diǎn)

1.支持麻醉和清醒測(cè)量

專有波形優(yōu)化算法，針對(duì)麻醉和清醒狀態(tài)的動(dòng)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(cè)動(dòng)物生理信號(hào)

2. 無創(chuàng)測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)動(dòng)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(dòng)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(hào)輸出擴(kuò)展

通過選配模擬信號(hào)輸出模塊，即可將原始模擬信號(hào)輸出，可以搭配各種生理信號(hào)記錄儀，或其他支持模擬信號(hào)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(cè)量，軟件具有專有波形優(yōu)化算法，針對(duì)麻醉和清醒狀態(tài)的動(dòng)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(cè)動(dòng)物生理信號(hào)

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，可為事件添加標(biāo)記，軟件自動(dòng)繪制曲線圖，清晰展示生理參數(shù)隨時(shí)間變化趨勢(shì)，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(hào)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(hào)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(duì)清醒狀態(tài)下的動(dòng)物進(jìn)行監(jiān)測(cè)而不干擾其自由活動(dòng)；針對(duì)小鼠的喉部或頸部實(shí)驗(yàn)，可以使用腿夾進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(dòng)物防止傳感器過緊或過松造成動(dòng)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(dòng)物設(shè)計(jì)的無創(chuàng)生命體征監(jiān)測(cè)專利(專利號(hào)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(dòng)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(píng)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(cè)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(píng)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(cè)量大小鼠的動(dòng)脈血氧飽和度，并通過相關(guān)計(jì)算對(duì)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(duì)代謝的初步研究結(jié)果。

案例2

JWH-018對(duì)清醒和自由運(yùn)動(dòng)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(duì)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(duì)其作用的影響。研究發(fā)現(xiàn)，所有測(cè)試的抗心律失常藥物均降低了JWH-018引起的心動(dòng)過速和心動(dòng)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(dòng)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?？剐穆墒СＫ幬锇⒚兹海?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(cè)量清醒狀態(tài)下動(dòng)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(duì)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(duì)于如何將內(nèi)部狀態(tài)轉(zhuǎn)化為對(duì)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(dòng)物對(duì)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(chǎng)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(dòng)物的運(yùn)動(dòng)行為和焦慮反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)中，MouseOx Plus小動(dòng)物脈搏血氧儀監(jiān)測(cè)了vMT活動(dòng)狀態(tài)下，給予動(dòng)物激光刺激前后小動(dòng)物心率的心率和呼吸率的變化情況并以此反映運(yùn)動(dòng)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(dòng)物心率明顯加快，激光關(guān)閉后，心率恢復(fù)，而對(duì)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