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

21世紀迄今為止已經(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)預計會越來越頻繁，因此人類社會急需制定相關的戰(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，能夠同時作用于病毒和免疫介導的病理反應、延長病理癥狀出現(xiàn)后的治療窗口期并且降低耐藥反應，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。

來自香港大學的袁碩峰教授團隊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的炎性細胞因子產(chǎn)生。

文章重點研究了D-甘露糖代謝對H1N1和SARS-CoV-2等病毒引發(fā)的免疫代謝反應的影響，以及其對組織損傷的緩解。經(jīng)團隊研究發(fā)現(xiàn)，D-甘露糖的代謝重編程可以抑制病毒誘導的炎性細胞因子產(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制。然而，D-甘露糖并不抑制PMI活性或病毒適應性。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。

文獻為了進一步研究除病毒負荷外宿主健康的關鍵決定因素，即病毒感染誘導的組織損傷耐受性，對用PBS或甘露糖治療的H1N1感染小鼠進行了生命體征監(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：不同實驗組血氧、心率、呼吸率、脈搏幅度對比圖

文章中為準確測量小鼠的血氧值、心率和呼吸頻率，作者團隊使用了來自美國Starr Life Sciences公司的MouseOx Plus脈搏血氧儀測定相關參數(shù)。MouseOx Plus是專為大小鼠無創(chuàng)脈搏血氧監(jiān)測設計的專業(yè)設備，可針對清醒或麻醉動物同時無創(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發(fā)展

大小鼠測定脈搏血氧的技術在生物醫(yī)學研究領域具有悠久的歷史。自從上世紀末生物醫(yī)學技術飛速發(fā)展以來，科學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。

其中脈搏血氧的測定便是關鍵一環(huán)，起初受限于技術條件和設備精度，脈搏血氧的測量往往不夠準確，但隨著光學技術的進步，特別是近紅外光譜技術的引入，大小鼠脈搏血氧的測定逐漸變得精確可靠。如今，這一技術已廣泛應用于心血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病以及藥物療效評估等研究領域，為科學家們提供了重要的實驗手段和數(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400-600bpm，且呼吸頻率也遠高于人體，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)以及技術優(yōu)化，特別針對大小鼠高心率、高呼吸頻率的特點，不斷更新優(yōu)化旗下產(chǎn)品，通過對相關光信號的分析，除了可得到準確的脈搏血氧飽和度這一指標，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，通過額外增加一個溫度探頭，還可以實時監(jiān)測麻醉狀態(tài)下動物的體溫。

硬件系統(tǒng)

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

主要特點

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7個參數(shù)

通過1個脈搏血氧探頭即可測量多達6個生理參數(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個額外的溫度探頭還可測量肛溫，無需侵入性手術操作，減少實驗工作量，同時減少對動物的傷害

3. 多通道擴展功能

只需要增配Multiplexer多通道擴展盒，即可最多拓展至16通道，單個MouseOx Plus主機即可多只動物同時進行實驗，大大提高實驗效率

4.模擬信號輸出擴展

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，進行更加復雜，更加個性化的實驗

配套軟件

MouseOx Plus配套軟件可實現(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)實時顯示，可為事件添加標記，軟件自動繪制曲線圖，清晰展示生理參數(shù)隨時間變化趨勢，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出選項。所有信號和事件等數(shù)據(jù)可導出為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驗。

例如：可以使用頸夾對清醒狀態(tài)下的動物進行監(jiān)測而不干擾其自由活動；針對小鼠的喉部或頸部實驗，可以使用腿夾進行監(jiān)測而不影響實驗操作，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也是唯一一個專為小鼠、大鼠和其他小型實驗動物設計的無創(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、制藥公司和研究機構的數(shù)千名研究人員使用，已發(fā)表上千篇SCI文獻。

玉研儀器致力于打造動物科研儀器領域最專業(yè)的百科全書，已與STARR公司建立了深度的合作關系，擁有極為成熟的STARR產(chǎn)品售前售后全流程服務體系，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:一項低溫驗證研究

本文介紹了一種結合近紅外光譜(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指標的新方法，如腦氧攝取率(CMRO2)、腦血流量(CBF)和氧提取分數(shù)(OEF)。這種方法可以應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，作者團隊在小鼠和大鼠的大腦皮質中分別檢測到CMRO2的顯著下降37%和32%。在小鼠中，Q10被計算為3.2，在大鼠中為2.7。在這項研究中，證明了通過將NIRS與MRI結合使用，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指標，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，并通過相關計算對腦氧攝取率(CMRO2)、腦血流量(CBF)和氧提取分數(shù)(OEF)等指標進行計算，從而得出對代謝的初步研究結果。

案例2

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

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了JWH-018引起的心動過緩和脈壓，這是唯一一個能夠逆轉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JWH-018引起的呼吸率降低。

文獻使用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，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

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

在研究中，使用光遺傳學技術激活小鼠背側被蓋區(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有關。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。這些結果表明，激活vMT可能影響動物的運動行為和焦慮反應。

實驗中，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動行為和焦慮反應，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，激光關閉后，心率恢復，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