Preclinical epilepsy-related research with InnoSer  

Broadly speaking, epilepsy is a large spectrum of distinct epileptic syndromes that differ in their etiologies, mechanisms, pathophysiological processes, associated comorbidities, and response profile to available therapies. Out of these epilepsy syndromes, approximately 30% of epilepsies are estimated to have a genetic etiology; examples of which are developmental and epileptic encephalopathies (DEE) such as Dravet syndrome, Rett syndrome, STXBP1 infantile encephalopathy and many other syndromes. The genetic etiology of epileptic syndromes opens up the avenue toward disease-modifying anti-epileptogenic therapies, offering patients with possibility of curative treatments. 

The goal of preclinical epilepsy research is to advance laboratory findings towards clinical application by testing putative treatments in animal models with relevant genetic mutations associated with a given epilepsy syndrome. However, to ensure that preclinical discoveries are reliably translated to the clinic, it is imperative that preclinical research needs to be performed under standardized conditions with well-established mouse models with clear epilepsy-related abnormalities in the EEG. Performing efficacy studies requires validated mouse models of epilepsy, standardized experimental protocols, access to multiple technologies and behavioral testing protocols. 

In this regard, partnering up with a specialized epilepsy preclinical contract research organization (CRO), may help you accelerate your novel anti-epileptic therapy to the clinic with confidence. Continue reading this blog post to learn more about the advantages of partnering up with InnoSer for your preclinical epilepsy research. In this blog post, we outline InnoSer’s epilepsy capabilities with InnoSer’s epileptic encephalopathy Stxbp1 mouse model serving as an example epilepsy model. 

InnoSer’s präklinische Forschungsmodelle zur Epilepsie

Preclinical epilepsy research models provide important insights on disease mechanisms, and most importantly therapy targets and efficacy and safety profiles of novel candidate treatments for epilepsies and seizures. A suitable mouse model of epilepsy should replicate the etiology of human disease, exhibit similar disease phenotype as in humans, and can be used to test efficacy treatments i.e., they should respond to currently available gold-standard anti-epileptic compounds. 

InnoSer offers specialized epilepsy preclinical research services using a unique Stxbp1+/- mouse. In this model, the loss of function of the Stxbp1 protein (also known as Munc 18-1) recapitulates several key disease characteristics observed in epileptic encephalopathy patients, including epileptic-like activity, cognitive impairments and behavioral disturbances, such as anxiety and hyperactivity. To read more about the Stxbp1 mouse model, visit our Stxbp1 mouse model overview page or download a comprehensive model leaflet here. Stxbp1 mouse model characteristics have been extensively characterized, peer-reviewed, and published (Kovacevic et al. 2018). 

Our experience in modeling epilepsy, however, extends beyond this model, and we offer many relevant readouts (breeding, EEG, video scoring of seizures, behavior) that can be applied to other epilepsy-related models. The same platform can be used for other indications such as Dravet (using an Scn1a model), Rett syndrome (Mecp2 model), Tuberous sclerosis (Tsc1 model) Angelman syndrome (Ube3a model) and others. If you’re interested in other mouse models, please contact InnoSer’s neurology team by submitting your request here.  

Zucht und Haltung von präklinischen Epilepsie-Forschungsmodellen bei InnoSer

InnoSer has the capacity to breed and house mouse models of epilepsy either for your research or alternatively before performing efficacy research at InnoSer. InnoSer’s strategic location in the heart of Europe in Belgium allows us to breed and maintain your specific mouse colonies and ship them out to your facilities before you commence research. This in turn helps you save maintenance costs associated with breeding and housing mouse colonies. Breeding and housing epilepsy mouse research models at InnoSer also allows us to start prophylactic treatments, which can start as early as post-natal day 1 (PND1), which can prove to be especially useful when you’re working with gene therapy treatments. Mice are housed in SPF facilities, according to the FELASA 2014 guideline recommendations. Read more about InnoSer’s standards and housing capabilities here.  

Die Elektroenzephalographie (EEG) als in hohem Maße übertragbares Messverfahren in Mausmodellen für Epilepsie

Electroencephalography (EEG) is the main tool used to clinically diagnose seizures and epilepsy – also commonly used in rodent disease models of epilepsy. The use of clinically relevant readouts in preclinical research – such as EEG – is highly encouraged as this can help increase your confidence in your test compound’s efficacy profile, accelerating its way to the clinic and patients. By implanting electrodes superficially on the cortex of mice, intracranial EEG is performed in freely moving mice to record epileptic and epileptic-like events from the brain.  

Wie beim Menschen werden epilepsieähnliche Ereignisse und Anfälle in der Regel mithilfe einer Kombination aus EEG und Verhaltensanzeichen wie Krämpfen oder myoklonischen Zuckungen erkannt und klassifiziert. Bei InnoSer nutzen wir eine Kombination aus EEG, einer rund um die Uhr stattfindenden Videoüberwachung in automatisierten Heimkäfigen und Beschleunigungsmessung, um das Wirksamkeitsprofil neuartiger antiepileptischer Therapien zu charakterisieren (Abbildung 1). Die Überwachung im Käfig ermöglicht es uns, das ungezwungene Verhalten von Mäusen kontinuierlich zu bewerten; sowohl die kontinuierliche Videoaufzeichnung als auch die Verfolgung der Tierbewegungen bieten Möglichkeiten zur zuverlässigen, nicht-invasiven Erkennung epilepsieähnlicher Aktivität.  

ABBILDUNG 1. Versuchsaufbau zur Aufzeichnung epilepsieähnlicher Aktivität in Mausmodellen für Epilepsie. (A) Die neuronale Aktivität wird mithilfe eines drahtlosen EEG-Rekorders mit integriertem Beschleunigungssensor gemessen. Die Mäuse können in einem automatisierten Heimkäfig aufgezeichnet werden (PhenoTyperTM), der gleichzeitig Bewegungen nach epileptischen Ereignissen wie Spike-Wave-Entladungen (SWDs) im Stxbp1 +/- -Mausmodell. (B–D) EEG-Signal, Beschleunigungsmesserdaten und Videoaufnahmen einer Stxbp1+/--Maus bestätigen den epilepsieähnlichen Phänotyp bei Stxbp1+/-. (B) SWDs werden zu beobachten , wenn sich die Maus in Ruhe befindet (C) Auf SWDs können ruckartige Bewegungen wie beispielsweise ein Zucken, das mit einem Beschleunigungsmesser und einer Videoaufzeichnung erfasst wurde. (D) SWDs sind auch erkennbar, wenn sich die Maus bewegt.   

Das Stxbp1-+/--Mausmodell zeigt im EEG epilepsieähnliche Aktivität (SWDs) sowie Muskelzuckungen, die im EMG und/oder bei kontinuierlichen Videoaufzeichnungen festgestellt werden. Epilepsieähnliche Aktivität tritt im Stxbp1 Mausmodells, was bedeutet, dass neue Therapien entweder prophylaktisch oder symptomatisch sein können. Darüber hinaus eine ständige epilep-bezogene Aktivität, was Längsschnittstudien ermöglicht, die insbesondere für die Bewertung krankheitsmodifizierender Medikamente von Bedeutung sein können (Abbildung 2). Darüber hinausist in diesem Modell die epileptische Aktivität mit einer erhöhten Expression des neuronalen Markers c-Fos korreliert (Kovacevic et al. 2018).  Das klinisch eingesetzte Antiepileptikum (AED) Levetiracetam sowie Lamotrigin reduzieren die epilepsieähnliche Aktivität im EEG 1 (Abbildung 3), was den Einsatz dieses Mausmodells für Wirksamkeitstests in Verbindung mit den ausgewählten Positivkontrollverbindungen bestätigt. 

ABBILDUNG 2. Stxbp1-+/--Mäuse im Alter von 16 Wochen bis 20 Wochen , weisen einen stabilen epilepsieähnlichen Phänotyp auf. Durchschnittliche Häufigkeit von SWDs pro Stunde bei den Stxbp1 +/- -Mäusen, ermittelt über einen Zeitraum von mehreren Wochen (MITTELWERT ± SEM).   

FIGURE 3. The epilepsy-like phenotype in Stxbp1 +/- mice is suppressed with standard care AEDs Levetiracetam and Lamotrigine. Average frequency of detected SWDs during 6 hours of video recording following administration of saline, Levetiracetam (50 mg/kg, i.p,) and Lamotrigine (50 mg/kg, i.p.) (**P<0.01 saline vs Levetiracetam; ***P<0.001 saline vs Lamotrigine).  

Behavioral research of mouse models of epilepsy 

Epilepsy is a spectrum of disorders that are not only characterized by spontaneous and recurrent seizures, but also cognitive, social and behavioral deficits such as those observed in multiple epileptic encephalopathy syndromes. Therefore, preclinical research should be carried out in mouse models whereby relevant behavioral deficits can be observed to enhance the translational value of such study types. To learn more about InnoSer’s behavioral testing expertise, please visit our behavioral tests webpage overview here.  

Das Stxbp1-Mausmodell bildet mehrere wichtige Krankheitsmerkmale nach, die bei Patienten beobachtet werden, darunter epilepsieähnliche Aktivität, kognitive Beeinträchtigungen und Verhaltensstörungen wie Angstzustände und Hyperaktivität (Abbildung 4). Darüber hinaus zeigt das Modell ausgeprägte und reproduzierbare kognitive Beeinträchtigungen sowie Verhaltensstörungen, was seine Eignung über die traditionelle Epilepsieforschung hinaus bestätigt, die sich ausschließlich auf EEG-bezogene Ergebnisse konzentriert.  

ABBILDUNG 4. Stxbp1+/- Mäuse ahmen die bei kognitiven Beeinträchtigungen beobachteten Symptome nach , die bei Epilepsiepatienten, die im Rahmen eines Angstkonditionierungstests nachgewiesen werden können. Bei der kontextuellen Angstkonditionierung lernen Mäuse, einen unkonditionierten Reiz mit einem aversiven Kontext zu verknüpfen. Die sogenannte Freezing-Reaktion der Maus wird wird , um zu beurteilen, inwieweit der unkonditionierte Reiz mit dem Kontext verknüpft wird. Dieser Test dient sowohl als Maß für Angst als auch für kognitive Funktionen (Lernen und Gedächtnis).  

PK/PD-Profilierung in Mausmodellen für Epilepsie 

Vor Beginn der Behandlung sollten PK/PD-Studien durchgeführt werden Beginn Wirksamkeitsstudien durchgeführt werden, um die richtigen Dosierungen Ihrer neuartigen Wirkstoffe zu ermitteln. Mit InnoSers integrierten pharmakologischen Plattform erhalten Sie Zugang zu verschiedenen pharmakologischen Dienstleistungen, die von der PK/PD-Charakterisierung über ADME/DMPK bis hin zur Biodistribution sowie der Toxikologie im Frühstadium, um das therapeutische Potenzial Ihres Antiepileptikums umfassend zu bewerten. Durch die Durchführung kombinierter PK/PD-Profilierungs- und Wirksamkeitsstudien bei InnoSer ist äußerst vorteilhaft , da Folgewirksamkeitsstudien zügig und mit hoher Kapazitäten zur Durchführung von Studien mit mehreren Behandlungsarmen, da wir über große hauseigene Zuchtkolonien verfügen, die Ihnen bei der Auswahl der optimale Wirkstoffkandidaten auszuwählen. Kontaktieren Sie uns hier, um weitere Informationen zur Durchführung pharmakologischer Studien zu erhalten.  

Designing the right study design for your epilepsy research  

As a preclinical epilepsy research CRO, InnoSer works with well-established validated mouse model of epilepsy, standardized data collection system, validated positive controls as well as with neurology experts who partner with you to provide a collaborative approach for your research. InnoSer partners with you to help you design your study based on our experience or alternatively offers you flexible starting times in case your study design is already finalized. Our study directors take a collaborative approach for your study, providing regular communications and updates, as well as guidance on future studies. InnoSer has capacity to work with multiple therapy types ranging from small molecule drugs, as well as working with platforms (e.g., RNA, ASOs, gene therapy approaches). Furthermore, InnoSer’s preclinical research services span beyond efficacy studies and also include general drug development services such as PK/PD profiling and early-stage toxicology studies. 

Interested in partnering with InnoSer for your preclinical epilepsy research? Do not hesitate to get into contact with one of our neurology study directors to discuss the possibilities of outsourcing your research to InnoSer. Submit your request still today by clicking here.