Methodenartikel

Verfolgung individueller Laufmetriken bei Mäusen mithilfe eines freiwilligen Radlaufprotokolls, das die soziale Isolation minimiert

DOI:

10.3791/67960

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18. April 2025

 ,  ,  , 
1Department of Biological & Biomedical Sciences, College of Science & Mathematics, Rowan University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dieses Protokoll beschreibt ein effektives freiwilliges Radlaufmodell, das in verschiedenen Forschungskontexten implementiert werden kann. Im Gegensatz zu anderen freiwillig laufenden Modellen vermeidet diese Methode ein Isolationsgehäuse, während die Laufmetriken in einzelnen Mäusen verfolgt werden.

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Voluntary wheel running (VWR) bei Nagetieren wird verwendet, um Leistung und Ausdauer zu bewerten und Bewegung zu simulieren. Im Gegensatz zu anderen Übungsparadigmen, die einen aversiven Reiz erfordern, um aktive Bewegung zu induzieren, ist das Radfahren freiwillig. VWR besteht in der Regel darin, ein Laufrad in den Heimkäfig der Maus zu platzieren. Die Analyse von Trainingsparametern kann jedoch in der Regel nur durchgeführt werden, wenn Mäuse einzeln untergebracht werden, während Gesamteffekte im Käfig berichtet werden können, wenn Mäuse in Gruppen untergebracht sind. Daher zwingen die aktuellen Modelle die Experimentatoren vor die Wahl zwischen der Messung einzelner Trainingsparameter bei einstöckigen Mäusen oder der Messung von Gruppeneffekten bei Mäusen in Gruppenhaltung; Je nach Forschungsfrage und Modell kann dies einschränkend sein.

Daher ist das Ziel dieser Methode, ein Protokoll zu demonstrieren, das VWR in einem Mausmodell bewertet, indem Laufparameter in einzelnen Mäusen mit minimaler Isolierung quantifiziert werden. Wir berichten über das Gerätedesign, die präoperativen Vorbereitungen und den Versuchsaufbau. Die Ergebnisse eines 6-wöchigen Trainingsprotokolls mit diesem VWR-Modell deuten darauf hin, dass es einen ausreichenden Stimulus bietet, um das Gedächtnis für die räumliche Objekterkennung zu erhöhen, vergleichbar mit dem klinischen Effekt von Bewegung. Dieses einfache und kostengünstige Modell erleichtert die Untersuchung der Wirkung von VWR auf mehrere Messungen der Radaktivität und minimiert Faktoren, die die experimentellen Ergebnisse einschränken oder beeinflussen könnten.

Einleitung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bewegung wirkt sich positiv auf die physiologische und psychologische Gesundheit aus und kann die Pathophysiologie zahlreicher Krankheiten verbessern1. Körperliche Aktivität ist entscheidend für die Gesundheitsspanne, und die Weltgesundheitsorganisation (WHO) berichtete im Jahr 2020, dass zunehmende körperliche Aktivität das Risiko für zahlreiche Krankheiten, einschließlich psychischer Störungen, verringert2. Zusätzlich zur Vorbeugung von Krankheiten kann Bewegung die Gehirnfunktion verbessern, indem sie die Durchblutung stimuliert3, die Neurogenese induziert, insbesondere im Hippocampus4, einer Schlüsselregion des Gehirns für Lernen und Gedächtnis, die hormonelle Regulation5, und die synaptische Plastizität durch Erhöhung des vom Gehirn abgeleiteten neurotrophen Faktors6. Durch diese Mechanismen kann Bewegung die kognitive Funktion und das Gedächtnis verbessern7,8,9. Zusätzliche neurobiologische Mechanismen, die durch Bewegung gefördert werden, unterstützen die psychische Gesundheit, einschließlich der Endorphinfreisetzung10, der Cortisolreduktion11, der verbesserten Schlafqualität12 und der Hemmung der Neuroinflammation13. Wir haben bisher
Es wurde gezeigt, dass freiwillige Bewegung die Widerstandsfähigkeit gegenüber chronischem Stress und angstähnlichem Verhalten bei männlichen und weiblichen Mäusen fördern kann14. Die Evidenz dafür, dass körperliche Aktivität die Ergebnisse bei Krankheiten verbessert, kombiniert mit der Förderung der psychischen Gesundheit, unterstreicht die Notwendigkeit von Strategien zur Förderung körperlicher Aktivität, einschließlich eines besseren Verständnisses des präventiven und therapeutischen Potenzials von Bewegung.

Eine Methode, um die Auswirkungen von Bewegung auf die biologische Funktion zu untersuchen, ist die Verwendung von Nagetiermodellen für Bewegung. Diese Modelle sind wirksam bei der Erhöhung des Herzzeitvolumens und der Induktion der Laktatproduktion auf verschiedenen Ebenen, abhängig von der Intensität und Häufigkeit des Trainings. Gängige Modelle, die zur Untersuchung der therapeutischen Wirkung von Bewegung verwendet werden, umfassen Schwimmen, Laufbandtraining und hochintensives Intervalltraining15. Ein Nachteil einiger Modelle ist jedoch unfreiwilliges oder erzwungenes Training, das eine stressige Erfahrung sein kann. Wenn Mäuse beispielsweise bei einer Modellverletzung einer zerebralen Ischämie einem Laufband ausgesetzt werden, wurden erhöhte angstähnliche Verhaltensweisen im Freilandtest, erhöhte Corticosteronspiegel, neuronale Schäden oder erhöhte Zytokinspiegel berichtet16. Alternativ können freiwillige Übungsmodelle, einschließlich VWR, die potenziell stressige Erfahrung vermeiden, so dass Nagetiere frei laufen können, ohne dass eine Konditionierung oder Verstärkung erforderlich ist17. VWR wird in der Regel durchgeführt, indem ein kontinuierlicher Zugang zu einem Laufrad in einem Käfig mit 4-5 Mäusen oder Käfigen mit Mäusen mit einem Gehäuse bereitgestellt wird. Daher bietet VWR stressfreie Bedingungen, da es keinen negativen Stimulus oder eine direkte Intervention des Experimentators erfordert und einen Bewältigungsmechanismus oder eine Bereicherungserfahrung bieten kann18,19,20.

Das Ziel dieser Methode ist es, ein einfaches und kostengünstiges VWR-Protokoll vorzuschlagen, das die Verfolgung einzelner Laufmetriken mit minimaler Isolation ermöglicht. Die Mäuse werden in Gruppen untergebracht, um eine längere soziale Isolation zu vermeiden, und die Laufparameter werden für einzelne Mäuse aufgezeichnet, indem die Mäuse nur 2 Stunden pro Tag in einer Laufarena isoliert werden. Es werden Details für ein 6-wöchiges VWR-Modell bereitgestellt, bei dem 10 C57BL/6-Mäuse 2 h/Tag lang Zugang zu Laufrädern hatten, während 10 C57BL/6-Mäuse Zugang zu gesperrten Rädern hatten. Die Ergebnisse bestätigten, dass dieses VWR-Protokoll erfolgreich in der Lage war, individuelle Laufparameter mit minimaler Isolation zu verfolgen und die positiven Auswirkungen von Bewegung auf das hippocampus-induzierte räumliche Gedächtnis im Spatial Object Recognition Test (SORT) zu vermitteln.

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Protokoll

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Alle experimentellen Verfahren wurden vom Animal Care and Use Committee der Rowan University genehmigt. Männliche Mäuse wogen zwischen 20 g und 27 g und waren zu Beginn der Studie 8-10 Wochen alt. Die Mäuse wurden in Gruppen von 4 Personen in einer kontrollierten Umgebung (12:12 h Hell-Dunkel-Zyklus) mit ad libitum Zugang zu Futter und Wasser untergebracht.

1. Räder einrichten

  1. Kleben Sie einen Magneten auf den äußeren mittleren Umfang jedes Rades. Dieser Magnet wird vom Zensor des Tachometers erkannt, um VWR zu überwachen (Abbildung 1A).
  2. Kleben Sie auf der gegenüberliegenden Seite des Rades einen Gegenstand mit ähnlichem Gewicht (eine Münze) auf den Magneten, um ein Gleichgewicht zu schaffen und eine unerwünschte Drehung aufgrund des Gewichts des Magneten zu verhindern.
  3. Erstellen Sie eine Bühne für den Tacho und das Rad. Schneiden Sie mit einer weißen Schaumstoffplatte ein Stück mit komplementärer Form an die Basis des Rades und kleben Sie es an die Basis (Abbildung 1B).
  4. Nachdem Sie einen neuen Satz Batterien in den Tachometer eingelegt haben, stellen Sie die Radgröße bei der Erstprogrammierung ein, indem Sie den Außenumfang des Rades messen.
  5. Kleben Sie den Tacho-Zensor auf die Plattform. Stellen Sie sicher, dass der Zensor des Tachometers parallel zum Magneten des Rades platziert ist, um eine ordnungsgemäße Aufzeichnung der Bewegung zu ermöglichen (Abbildung 1C). Jedes Mal, wenn der Magnet den Sensor passiert, zählt dies als eine Umdrehung.
  6. Wickeln Sie den Zensor und den Draht mit Klebeband ein, um ein Zerkauen des Drahtes durch Mäuse zu vermeiden (Abbildung 1D).

figure-protocol-1
Abbildung 1: Aufbau des Laufradapparates. (A) Ein Magnet und eine Münze (roter Pfeil) auf gegenüberliegenden Seiten der Außenkante des Rades. (B) Eine Plattform aus Schaumstoffplatten (roter Pfeil), die als Bühne für die Tachozensur dient. (C) Zensor des Tachometers auf der Plattform (roter Pfeil); (D) Zensor mit Klebeband (roter Pfeil) und endgültige Radeinrichtung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

2. Aufbau der Geräte

  1. Nutzen Sie das Verhaltensgerät und teilen Sie die Box 40 cm x 40 cm x 35 cm (h) in vier Quadranten auf, um vier Mäuse gleichzeitig einzeln zu testen.
    1. Schneiden Sie zwei weiße Schaumstoffplatten in folgenden Maßen zu: L 30 cm, B 40 cm (Abbildung 2A).
    2. Machen Sie in der Mitte der 40 cm breiten Seite der Schaumstoffplatte einen 20 cm breiten Schnitt, um die Kreuzung von zwei Schaumstoffplatten zu ermöglichen.
    3. Decken Sie die Schaumstoffplatte mit wasserfestem Klebepapier ab, um eine einfache Reinigung zwischen den Gruppen zu ermöglichen.
    4. Unterteilen Sie die Box mit den Maßen 40 cm x 40 cm x 35 cm (h) in vier Quadranten (20 cm x 20 cm x 30 cm (h) mit zwei sich kreuzenden Schaumstoffplatten (Abbildung 2B).
  2. Platzieren Sie ein vorbereitetes Rad (siehe Radeinstellung oben) in der Ecke jedes Quadranten und kleben Sie den Draht an die Wand. Kleben Sie die Tachometer an die Seite des durchsichtigen Plexiglasgeräts (Abbildung 2C).

figure-protocol-2
Abbildung 2: Aufbau der Apparatur. (A) Schaumstoffplatte geschnitten und abgeklebt; (B) Plexiglasapparatur, unterteilt in vier Quadranten; (C) ein Rad, das in der Ecke eines Quadranten platziert ist, mit Tachodraht an der Wand. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

3. VWR

HINWEIS: Zusätzlich zu den Tachometermetriken haben wir eine Verhaltensverfolgungssoftware, das ANY-maze Verhaltensverfolgungssystem, verwendet, um zusätzliche Verhaltensverfolgungsinformationen bereitzustellen.

  1. Führen Sie die VWR-Sitzungen täglich, in der Lichtphase jeden Tag zur gleichen Zeit (von 9 bis 11:00 Uhr) durch. Platzieren Sie die Mäuse ohne Bewegung für 2 Stunden in identischen Arenen, aber mit blockierten Rädern. Blockieren Sie die Räder mit Heißkleber, um das Rotationszentrum des Rades zu fixieren und die Drehung zu deaktivieren.
  2. Setzen Sie die Mäuse für 30-60 Minuten in den VWR-Raum, um sich daran zu gewöhnen.
  3. Alle Tachometer zurücksetzen.
  4. Platzieren Sie jede Maus in der Ecke des Quadranten, wo sie 2 Stunden lang frei laufen kann.
  5. Nach 2 Stunden bringen Sie die Mäuse wieder in ihren Heimatkäfig zurück und zeichnen Sie die Tachodaten auf.
  6. Reinigen Sie die Arenen und Räder mit 70% Ethanol zwischen beiden Gruppen.

4. SORTIEREN

HINWEIS: Am Ende von 5 Wochen VWR wurde SORT durchgeführt, um zu testen, ob Bewegung die Hippocampus-Funktion gemäß dem veröffentlichten Protokoll verbessert21.

  1. Führen Sie die Gewöhnungssitzungen und das Sortieren während der Lichtphase in einem Raum mit Umgebungslicht durch. Führen Sie einen Tag vor der SORT-Behandlung Gewöhnungssitzungen durch, bei denen Sie die Mäuse in einzelne Käfige bringen und für mindestens 30 Minuten in den Testraum bringen, um sich zu akklimatisieren.
    1. Weisen Sie eine der Ecken der Arena als "Freigabeecke" zu und stellen Sie sicher, dass jede Maus mit Blick auf die Auslöseecke platziert ist, um die Arena 6 Minuten lang frei zu erkunden. Bringen Sie die Mäuse in ihren individuellen Käfig zurück, um die Arena mit 70% Ethanol zu reinigen.
  2. Wiederholen Sie Schritt 4.1.1 2x, sodass jede Maus drei Gewöhnungssitzungen durchläuft. Sobald die Gewöhnungssitzungen abgeschlossen sind, bringen Sie alle Mäuse in ihre Heimkäfige zurück.
  3. Nach 24 Stunden bringen Sie die Mäuse in den Testraum zurück und lassen Sie sie vor dem Test 30-60 Minuten lang in einzelnen Käfigen gewöhnen.
  4. Befestigen Sie zwei verschiedene Gegenstände als Gegengewicht in der Arena 6 x 6 cm von zwei nicht auslösbaren Ecken entfernt.
  5. Platzieren Sie jede Maus mit dem Gesicht zur Entriegelungsecke, um die Objekte 10 Minuten lang frei zu erkunden. Bringen Sie die Mäuse für 20 Minuten in ihre Einzelkäfige zurück und reinigen Sie die Objekte und Arenen mit 70 % Ethanol.
  6. Verschieben Sie eines der beiden Objekte und befestigen Sie es 6 x 6 cm von einer neuen nicht lösbaren Ecke entfernt, ohne die Position des anderen Objekts zu ändern.
  7. Platzieren Sie jede Maus mit Blick auf die Entriegelungsecke, um die Objekte 10 Minuten lang frei zu erkunden, bevor Sie in ihren Heimatkäfig zurückkehren. Zeichnen Sie diesen Test mit einer automatisierten Software auf, um die Untersuchungszeit pro Objekt zu messen und die prozentuale Untersuchungszeit wie folgt zu berechnen:
    % Untersuchungszeit = figure-protocol-3

5. Statistische Analyse

  1. Geben Sie alle Daten als Mittelwert ± REM aus.
  2. Führen Sie statistische Analysen mit einer statistischen Analysesoftware durch, deren Signifikanz auf p ≤ 0,05 festgelegt ist. Analysieren Sie die SORT-Ergebnisse mit dem T-Test des Teilnehmers.

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Ergebnisse

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In dieser Studie wurden 20 männliche C57BL/6-Mäuse nach dem Zufallsprinzip einer der beiden Gruppen zugeteilt: keine Bewegung (NO-EX) oder Bewegung (VWR) für 6 Wochen. Einzelne Laufparameter wurden täglich auf Tachometern aufgezeichnet und unterhalb ± SEM (Abbildung 3A-C) dargestellt. Während der 6 Wochen waren Mäuse in Woche 2 am aktivsten, in der sie durchschnittlich 2.135,87 ± 351,14 s auf dem Rad verbrachten und eine Strecke von 1,16 ± 0,25 km mit einer Geschwindigkeit v...

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Diskussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Verschiedene Übungsparadigmen werden von Forschern verwendet, um körperliche Aktivität und ihre Auswirkungen auf Nagetiere zu bewerten, einschließlich freiwilliger und erzwungener Laufparadigmen. Im Vergleich zu den erzwungenen Trainingsparadigmen ermöglicht VWR den Mäusen, mit einer geringeren Intensität frei zu laufen, was Stressbedingungen minimiert22. Derzeit können Forscher Trainingsparameter einzelner Mäuse sammeln, indem sie sie in Einzelhaltunghalten 23,24,25,26,27,...

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Offenlegungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
ANY-box 5-VerhaltensprüfsystemStoelting65000
https://stoeltingco.com/Neuroscience/ANY-box-Multi-Configuration-Behavior-Apparatus~9838 Fahrradcomputer Fahrrad verkabelte Tachometer und KilometerzählerIPSXP N/AJeder kabelgebundene Tachometer, der Entfernung, Zeit und Geschwindigkeit misst, könnte funktionieren
Klare selbstklebende Schutzfolie Kontakt MarkeN/Ahttps://con-tactbrand.com/products/clear-cover%E2%84%A2-clear-matte?_pos=1&_fid=be2dc000c&_ss=c
GraphPad Prism 
  Sekundenkleber 496  Super BonderLoctiteS-24546https://www.uline.com/Product/Detail/S-24546/Adhesives-Glue-Epoxy/Loctite-Instant-Adhesive-496-Super-Bonder?pricode=WB0948&gadtype=pla&id=
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KCAjw68K4BhAuEiwAylp3klS0FN
Ur-l_xKkue1NUmruDDV48QO5b2tVH
W9Bc08s9eZKmedj-yxBoCgIEQAvD_BwE
Pro Mag Neodym-MagnetAngewandte MagneteND018-6Wenn Sie andere Magnete auswählen, stellen Sie sicher, dass diese stark genug sind, um von der Zensur erkannt zu werden
  Silent Spinner Kleintier-Trainingsräder (mini 11,4 cm)KayteeSKU# 100079369 https://www.kaytee.com/all-products/Kleintier-/Silent-Spinner-Rad
Weiße SchaumstoffplattenPacon5553https://pacon.com/foam-board-350/pacon-foam-board-20-x-30-white-10pkg-2.html

Referenzen

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