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.
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Methodenartikel
Verfolgung individueller Laufmetriken bei Mäusen mithilfe eines freiwilligen Radlaufprotokolls, das die soziale Isolation minimiert
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
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
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
Alle experimentellen Verfahren wurden von der 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 jeweils 4 Tieren in einer kontrollierten Umgebung (12:12 h Licht/Dunkel-Wechsel) gehalten mit ad libitum Zugang zu Nahrung und Wasser.
1. Räderkonfiguration
- Kleben Sie an die äußere mittlere Umfangsseite jedes Rades einen Magneten. Dieser Magnet wird vom Sensor des Tachometers erfasst, um die VWR zu überwachen (Abbildung 1A).
- Kleben Sie auf die gegenüberliegende Seite des Rades ein Objekt mit ähnlichem Gewicht wie der Magnet (eine Münze), um das Rad auszugleichen und unerwünschte Drehungen aufgrund des Magnetgewichts zu verhindern.
- Erstellen Sie eine Halterung für das Tachometer und das Rad. Schneiden Sie aus einer weißen Schaumstoffplatte ein Stück in passender Form zur Basis des Rades und befestigen Sie es mit Klebeband an der Basis (Abbildung 1B).
- Nachdem Sie frische Batterien in das Tachometer eingelegt haben, stellen Sie während der Erstprogrammierung die Radgröße ein, indem Sie den äußeren Umfang des Rades messen.
- Befestigen Sie den Tachometer-Sensor an der Plattform. Stellen Sie sicher, dass der Sensor des Tachometers parallel zum Magneten am Rad angeordnet ist, um eine korrekte Erfassung der Bewegung zu gewährleisten (Abbildung 1C). Jedes Mal, wenn der Magnet den Sensor passiert, wird eine Umdrehung gezählt.
- Umwickeln Sie den Sensor und das Kabel mit Klebeband, um zu verhindern, dass Mäuse an den Drähten nagen (Abbildung 1D).
Abbildung 1: Aufbau der Laufrad-Apparatur. (A) Ein Magnet und eine Münze, die mit Klebstoff (roter Pfeil) auf gegenüberliegenden Seiten des äußeren Radrands befestigt sind. (B) Eine Plattform aus Schaumstoffplatte (roter Pfeil), die als Unterlage für den Sensor des Tachometers dient. (C) Sensor des Tachometers auf der Plattform (roter Pfeil); (D) Der mit Klebeband befestigte Sensor (roter Pfeil) und der fertig montierte Rad-Aufbau. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Ansicht dieser Abbildung anzuzeigen.
2. Aufbau der Apparatur
- Verwenden Sie die Verhaltensapparatur und teilen Sie den 40 cm x 40 cm x 35 cm (h) großen Kasten in vier Quadranten, um vier Mäuse gleichzeitig einzeln zu testen.
- Schneiden Sie zwei weiße Schaumstoffplatten gemäß folgenden Maßen zu: L 30 cm, B 40 cm (Abbildung 2A).
- Machen Sie in der Mitte der 40 cm breiten Seite der Schaumstoffplatte einen 20 cm langen Einschnitt, um den Schnitt zweier Schaumstoffplatten zu ermöglichen.
- Bekleben Sie die Schaumstoffplatte mit wasserfester Klebefolie, um eine einfache Reinigung zwischen den Gruppen zu ermöglichen.
- Teilen Sie den 40 cm x 40 cm x 35 cm (h) großen Kasten mithilfe zweier sich kreuzender Schaumstoffplatten in vier Quadranten (jeweils 20 cm x 20 cm x 30 cm (h)) (Abbildung 2B).
- Platzieren Sie ein vorbereitetes Laufrad (siehe oben Rad-Setup) in jede Ecke eines Quadranten und befestigen Sie den Draht an der Wand. Kleben Sie Tachometer an die Seite der durchsichtigen Plexiglas-Apparatur (Abbildung 2C).
Abbildung 2: Aufbau der Apparatur. (A) Schaumstoffplatte zugeschnitten und verklebt; (B) Plexiglas-Apparatur in vier Quadranten unterteilt; (C) ein Rad in der Ecke eines Quadranten platziert, wobei der Geschwindigkeitsmessfühler mit Klebeband an der Wand befestigt ist. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.
3. VWR
HINWEIS: Zusätzlich zu Geschwindigkeitsmesswerten verwendeten wir eine Verhaltensverfolgungssoftware, das ANY-maze-Verhaltensverfolgungssystem, um zusätzliche Informationen zur Verhaltensverfolgung bereitzustellen.
- Führen Sie die VWR-Sitzungen täglich in der Lichtphase zur gleichen Tageszeit durch (von 9:00 bis 11:00 Uhr). Stellen Sie die Mäuse ohne Bewegung in identische Arenen für 2 h, jedoch mit blockierten Laufrädern. Blockieren Sie die Laufräder mit Heißkleber, um die Drehachse des Rades zu fixieren und eine Rotation zu verhindern.
- Stellen Sie die Mäuse in den VWR-Raum, um sie 30–60 min lang zu akklimatisieren.
- Setzen Sie alle Tachometer zurück.
- Platzieren Sie jede Maus in die Ecke des Quadranten, wo sie 2 h lang frei laufen kann.
- Nach 2 h bringen Sie die Mäuse in ihren Heimkäfig zurück und erfassen Sie die Tachometerdaten.
- Reinigen Sie die Arenen und Laufräder mit 70 %igem Ethanol zwischen beiden Gruppen.
4. SORT
HINWEIS: Am Ende von 5 Wochen mit VWR wurde SORT durchgeführt, um zu prüfen, ob sich die Hippocampusfunktion durch die körperliche Betätigung gemäß dem veröffentlichten Protokoll21 verbessert hat.
- Führen Sie die Gewöhnungssitzungen und den SORT während der Lichtphase in einem Raum mit Umgebungsbeleuchtung durch. Führen Sie die Gewöhnungssitzungen einen Tag vor dem SORT durch, bei dem die Mäuse in Einzelkäfige verbracht und mindestens 30 Minuten lang zur Akklimatisierung in den Versuchsraum gebracht werden.
- Weisen Sie einer der Ecken der Versuchsarena die Bezeichnung „Startecke“ zu und stellen Sie sicher, dass jede Maus mit dem Gesicht zur Startecke platziert wird, um die Arena 6 Minuten lang frei erkunden zu können. Bringen Sie die Tiere danach in ihre Einzelkäfige zurück und reinigen Sie die Arena mit 70 %igem Ethanol.
- Wiederholen Sie Schritt 4.1.1 zweimal, sodass jede Maus insgesamt drei Gewöhnungssitzungen durchläuft. Nach Abschluss der Gewöhnungssitzungen werden alle Mäuse in ihre Heimkäfige zurückgebracht.
- 24 Stunden später bringen Sie die Mäuse erneut in den Versuchsraum und lassen Sie sie vor dem Test 30 bis 60 Minuten lang in Einzelkäfigen zur Akklimatisierung.
- Befestigen Sie zwei unterschiedliche Objekte im Arena-Bereich auf gegenüberliegende Weise 6 x 6 cm entfernt von zwei nicht als Startecke definierten Ecken.
- Platzieren Sie jede Maus mit dem Gesicht zur Startecke, damit sie die Objekte 10 Minuten lang frei erkunden kann. Danach kehren die Mäuse für 20 Minuten in ihre Einzelkäfige zurück; reinigen Sie die Objekte und die Arena mit 70 %igem Ethanol.
- Verschieben Sie eines der beiden Objekte und befestigen Sie es 6 x 6 cm entfernt von einer neuen, nicht als Startecke definierten Ecke, ohne die Position des anderen Objekts zu verändern.
- Platzieren Sie jede Maus erneut mit dem Gesicht zur Startecke, damit sie die Objekte 10 Minuten lang frei erkunden kann, bevor sie in ihre Heimkäfige zurückkehren. Nehmen Sie diesen Test mit einer automatisierten Software auf, um die Untersuchungszeit pro Objekt zu messen, und berechnen Sie die prozentuale Untersuchungszeit wie folgt:
% Untersuchungszeit =
5. Statistische Analyse
- Alle Daten als Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM) angeben.
- Statistische Analysen mit statistischer Analyse-Software durchführen, wobei die Signifikanz bei p ≤ 0,05 festgelegt ist. Die SORT-Ergebnisse mithilfe des Student’schen T-Tests analysieren.
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Ergebnisse
In dieser Studie wurden 20 männliche C57BL/6-Mäuse zufällig einer von zwei Gruppen zugewiesen: keine Bewegung (NO-EX) oder Bewegung (VWR) über einen Zeitraum von 6 Wochen. Individuelle Laufparameter wurden täglich an Tachometern erfasst und unten ± SEM dargestellt (Abbildung 3A-C). Während der gesamten 6 Wochen waren die Mäuse in Woche 2 am aktivsten, in der sie durchschnittlich 2.135,87 ± 351,14 s am Laufrad verbrachten, eine Distanz von 1,16 ± 0,25 km mit einer Geschwindig...
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Diskussion
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
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| ANY-box 5-Verhaltensprüfsystem | Stoelting | 65000 | |
| https://stoeltingco.com/Neuroscience/ANY-box-Multi-Configuration-Behavior-Apparatus~9838 Fahrradcomputer Fahrrad verkabelte Tachometer und Kilometerzähler | IPSXP | N/A | Jeder kabelgebundene Tachometer, der Entfernung, Zeit und Geschwindigkeit misst, könnte funktionieren |
| Klare selbstklebende Schutzfolie | Kontakt Marke | N/A | https://con-tactbrand.com/products/clear-cover%E2%84%A2-clear-matte?_pos=1&_fid=be2dc000c&_ss=c |
| GraphPad Prism | |||
| Sekundenkleber 496 Super Bonder | Loctite | S-24546 | https://www.uline.com/Product/Detail/S-24546/Adhesives-Glue-Epoxy/Loctite-Instant-Adhesive-496-Super-Bonder?pricode=WB0948&gadtype=pla&id= S-24546& gad_source=1& gclid=Cjw KCAjw68K4BhAuEiwAylp3klS0FN Ur-l_xKkue1NUmruDDV48QO5b2tVH W9Bc08s9eZKmedj-yxBoCgIEQAvD_BwE |
| Pro Mag Neodym-Magnet | Angewandte Magnete | ND018-6 | Wenn 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) | Kaytee | SKU# 100079369 https://www.kaytee.com/all-products/ | Kleintier-/Silent-Spinner-Rad |
| Weiße Schaumstoffplatten | Pacon | 5553 | https://pacon.com/foam-board-350/pacon-foam-board-20-x-30-white-10pkg-2.html |
Referenzen
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