Artículo de método

Seguimiento de métricas individuales de carrera en ratones mediante un protocolo voluntario de carrera de ruedas que minimiza el aislamiento social

DOI:

10.3791/67960

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18 de abril de 2025

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

En este artículo

Resumen

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

Este protocolo describe un modelo efectivo de funcionamiento voluntario de la rueda que se puede implementar en varios contextos de investigación. A diferencia de otros modelos de carrera voluntaria, este método evita el alojamiento de aislamiento mientras realiza un seguimiento de las métricas de carrera en ratones individuales.

Resumen

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

La carrera voluntaria de ruedas (VWR) en roedores se utiliza para evaluar el rendimiento y la resistencia y para simular el ejercicio. A diferencia de otros paradigmas de ejercicio que requieren estímulos aversivos para inducir el movimiento activo, correr con ruedas es voluntario. VWR generalmente consiste en colocar una rueda para correr dentro de la jaula de inicio del ratón. Sin embargo, el análisis de los parámetros del ejercicio generalmente solo se puede realizar cuando los ratones están alojados individualmente, mientras que los efectos generales de la jaula se pueden informar cuando los ratones están alojados en grupos. Por lo tanto, los modelos actuales obligan a los experimentadores a elegir entre medir los parámetros individuales del ejercicio en ratones de una sola casa o medir los efectos de grupo en ratones de casa en grupo; Dependiendo de la pregunta de investigación y el modelo, esto podría ser limitante.

Por lo tanto, el objetivo de este método es demostrar un protocolo que evalúa VWR en un modelo de ratón mediante la cuantificación de los parámetros de ejecución en ratones individuales, con un aislamiento mínimo. Informamos sobre el diseño del dispositivo, los preparativos preoperatorios y la configuración del experimento. Los resultados de un protocolo de entrenamiento de 6 semanas utilizando este modelo VWR sugieren que proporciona suficiente estímulo para aumentar la memoria de reconocimiento de objetos espaciales, comparable al efecto clínico del ejercicio. Este modelo sencillo y económico facilita la investigación del efecto de VWR en múltiples mediciones de la actividad de las ruedas, minimizando los factores que podrían limitar o afectar a los resultados experimentales.

Introducción

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

El ejercicio tiene un impacto beneficioso en la salud fisiológica y psicológica y puede mejorar la fisiopatología de numerosas enfermedades1. La actividad física es fundamental para la salud, y la Organización Mundial de la Salud (OMS) informó en 2020 que aumentar la actividad física reduce el riesgo de numerosas enfermedades, incluidos los trastornos psicológicos2. Además de la prevención de enfermedades, el ejercicio puede mejorar la función cerebral al estimular el flujo sanguíneo3, induciendo la neurogénesis, particularmente en el hipocampo4, una región clave del cerebro para el aprendizaje y la memoria, la regulación hormonal5, y la plasticidad sináptica a través del aumento de los niveles de factores neurotróficos derivados del cerebro6. A través de estos mecanismos, el ejercicio puede mejorar la función cognitiva y la memoria7,8,9. Los mecanismos neurobiológicos adicionales promovidos por el ejercicio apoyan la salud mental, incluida la liberación de endorfinas10, la reducción de cortisol11, la mejora de la calidad del sueño12 y la inhibición de la neuroinflamación13. Anteriormente hemos
demostró que el ejercicio voluntario puede promover la resiliencia al estrés crónico y al comportamiento similar a la ansiedad en ratones machos y hembras14. La evidencia de que la actividad física mejora los resultados en la enfermedad, combinada con la promoción de la salud mental, destaca la necesidad de estrategias para fomentar la actividad física, incluido el aumento de nuestra comprensión del potencial preventivo y terapéutico del ejercicio.

Un método para estudiar los efectos del ejercicio en la función biológica es utilizar modelos de ejercicio en roedores. Estos modelos son eficaces para aumentar el gasto cardíaco e inducir la producción de lactato a varios niveles dependiendo de la intensidad y la frecuencia del ejercicio. Los modelos comunes utilizados para estudiar el efecto terapéutico del ejercicio incluyen la natación, el entrenamiento en cinta de correr y el entrenamiento en intervalos de alta intensidad15. Un inconveniente de algunos modelos, sin embargo, es el ejercicio involuntario o forzado, que podría ser una experiencia estresante. Por ejemplo, cuando se somete a ratones a correr en cinta en un modelo de lesión por isquemia cerebral, se ha informado de un comportamiento similar a la ansiedad en la prueba de campo abierto, un aumento de los niveles de corticosterona, daño neuronal o aumento de los niveles de citoquinas16. Alternativamente, los modelos de ejercicio voluntario, incluido VWR, pueden evitar la experiencia potencialmente estresante, permitiendo que los roedores corran libremente, sin necesidad de acondicionamiento o refuerzo17. Por lo general, VWR se realiza proporcionando acceso continuo a una rueda de rodadura en una jaula que alberga 4-5 ratones o jaulas de ratones de una sola casa. Por lo tanto, VWR proporciona condiciones no estresantes, ya que no requiere un estímulo negativo ni una intervención directa del experimentador y puede proporcionar un mecanismo de afrontamiento o una experiencia de enriquecimiento18,19,20.

El objetivo de este método es proponer un protocolo VWR sencillo y económico que permita el seguimiento de las métricas de ejecución individuales con un aislamiento mínimo. Los ratones se alojan en grupos para evitar el aislamiento social prolongado, y los parámetros de carrera se registran para ratones individuales aislando a los ratones en una pista de atletismo durante solo 2 horas al día. Se proporcionan detalles para un modelo VWR de 6 semanas en el que 10 ratones C57BL/6 tuvieron acceso a ruedas de rodadura durante 2 h/día, mientras que 10 ratones C57BL/6 tuvieron acceso a ruedas bloqueadas. Los resultados confirmaron que este protocolo de VWR fue capaz de realizar un seguimiento de los parámetros individuales de carrera con un aislamiento mínimo y mediar los efectos beneficiosos del ejercicio en la memoria espacial inducida por el hipocampo en la prueba de reconocimiento de objetos espaciales (SORT).

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Protocolo

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Todos los procedimientos experimentales fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Rowan. Los ratones machos pesaban entre 20 g y 27 g y tenían entre 8 y 10 semanas de edad al inicio del estudio. Los ratones se alojaron en grupos de 4, en un ambiente controlado (ciclo de luz/oscuridad de 12:12 h) con acceso ad libitum a alimento y agua.

1. Configuración de ruedas

  1. En la circunferencia media exterior de cada rueda, pegue un imán. Este imán será detectado por el censor del velocímetro para monitorear VWR (Figura 1A).
  2. En el lado opuesto de la rueda, pegue un objeto de peso similar al imán (una moneda) para contrarrestar y evitar la rotación no deseada debido al peso del imán.
  3. Crea un escenario para el velocímetro y la rueda. Usando una tabla de espuma blanca, corte un trozo de forma complementaria a la base de la rueda y péguelo con cinta adhesiva a la base (Figura 1B).
  4. Después de insertar un nuevo juego de baterías en el velocímetro, ajuste el tamaño de la rueda durante la programación inicial midiendo la circunferencia exterior de la rueda.
  5. Adherir el censor del velocímetro a la plataforma. Asegúrese de que el censor del velocímetro esté colocado paralelo al imán de la rueda para permitir el registro adecuado del movimiento (Figura 1C). Cada vez que el imán pasa por el sensor, contará como una revolución.
  6. Envuelva el censor y el cable con cinta adhesiva para evitar que los ratones muerdan el alambre (Figura 1D).

figure-protocol-1
Figura 1: Configuración del aparato de la rueda para correr. (A) Un imán y una moneda pegados (flecha roja) en lados opuestos del borde exterior de la rueda. (B) Una plataforma hecha de cartón pluma (flecha roja) utilizada como escenario para el censor del velocímetro. (C) Censor del velocímetro en la plataforma (flecha roja); (D) Censor grabado (flecha roja) y configuración de rueda finalizada. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

2. Configuración del aparato

  1. Utilice el aparato conductual y divida la caja de 40 cm x 40 cm x 35 cm (h) en cuatro cuadrantes para probar individualmente a cuatro ratones al mismo tiempo.
    1. Corte dos piezas de cartón pluma blanca según las siguientes dimensiones: 30 cm de largo, 40 cm de ancho (Figura 2A).
    2. En el centro del lado de 40 cm de ancho de la tabla de espuma, haga un corte de 20 cm para permitir la intersección de dos tablas de espuma.
    3. Cubra el tablero de espuma con papel adhesivo impermeable para permitir una fácil limpieza entre grupos.
    4. Divida la caja de 40 cm x 40 cm x 35 cm (h) en cuatro cuadrantes (20 cm x 20 cm x 30 cm (h) usando dos tableros de espuma que se cruzan (Figura 2B).
  2. Coloque una rueda preparada (verifique la configuración de la rueda arriba) en la esquina de cada cuadrante y pegue el cable a la pared. Pegue los velocímetros al costado del aparato de metacrilato transparente (Figura 2C).

figure-protocol-2
Figura 2: Configuración del aparato. (A) Tablero de espuma cortado y encintado; B) Aparatos de metacrilato divididos en cuatro cuadrantes; (C) una rueda colocada en la esquina de un cuadrante con un cable de velocímetro pegado a la pared. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

3. VWR

NOTA: Además de las métricas del velocímetro, utilizamos el software de seguimiento del comportamiento, el sistema de seguimiento del comportamiento ANY-maze, para proporcionar información adicional de seguimiento del comportamiento.

  1. Lleve a cabo las sesiones de VWR diariamente, en la fase ligera a la misma hora todos los días (de 9 a.m. a 11:00 a.m.). Coloque los ratones sin ejercicio en arenas idénticas durante 2 h pero con ruedas bloqueadas. Bloquee las ruedas con pegamento caliente para inmovilizar el centro de rotación de la rueda y desactivar la rotación.
  2. Coloque los ratones en la habitación de VWR para que se habitúen durante 30-60 minutos.
  3. Restablezca todos los velocímetros.
  4. Coloque cada ratón en la esquina del cuadrante donde pueda correr libremente durante 2 h.
  5. Después de 2 h, devuelva los ratones a su jaula de origen y registre los datos del velocímetro.
  6. Limpiar las arenas y las ruedas con etanol al 70% entre ambos grupos.

4. ORDENAR

NOTA: Al final de 5 semanas de VWR, se llevó a cabo SORT para probar si el ejercicio mejoraba la función del hipocampo de acuerdo con el protocolo publicado21.

  1. Realizar las sesiones de habituación y SORT durante la fase de luz en una habitación con iluminación ambiental. Realice sesiones de habituación un día antes de SORT, durante las cuales mueva a los ratones a jaulas individuales y llévelos a la sala de pruebas durante al menos 30 minutos de aclimatación.
    1. Asigne una de las esquinas de la arena como la "esquina de liberación" y asegúrese de que todos los ratones estén colocados frente a la esquina de liberación para explorar libremente la arena durante 6 min. Regrese los ratones a su jaula individual para limpiar la arena con etanol al 70%.
  2. Repita el paso 4.1.1 2x para que cada ratón pase por tres sesiones de habituación. Una vez completadas las sesiones de habituación, regrese a todos los ratones a sus jaulas domésticas.
  3. Después de 24 horas, regrese los ratones a la sala de pruebas y permítales habituarse en jaulas individuales durante 30-60 minutos antes de la prueba.
  4. Coloque dos objetos diferentes de forma contrapesada en la arena a 6 x 6 cm de distancia de dos esquinas que no suelten.
  5. Coloque cada ratón mirando hacia la esquina de liberación para explorar libremente los objetos durante 10 min. Regrese los ratones a sus jaulas individuales durante 20 min y limpie los objetos y arenas con etanol al 70%.
  6. Mueva uno de los dos objetos y colóquelo a una distancia de 6 x 6 cm de una nueva esquina no suelta sin modificar la ubicación del otro objeto.
  7. Coloque cada ratón mirando hacia la esquina de liberación para explorar libremente los objetos durante 10 minutos antes de volver a su jaula de origen. Registre esta prueba utilizando software automatizado para medir el tiempo de investigación por objeto y calcule el porcentaje de tiempo de investigación de la siguiente manera:
    % de tiempo de investigación = figure-protocol-3

5. Análisis estadístico

  1. Expresa todos los datos como media ± SEM.
  2. Realizar análisis estadísticos utilizando software de análisis estadístico con significación establecida en p ≤ 0,05. Analice los resultados de SORT utilizando la prueba T de Student.

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Resultados

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En este estudio, 20 ratones machos C57BL/6 fueron asignados aleatoriamente a uno de los dos grupos: sin ejercicio (NO-EX) o ejercicio (VWR) durante 6 semanas. Los parámetros individuales de funcionamiento se registraron diariamente en velocímetros y se trazaron por debajo ± SEM (Figura 3A-C). A lo largo de las 6 semanas, los ratones fueron más activos en la semana 2, durante la cual pasaron una media de 2.135,87 ± 351,14 s en la rueda, recorriendo una distancia de 1,16 ± 0,2...

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Discusión

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

Los investigadores utilizan varios paradigmas de ejercicio para evaluar la actividad física y sus efectos en roedores, incluidos los paradigmas de carrera voluntaria y forzada. En comparación con los paradigmas de ejercicio forzado, VWR permite que los ratones corran libremente a una intensidad más baja, lo que minimiza las condiciones estresantes22. Actualmente, los investigadores pueden recopilar parámetros de ejercicio de ratones individuales alojándolos en un solo lugar 23,24,25,26,27,28,29,30...

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Divulgaciones

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Los autores no tienen conflictos de intereses que divulgar.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Sistema de prueba de 5 comportamientos ANY-boxStoelting65000 https://stoeltingco.com/Neuroscience/ANY-box-Multi-Configuration-Behavior-Apparatus~9838
Ciclocomputador Velocímetro y odómetros cableados para bicicletasIPSXP N/ACualquier velocímetro con cable que medurezca la distsencia, el tiempo, la velocidad podría funcionar
Forro protector adhesivo transparente Marca Con-Tact N/Ahttps://con-tactbrand.com/products/clear-cover%E2%84%A2-clear-matte?_pos=1&_fid=be2dc000c&_ss=c
Prisma GraphPad 
  Adhesivo instantáneo 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=
S-24546& gad_source=1& gclid=Cjw
KCAjw68K4BhAuEiwAylp3klS0FN
ur-l_xKkue1NUmruDDV48QO5b2tVH
W9Bc08s9eZKmedj-yxBoCgIEQAvD_BwE
Pro Mag Imán de neodimioImanes aplicadosND018-6Si elige otros imanes, asegúrese de que sean lo suficientemente fuertes como para ser detectados por el censor
  Ruedas de ejercicio para animales pequeños Silent Spinner (mini 11.4 cm)KayteeSKU# 100079369 https://www.kaytee.com/all-products/Ruedas para animales pequeños/Ruedas giratorias silenciosas
Tableros de espuma blancosPacon5553https://pacon.com/foam-board-350/pacon-foam-board-20-x-30-white-10pkg-2.html

Referencias

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