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Article de méthode

Suivi des mesures de course individuelles chez la souris à l’aide d’un protocole de course volontaire qui minimise l’isolement social

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DOI :

10.3791/67960

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18 avril 2025

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

Dans cet article

Résumé

Ce protocole décrit un modèle efficace de rouage volontaire qui peut être mis en œuvre dans divers contextes de recherche. Contrairement à d’autres modèles d’exécution volontaire, cette méthode évite l’hébergement d’isolement tout en suivant les métriques de course chez des souris individuelles.

Résumé

Le rouage volontaire (VWR) chez les rongeurs est utilisé pour évaluer la performance et l’endurance et pour simuler l’exercice. Contrairement à d’autres paradigmes d’exercice qui nécessitent un stimulus aversif pour induire un mouvement actif, la course à la roue est volontaire. La VWR consiste généralement à placer une roue à l’intérieur de la cage d’accueil de la souris. Cependant, l’analyse des paramètres d’exercice ne peut généralement être effectuée que lorsque les souris sont logées individuellement, tandis que les effets globaux de la cage peuvent être signalés lorsque les souris sont hébergées en groupe. Par conséquent, les modèles actuels obligent les expérimentateurs à choisir entre mesurer les paramètres d’exercice individuels chez les souris hébergées en groupe ou mesurer les effets de groupe chez les souris hébergées en groupe ; Selon la question de recherche et le modèle, cela pourrait être limitatif.

Par conséquent, l’objectif de cette méthode est de démontrer un protocole qui évalue la VWR dans un modèle de souris en quantifiant les paramètres de fonctionnement chez des souris individuelles, avec une isolation minimale. Nous rendons compte de la conception du dispositif, des préparations préopératoires et de la configuration des expériences. Les résultats d’un protocole d’entraînement de 6 semaines utilisant ce modèle VWR suggèrent qu’il fournit un stimulus suffisant pour augmenter la mémoire de reconnaissance d’objets spatiaux, comparable à l’effet clinique de l’exercice. Ce modèle simple et peu coûteux facilite l’étude de l’effet de la VWR sur de multiples mesures de l’activité des roues, minimisant ainsi les facteurs qui pourraient limiter ou affecter les résultats expérimentaux.

Introduction

L’exercice a un impact bénéfique sur la santé physiologique et psychologique et peut améliorer la physiopathologie de nombreuses maladies1. L’activité physique est essentielle à la durée de vie en bonne santé, et l’Organisation mondiale de la santé (OMS) a signalé en 2020 que l’augmentation de l’activité physique réduit le risque de nombreuses maladies, y compris les troubles psychologiques2. En plus de la prévention des maladies, l’exercice peut améliorer la fonction cérébrale en stimulant la circulation sanguine3, induisant la neurogenèse, en particulier dans l’hippocampe4, une région clé du cerveau pour l’apprentissage et la mémoire, la régulation hormonale5 et la plasticité synaptique en augmentant les niveaux de facteurs neurotrophiques dérivés du cerveau6. Grâce à ces mécanismes, l’exercice peut améliorer la fonction cognitive et la mémoire7,8,9. D’autres mécanismes neurobiologiques favorisés par l’exercice favorisent la santé mentale, notamment la libération d’endorphines10, la réduction du cortisol11, l’amélioration de la qualité du sommeil12 et l’inhibition de la neuroinflammation13. Nous avons précédemment
démontré que l’exercice volontaire peut favoriser la résilience au stress chronique et aux comportements anxiogènes chez les souris mâles et femelles14. Les preuves que l’activité physique améliore les résultats de la maladie, combinée à la promotion de la santé mentale, soulignent la nécessité de stratégies pour encourager l’activité physique, y compris une meilleure compréhension du potentiel préventif et thérapeutique de l’exercice.

Une méthode pour étudier les effets de l’exercice sur la fonction biologique consiste à utiliser des modèles d’exercice chez les rongeurs. Ces modèles sont efficaces pour augmenter le débit cardiaque et induire la production de lactate à différents niveaux en fonction de l’intensité et de la fréquence de l’exercice. Les modèles couramment utilisés pour étudier l’effet thérapeutique de l’exercice comprennent la natation, l’entraînement sur tapis roulant et l’entraînement par intervalles à haute intensité15. Un inconvénient de certains modèles, cependant, est l’exercice involontaire ou forcé, qui peut être une expérience stressante. Par exemple, lorsque des souris sont soumises à une course sur tapis roulant dans un modèle de lésion d’ischémie cérébrale, un comportement élevé semblable à l’anxiété dans le test en plein champ, une augmentation des niveaux de corticostérone, des lésions neuronales ou une augmentation des niveaux de cytokines ont été signalés16. Alternativement, les modèles d’exercices volontaires, y compris VWR, peuvent éviter l’expérience potentiellement stressante, permettant aux rongeurs de courir librement, sans avoir besoin de conditionnement ou de renforcement17. La VWR est généralement réalisée en fournissant un accès continu à une roue de roulement dans une cage abritant 4 à 5 souris ou des cages de souris à logement unique. Par conséquent, la VWR offre des conditions non stressantes, car elle ne nécessite pas de stimulus négatif ou d’intervention directe de la part de l’expérimentateur et peut fournir un mécanisme d’adaptation ou une expérience d’enrichissement18,19,20.

L’objectif de cette méthode est de proposer un protocole VWR simple et peu coûteux qui permet le suivi des métriques de course individuelles avec une isolation minimale. Les souris sont logées en groupe pour éviter un isolement social prolongé, et les paramètres de course sont enregistrés pour des souris individuelles en isolant les souris dans une arène de course pendant seulement 2 heures par jour. Des détails sont fournis pour un modèle VWR de 6 semaines dans lequel 10 souris C57BL/6 avaient accès à des roues de roulement pendant 2 heures par jour tandis que 10 souris C57BL/6 avaient accès à des roues verrouillées. Les résultats ont confirmé que ce protocole VWR était capable de suivre avec succès les paramètres de course individuels avec une isolation minimale et de médiatiser les effets bénéfiques de l’exercice sur la mémoire spatiale induite par l’hippocampe dans le test de reconnaissance d’objets spatiaux (SORT).

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Protocole

Toutes les procédures expérimentales ont été approuvées par le comité d'éthique sur l'utilisation des animaux de l'Université Rowan. Les souris mâles pesaient entre 20 g et 27 g et avaient entre 8 et 10 semaines au début de l'étude. Les souris étaient logées par groupes de 4, dans un environnement contrôlé (cycle lumière/obscurité de 12 h/12 h) avec un accès ad libitum à la nourriture et à l'eau.

1. Configuration des roues

  1. Sur la circonférence externe moyenne de chaque roue, collez un aimant. Cet aimant sera détecté par le capteur du compteur de vitesse afin de surveiller la VWR (Figure 1A).
  2. Sur le côté opposé de la roue, collez un objet de masse similaire à celle de l'aimant (une pièce de monnaie) afin d'équilibrer la roue et d'éviter une rotation indésirable due au poids de l'aimant.
  3. Construisez un support pour le compteur de vitesse et la roue. À l’aide d’un carton en mousse blanc, découpez une pièce de forme complémentaire à la base de la roue et fixez-la avec du ruban adhésif (Figure 1B).
  4. Après avoir inséré une pile neuve dans le compteur de vitesse, réglez la taille de la roue lors de la programmation initiale en mesurant la circonférence externe de la roue.
  5. Fixez le capteur du compteur de vitesse sur la plateforme. Veillez à ce que le capteur du compteur de vitesse soit placé parallèlement à l’aimant de la roue afin de permettre un enregistrement correct du mouvement (Figure 1C). Chaque passage de l’aimant devant le capteur sera comptabilisé comme un tour complet.
  6. Enroulez le capteur et le fil avec du ruban adhésif pour éviter que les souris rongent les fils (Figure 1D).

Concept d'équilibre statique, montage du gyroscope, alimentation par batterie, démonstration du mouvement de rotation.
Figure 1 : Montage de l'appareil de roue tournante. (A) Un aimant et une pièce collés (flèche rouge) sur des côtés opposés du bord extérieur de la roue. (B) Une plateforme en carton mousse (flèche rouge) utilisée comme support pour le capteur du compteur de vitesse. (C) Capteur du compteur de vitesse placé sur la plateforme (flèche rouge) ; (D) Capteur fixé avec du ruban adhésif (flèche rouge) et montage finalisé de la roue. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

2. Installation de l'appareil

  1. Utilisez l'appareil comportemental et divisez la boîte de 40 cm x 40 cm x 35 cm (h) en quatre quadrants pour tester individuellement quatre souris en même temps.
    1. Découpez deux pièces en mousse blanche selon les dimensions suivantes : L 30 cm, l 40 cm (Figure 2A).
    2. Au milieu du côté de 40 cm de large de la mousse, effectuez une découpe de 20 cm afin de permettre l'intersection des deux plaques de mousse.
    3. Recouvrez la mousse avec du papier adhésif imperméable afin de faciliter le nettoyage entre les groupes.
    4. Divisez la boîte de 40 cm x 40 cm x 35 cm (h) en quatre quadrants (20 cm x 20 cm x 30 cm (h)) à l’aide de deux plaques de mousse croisées (Figure 2B).
  2. Placez une roue préparée (vérifiez la configuration de la roue ci-dessus) dans chaque coin de quadrant et fixez le fil électrique au mur. Fixez des vélocimètres sur le côté de l’appareil en plexiglas transparent (Figure 2C).

Équilibre statique ; ΣFx=0 ; Montage expérimental du test de stabilité mécanique montrant l'alignement de l'appareil et la disposition structurelle.
Figure 2 : Montage de l'appareil. (A) Planche en mousse découpée et fixée avec du ruban adhésif ; (B) Appareil en plexiglas divisé en quatre quadrants ; (C) une roue placée dans l'angle d'un quadrant, avec un fil de compteur de vitesse fixé au mur. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

3. VWR

REMARQUE : En complément des métriques du chronomètre, nous avons utilisé un logiciel de suivi comportemental, le système de suivi comportemental ANY-maze, afin d'obtenir des informations supplémentaires sur le comportement.

  1. Effectuer les séances de VWR quotidiennement, pendant la phase claire à la même heure chaque jour (de 9 h à 11 h). Placer les souris non exercées dans des arènes identiques pendant 2 h, mais avec des roues verrouillées. Verrouiller les roues à l’aide de colle chaude afin d’immobiliser le centre de rotation et empêcher toute rotation.
  2. Placer les souris dans la pièce de VWR pour une période d’habituation de 30 à 60 minutes.
  3. Réinitialiser tous les odomètres.
  4. Placer chaque souris dans le coin du quadrant où elle peut courir librement pendant 2 h.
  5. Après 2 h, ramener les souris dans leur cage d’origine et enregistrer les données des odomètres.
  6. Nettoyer les arènes et les roues avec de l’éthanol à 70 % entre les deux groupes.

4. TRI

REMARQUE : À la fin de 5 semaines de VWR, le test SORT a été réalisé pour évaluer si l'exercice avait amélioré la fonction hippocampique selon le protocole publié21.

  1. Réaliser les séances d'habituation et le SORT pendant la phase claire, dans une pièce avec un éclairage ambiant. Effectuer les séances d'habituation un jour avant le SORT, au cours desquelles les souris sont transférées dans des cages individuelles et amenées dans la salle de test pour une période d'acclimatation d'au moins 30 minutes.
    1. Attribuer l'un des coins de l'arène comme le « coin de départ » et s'assurer que chaque souris est placée face à ce coin pour explorer librement l'arène pendant 6 minutes. Ramener les souris dans leurs cages individuelles afin de nettoyer l'arène avec de l'éthanol à 70 %.
  2. Répéter l'étape 4.1.1 deux fois, de sorte que chaque souris suive trois séances d'habituation. Une fois les séances d'habituation terminées, ramener toutes les souris dans leurs cages d'origine.
  3. Après 24 heures, ramener les souris dans la salle de test et leur permettre de s'habituer pendant 30 à 60 minutes dans des cages individuelles avant le test.
  4. Fixer deux objets différents dans l'arène de manière contrebalancée, à 6 x 6 cm de deux coins autres que le coin de départ.
  5. Placer chaque souris face au coin de départ pour qu'elle explore librement les objets pendant 10 minutes. Ramener les souris dans leurs cages individuelles pendant 20 minutes, puis nettoyer les objets et l'arène avec de l'éthanol à 70 %.
  6. Déplacer l'un des deux objets et le fixer à 6 x 6 cm d'un nouveau coin autre que le coin de départ, sans modifier la position de l'autre objet.
  7. Placer chaque souris face au coin de départ pour qu'elle explore librement les objets pendant 10 minutes avant de retourner dans sa cage d'origine. Enregistrer ce test à l'aide d'un logiciel automatisé afin de mesurer le temps d'investigation par objet et calculer le pourcentage de temps d'investigation selon la formule suivante :
    % de temps d'investigation = Formule de calcul de la préférence pour la nouveauté dans les expériences comportementales, illustrant l'analyse du ratio temporel.

5. Analyse statistique

  1. Exprimer toutes les données sous forme de moyenne ± erreur type de la moyenne (ETM).
  2. Effectuer les analyses statistiques à l'aide d'un logiciel d'analyse statistique, avec un seuil de significativité fixé à p ≤ 0,05. Analyser les résultats de SORT à l'aide du test T de Student.

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Résultats

Dans cette étude, 20 souris mâles C57BL/6 ont été réparties aléatoirement en deux groupes : sédentaires (NO-EX) ou faisant de l'exercice (VWR) pendant 6 semaines. Les paramètres individuels de course ont été enregistrés quotidiennement à l'aide de compteurs kilométriques et sont représentés ci-dessous ± erreur type de la moyenne (ETM) (Figure 3A-C). Au cours des 6 semaines, les souris ont été le plus actives à la semaine 2, période durant laquelle elles ont passé en moyenne ...

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Discussion

Divers paradigmes d’exercice sont utilisés par les chercheurs pour évaluer l’activité physique et ses effets chez les rongeurs, y compris les paradigmes de course volontaire et forcée. Par rapport aux paradigmes de l’exercice forcé, la VWR permet aux souris de courir librement à une intensité plus faible, ce qui minimise les conditions stressantes22. À l’heure actuelle, les chercheurs peuvent collecter les paramètres d’exercice de souris individuelles en les hébergeant individuellement 23,24,25,26...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
ANY-box Système de test de 5 comportementsStoelting65000https://stoeltingco.com/Neuroscience/ANY-box-Multi-Configuration-Behavior-Apparatus~9838
Compteur de vélo Compteur de vitesse et odomètres filairesIPSXP  ;N/ATout indicateur de vitesse filaire qui mesure la distance, le temps, la vitesse pourrait fonctionner
Doublure de protection adhésive transparente  ;Marque Con-TactN/Ahttps://con-tactbrand.com/products/clear-cover%E2%84%A2-clear-matte?_pos=1&_fid=be2dc000c&_ss=c
GraphPad Prism  ;
  ; Adhésif instantané 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
Aimants appliquésnéodymeND018-6Si vous choisissez d’autres aimants, assurez-vous qu’ils sont suffisamment puissants pour être détectés par le censeur
  ; Silent Spinner Roues d’Exercice Petit Animal (mini 11.4 cm)KayteeSKU# 100079369 https://www.kaytee.com/all-products/petits animaux/Silent Spinner-Wheels
Pacon5553https://pacon.com/foam-board-350/pacon-foam-board-20-x-30-white-10pkg-2.html
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Références

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