Articolo metodologico

Monitoraggio delle metriche di corsa individuali nei topi utilizzando un protocollo volontario di corsa su ruote che riduce al minimo l'isolamento sociale

DOI:

10.3791/67960

⸱

18 aprile 2025

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

In questo articolo

Sommario

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

Questo protocollo descrive un efficace modello volontario di corsa delle ruote che può essere implementato in vari contesti di ricerca. A differenza di altri modelli di corsa volontaria, questo metodo evita l'isolamento durante il monitoraggio delle metriche di corsa nei singoli topi.

Abstract

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

La corsa volontaria sulle ruote (VWR) nei roditori viene utilizzata per valutare le prestazioni e la resistenza e per simulare l'esercizio. A differenza di altri paradigmi di esercizio che richiedono uno stimolo avversivo per indurre il movimento attivo, la corsa su ruote è volontaria. VWR consiste generalmente nel posizionare un volante da corsa all'interno della gabbia domestica del mouse. Tuttavia, l'analisi dei parametri dell'esercizio può in genere essere condotta solo quando i topi sono alloggiati individualmente, mentre gli effetti complessivi della gabbia possono essere riportati quando i topi sono alloggiati in gruppo. Pertanto, i modelli attuali costringono gli sperimentatori a scegliere tra la misurazione dei parametri di esercizio individuali nei topi alloggiati in un solo alloggio o la misurazione degli effetti di gruppo nei topi alloggiati in gruppo; A seconda della domanda di ricerca e del modello, questo potrebbe essere limitante.

Pertanto, l'obiettivo di questo metodo è dimostrare un protocollo che valuta VWR in un modello murino quantificando i parametri di corsa nei singoli topi, con un isolamento minimo. Riportiamo la progettazione del dispositivo, le preparazioni preoperatorie e l'impostazione dell'esperimento. I risultati di un protocollo di allenamento di 6 settimane che utilizza questo modello VWR suggeriscono che fornisce uno stimolo sufficiente per aumentare la memoria di riconoscimento degli oggetti spaziali, paragonabile all'effetto clinico dell'esercizio. Questo modello semplice ed economico facilita lo studio dell'effetto del VWR su più misurazioni dell'attività delle ruote, riducendo al minimo i fattori che potrebbero limitare o influenzare i risultati sperimentali.

Introduzione

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

L'esercizio fisico ha un impatto benefico sulla salute fisiologica e psicologica e può migliorare la fisiopatologia di numerose malattie1. L'attività fisica è fondamentale per la durata della salute e l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ha riferito nel 2020 che l'aumento dell'attività fisica riduce il rischio di numerose malattie, inclusi i disturbi psicologici2. Oltre alla prevenzione delle malattie, l'esercizio fisico può migliorare la funzione cerebrale stimolando il flusso sanguigno3, inducendo la neurogenesi, in particolare nell'ippocampo4, una regione cerebrale chiave per l'apprendimento e la memoria, la regolazione ormonale5 e la plasticità sinaptica attraverso l'aumento dei livelli di fattori neurotrofici derivati dal cervello6. Attraverso questi meccanismi, l'esercizio fisico può migliorare la funzione cognitiva e la memoria7,8,9. Ulteriori meccanismi neurobiologici promossi dall'esercizio fisico supportano la salute mentale, tra cui il rilascio di endorfine10, la riduzione del cortisolo11, il miglioramento della qualità del sonno12 e l'inibizione della neuroinfiammazione13. In precedenza abbiamo
Dimostrato che l'esercizio volontario può promuovere la resilienza allo stress cronico e al comportamento ansioso nei topi maschi e femmine14. L'evidenza che l'attività fisica migliora gli esiti della malattia, combinata con la promozione della salute mentale, evidenzia la necessità di strategie per incoraggiare l'attività fisica, compreso l'aumento della nostra comprensione del potenziale preventivo e terapeutico dell'esercizio.

Un metodo per studiare gli effetti dell'esercizio sulla funzione biologica è utilizzare modelli di esercizio di roditori. Questi modelli sono efficaci nell'aumentare la gittata cardiaca e nell'indurre la produzione di lattato a vari livelli a seconda dell'intensità e della frequenza dell'esercizio. I modelli comuni utilizzati per studiare l'effetto terapeutico dell'esercizio includono il nuoto, l'allenamento su tapis roulant e l'allenamento a intervalli ad alta intensità15. Uno svantaggio di alcuni modelli, tuttavia, è l'esercizio involontario o forzato, che potrebbe essere un'esperienza stressante. Ad esempio, quando i topi sono sottoposti a corsa su tapis roulant in un modello di ischemia cerebrale, sono stati segnalati un comportamento elevato simile all'ansia nel test in campo aperto, un aumento dei livelli di corticosterone, danni neuronali o un aumento dei livelli di citochine16. In alternativa, i modelli di esercizio volontario, incluso il VWR, possono evitare l'esperienza potenzialmente stressante, consentendo ai roditori di correre liberamente, senza la necessità di condizionamento o rinforzo17. La VWR viene in genere eseguita fornendo l'accesso continuo a una ruota di corsa in una gabbia che ospita 4-5 topi o gabbie di topi alloggiati in un solo alloggiamento. Pertanto, il VWR fornisce condizioni non stressanti, in quanto non richiede uno stimolo negativo o un intervento diretto da parte dello sperimentatore e può fornire un meccanismo di coping o un'esperienza di arricchimento18,19,20.

L'obiettivo di questo metodo è proporre un protocollo VWR semplice ed economico che consenta il monitoraggio delle metriche di funzionamento individuali con un isolamento minimo. I topi sono alloggiati in gruppo per evitare un isolamento sociale prolungato e i parametri di corsa vengono registrati per i singoli topi isolando i topi in un'arena di corsa per sole 2 ore al giorno. Vengono forniti dettagli per un modello VWR di 6 settimane in cui 10 mouse C57BL/6 hanno avuto accesso alle ruote da corsa per 2 ore al giorno, mentre 10 mouse C57BL/6 hanno avuto accesso alle ruote bloccate. I risultati hanno confermato che questo protocollo VWR è stato in grado di tracciare con successo i parametri di corsa individuali con un isolamento minimo e di mediare gli effetti benefici dell'esercizio sulla memoria spaziale indotta dall'ippocampo nel test di riconoscimento degli oggetti spaziali (SORT).

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Protocollo

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Tutte le procedure sperimentali sono state approvate dal Comitato per la cura e l'uso degli animali dell'Università di Rowan. I topi maschi pesavano tra i 20 e i 27 g e avevano 8-10 settimane all'inizio dello studio. I topi sono stati alloggiati in gruppi di 4, in un ambiente controllato (ciclo luce/buio 12:12 h) con accesso ad libitum a cibo e acqua.

1. Configurazione delle ruote

  1. Sulla circonferenza centrale esterna di ogni ruota, incolla un magnete. Questo magnete verrà rilevato dal censore del tachimetro per monitorare VWR (Figura 1A).
  2. Sul lato opposto della ruota, incollare un oggetto di peso simile al magnete (una moneta) per controbilanciare ed evitare rotazioni indesiderate dovute al peso del magnete.
  3. Crea un palcoscenico per il tachimetro e il volante. Usando un pannello di schiuma bianca, taglia un pezzo di forma complementare alla base della ruota e fissalo alla base con del nastro adesivo (Figura 1B).
  4. Dopo aver inserito un nuovo set di batterie nel tachimetro, impostare le dimensioni della ruota durante la programmazione iniziale misurando la circonferenza esterna della ruota.
  5. Aderisci alla censura del tachimetro sulla piattaforma. Assicurarsi che il censore del tachimetro sia posizionato parallelamente al magnete della ruota per consentire una corretta registrazione del movimento (Figura 1C). Ogni volta che il magnete passa davanti al sensore, conterà come un giro.
  6. Avvolgere il censore e il filo con del nastro adesivo per evitare che il filo venga masticato dai topi (Figura 1D).

figure-protocol-1
Figura 1: Configurazione dell'apparato della ruota da corsa. (A) Un magnete e una moneta incollati (freccia rossa) sui lati opposti del bordo esterno della ruota. (B) Una piattaforma fatta di cartone espanso (freccia rossa) utilizzata come palcoscenico per il censore del tachimetro. (C) Censore del tachimetro sulla piattaforma (freccia rossa); (D) Censura nastrata (freccia rossa) e configurazione del volante finalizzata. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

2. Configurazione dell'apparato

  1. Utilizza l'apparato comportamentale e dividi la scatola di 40 cm x 40 cm x 35 cm (h) in quattro quadranti per testare individualmente quattro topi contemporaneamente.
    1. Taglia due pezzi di pannello di schiuma bianca in base alle seguenti dimensioni: L 30 cm, L 40 cm (Figura 2A).
    2. Al centro del lato largo 40 cm del pannello di schiuma, eseguire un taglio di 20 cm per consentire l'intersezione di due pannelli di schiuma.
    3. Coprire il pannello di schiuma con carta adesiva impermeabile per consentire una facile pulizia tra i gruppi.
    4. Dividi la scatola di 40 cm x 40 cm x 35 cm (h) in quattro quadranti (20 cm x 20 cm x 30 cm (h) utilizzando due pannelli di schiuma che si intersecano (Figura 2B).
  2. Posiziona una ruota preparata (controlla la configurazione delle ruote sopra) nell'angolo di ogni quadrante e fissa il filo al muro. Nastro adesivo dei tachimetri sul lato dell'apparecchio in perspex trasparente (Figura 2C).

figure-protocol-2
Figura 2: Configurazione dell'apparato. (A) Pannello di schiuma tagliato e nastrato; (B) Apparecchio in perspex diviso in quattro quadranti; (C) una ruota posta nell'angolo di un quadrante con il cavo del tachimetro attaccato al muro. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

3. VWR

NOTA: Oltre alle metriche del tachimetro, abbiamo utilizzato un software di tracciamento comportamentale, il sistema di tracciamento comportamentale ANY-maze, per fornire ulteriori informazioni di tracciamento comportamentale.

  1. Effettuare le sessioni VWR ogni giorno, nella fase di luce alla stessa ora ogni giorno (dalle 9:00 alle 11:00). Posiziona i topi senza esercizio in arene identiche per 2 ore ma con le ruote bloccate. Bloccare le ruote con la colla a caldo per immobilizzare il centro di rotazione della ruota e disabilitare la rotazione.
  2. Posizionare i topi nella stanza VWR per abituarsi per 30-60 minuti.
  3. Azzera tutti i tachimetri.
  4. Posiziona ogni mouse nell'angolo del quadrante dove può correre liberamente per 2 ore.
  5. Dopo 2 ore, riporta i topi nella loro gabbia di casa e registra i dati del tachimetro.
  6. Pulisci le arene e le ruote con etanolo al 70% tra i due gruppi.

4. ORDINA

NOTA: Alla fine delle 5 settimane di VWR, è stato condotto SORT per verificare se l'esercizio migliorasse la funzione ippocampale secondo il protocollo pubblicato21.

  1. Effettuare le sessioni di assuefazione e SORT durante la fase di luce in una stanza con illuminazione ambientale. Condurre sessioni di assuefazione un giorno prima di SORT durante le quali spostare i topi in gabbie individuali e portarli nella sala di prova per almeno 30 minuti di acclimatazione.
    1. Assegna uno degli angoli dell'arena come "angolo di rilascio" e assicurati che ogni topo sia posizionato di fronte all'angolo di rilascio per esplorare liberamente l'arena per 6 minuti. Rimetti i topi nella loro gabbia individuale per pulire l'arena con etanolo al 70%.
  2. Ripetere il passaggio 4.1.1 2 volte in modo che ogni mouse esegua tre sessioni di assuefazione. Una volta completate le sessioni di assuefazione, riporta tutti i topi nelle loro gabbie domestiche.
  3. Dopo 24 ore, riportare i topi nella sala di prova e lasciarli abituare in gabbie individuali per 30-60 minuti prima del test.
  4. Fissa due oggetti diversi in modo controbilanciato nell'arena a 6 x 6 cm di distanza da due angoli non staccabili.
  5. Posiziona ogni topo rivolto verso l'angolo di rilascio per esplorare liberamente gli oggetti per 10 minuti. Rimetti i topi nelle loro gabbie individuali per 20 minuti e pulisci gli oggetti e le arene con etanolo al 70%.
  6. Sposta uno dei due oggetti e fissalo a 6 x 6 cm di distanza da un nuovo angolo non staccabile senza modificare la posizione dell'altro oggetto.
  7. Posiziona ogni topo di fronte all'angolo di rilascio per esplorare liberamente gli oggetti per 10 minuti prima di tornare alla gabbia di casa. Registrare questo test utilizzando un software automatizzato per misurare il tempo di indagine per oggetto e calcolare la percentuale di tempo di indagine come segue:
    % tempo di indagine = figure-protocol-3

5. Analisi statistica

  1. Esprimi tutti i dati come media ± SEM.
  2. Eseguire analisi statistiche utilizzando un software di analisi statistica con significatività impostata a p ≤ 0,05. Analizza i risultati del SORT utilizzando il test T dello studente.

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Risultati

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In questo studio, 20 topi maschi C57BL/6 sono stati assegnati in modo casuale a uno dei due gruppi: senza esercizio (NO-EX) o esercizio (VWR) per 6 settimane. I singoli parametri di marcia sono stati registrati quotidianamente sui tachimetri e tracciati sotto ± SEM (Figura 3A-C). Durante le 6 settimane, i topi sono stati più attivi nella settimana 2, durante la quale hanno trascorso in media 2.135,87 ± 351,14 s sulla ruota, percorrendo una distanza di 1,16 ± 0,25 km a una ve...

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Discussione

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

Vari paradigmi di esercizio sono utilizzati dai ricercatori per valutare l'attività fisica e i suoi effetti nei roditori, compresi i paradigmi di corsa volontaria e forzata. Rispetto ai paradigmi dell'esercizio forzato, la VWR consente ai topi di correre liberamente a un'intensità inferiore, riducendo al minimo le condizioni di stress22. Attualmente, i ricercatori possono raccogliere i parametri di esercizio dei singoli topi alloggiandoli singolarmente 23,24,25,26,27,28,29,30,31 o registrare i par...

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Dichiarazioni

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Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
ANY-box 5-Behavior Test SystemStoelting65000https://stoeltingco.com/Neuroscience/ANY-box-Multi-Configuration-Behavior-Apparatus~9838
ciclocomputer bicicletta cablato tachimetri e contachilometriIPSXP N/AQualsiasi tachimetro cablato che misura distsnce, tempo, velocità potrebbe funzionare
Fodera protettiva adesiva trasparente Marca Con-TactN/Ahttps://con-tactbrand.com/products/clear-cover%E2%84%A2-clear-matte?_pos=1&_fid=be2dc000c&_ss=c
GraphPad Prism 
  Adesivo istantaneo 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
Magnete al neodimio Pro MagMagneti applicatiND018-6Se scegli altri magneti, assicurati che siano abbastanza forti da essere rilevati dal censore
  Silent Spinner Ruote per esercizi per piccoli animali (mini 11,4 cm)KayteeSKU# 100079369https://www.kaytee.com/all-products/ ruota per piccoli animali/silenziosa
Pannelli in schiuma biancaPacon5553https://pacon.com/foam-board-350/pacon-foam-board-20-x-30-white-10pkg-2.html

Riferimenti

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