方法論記事

社会的孤立を最小限に抑える自発的なホイールランニングプロトコルを使用したマウスの個々のランニングメトリクスの追跡

DOI：

10.3791/67960

⸱

2025年4月18日

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

この記事について

サマリー

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

このプロトコルは、さまざまな研究状況で実装できる効果的な自発的なホイールランニングモデルを記述しています。他の自発的なランニングモデルとは異なり、この方法は、個々のマウスのランニングメトリクスを追跡しながら、アイソレーションハウジングを回避します。

要約

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

げっ歯類の自発的なホイールランニング(VWR)は、パフォーマンスと持久力を評価し、運動をシミュレートするために使用されます。能動的な動きを誘発するために嫌悪刺激を必要とする他の運動パラダイムとは対照的に、ホイールランニングは自発的です。VWRは通常、マウスホームケージ内にランニングホイールを配置することで構成されます。しかし、運動パラメータの分析は、通常、マウスが個別に飼育されている場合にのみ実施できますが、マウスがグループ飼育されている場合は、ケージ全体の効果を報告できます。したがって、現在のモデルでは、実験者は、単一飼育マウスで個々の運動パラメータを測定するか、グループ飼育マウスでグループ効果を測定するかを選択することを余儀なくされています。研究課題やモデルによっては、これが制限される可能性があります。

したがって、この方法の目標は、個々のマウスの実行パラメータを最小限にとどめて、マウスモデルでVWRを評価するプロトコルを実証することです。デバイスのデザイン、術前準備、実験のセットアップについてレポートします。このVWRモデルを使用した6週間のトレーニングプロトコルの結果は、運動の臨床効果に匹敵する、空間物体認識記憶を増加させるのに十分な刺激を提供することを示唆しています。このシンプルで安価なモデルは、ホイール活動の複数の測定に対するVWRの影響の調査を容易にし、実験結果を制限または影響を与える可能性のある要因を最小限に抑えます。

概要

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

運動は、生理学的および心理的健康に有益な影響を与え、多くの疾患の病態生理を改善することができます1.身体活動は健康寿命にとって重要であり、世界保健機関(WHO)は2020年に、身体活動を増やすと、精神障害を含む多くの病気のリスクが低下すると報告しました2。運動は、病気の予防に加えて、血流を刺激することで脳機能を強化することができます3、特に学習と記憶の重要な脳領域である海馬4、ホルモン調節5、脳由来の神経栄養因子レベルの増加によるシナプス可塑性を誘発します6。これらのメカニズムを通じて、運動は認知機能と記憶を改善することができます7,8,9.運動によって促進される追加の神経生物学的メカニズムには、エンドルフィンの放出10、コルチゾールの減少11、睡眠の質の改善12、神経炎症の抑制13などがあります。以前は
自発的な運動が、オスとメスのマウス14の慢性的なストレスや不安様行動に対する回復力を促進できることを実証しました。身体活動が疾患の転帰を改善するという証拠は、メンタルヘルスの促進と相まって、運動の予防的および治療的可能性についての理解を深めるなど、身体活動を奨励する戦略の必要性を強調しています。

運動が生物学的機能に及ぼす影響を研究する一つの方法は、運動のげっ歯類モデルを使用することです。これらのモデルは、運動強度と頻度に応じて、心拍出量を増加させ、乳酸産生をさまざまなレベルに誘導するのに効果的です。運動の治療効果を研究するために使用される一般的なモデルには、水泳、トレッドミルトレーニング、高強度インターバルトレーニングなどがあります15。ただし、一部のモデルの欠点は、非自発的または強制的な運動であり、ストレスの多い経験になる可能性があります。例えば、モデル脳虚血傷害でマウスをトレッドミル走行にさらすと、オープンフィールド試験での不安様行動の上昇、コルチコステロンレベルの上昇、ニューロンの損傷、またはサイトカインレベルの上昇が報告されています16。あるいは、VWRを含む自発的な運動モデルにより、ストレスの多い可能性のある経験を避けることができ、げっ歯類はコンディショニングや強化を必要とせずに自由に走ることができます17。VWRは、通常、4〜5匹のマウスまたは単一飼育マウスのケージを収容するケージ内の走行ホイールへの連続的なアクセスを提供することによって実行されます。したがって、VWRは、実験者からの負の刺激や直接の介入を必要とせず、対処メカニズムやエンリッチメント体験を提供する可能性があるため、ストレスのない条件を提供します18,19,20。

このメソッドの目標は、最小限の分離で個々の実行中のメトリクスの追跡を可能にする、シンプルで安価なVWRプロトコルを提案することです。マウスは、長期にわたる社会的孤立を避けるためにグループで飼育され、ランニングパラメータは、マウスをランニングアリーナで2時間/日だけ隔離することにより、個々のマウスについて記録されます。詳細は、10匹のC57BL/6マウスが2時間/日のランニングホイールにアクセスでき、10匹のC57BL/6マウスがロックされたホイールにアクセスできた6週間のVWRモデルについて提供されています。その結果、このVWRプロトコルは、空間物体認識テスト(SORT)において、最小限の分離で個々のランニングパラメータを追跡し、海馬誘発性空間記憶に対する運動の有益な効果を媒介することに成功したことが確認されました。

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プロトコル

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すべての実験手順は、ローワン大学の動物管理および使用委員会によって承認されました。雄マウスの体重は20gから27gで、研究開始時の年齢は8〜10週齢でした。マウスは、制御された環境(12:12時間の明暗サイクル)で、食物と水への自由なアクセスで、4匹のグループで飼育されました。

1. ホイールのセットアップ

  1. 各ホイールの外側の中央円周に、1つの磁石を接着します。この磁石は、VWRを監視するために速度計のセンサーによって検出されます(図1A)。
  2. ホイールの反対側で、磁石と同様の重量の物体(コイン)を接着して、磁石の重量による不要な回転を防ぎ、釣り合います。
  3. スピードメーターとホイールのステージを作成します。白い発泡スチロールボードを使用して、ホイールの基部に補完的な形状の部分を切り取り、それを基部にテープで貼り付けます（図1B)。
  4. 新しいバッテリーのセットをスピードメーターに挿入した後、初期プログラミング中にホイールの外周を測定してホイールサイズを設定します。
  5. スピードメーターの検閲をプラットフォームに貼り付けます。速度計のセンサーがホイールの磁石と平行に配置されていることを確認して、動きを適切に記録できるようにします（図1C)。磁石がセンサーを通過するたびに、1回転としてカウントされます。
  6. マウスによるワイヤーの噛み傷を避けるために、センサーとワイヤーをダクトテープで包みます(図1D)。

figure-protocol-1
図1:走行車装置のセットアップ。(A)磁石とコインを車輪の外縁の反対側に接着(赤い矢印)。(B)速度計のセンサーのステージとして使用される発泡スチロールボード(赤い矢印)で作られたプラットフォーム。(C)プラットフォーム上のスピードメーターの検閲官(赤い矢印)。(D)テープで留められたセンサー(赤い矢印)と完成したホイールのセットアップ。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

2. 装置のセットアップ

  1. 行動装置を利用し、40 cm x 40 cm x 35 cm(h)のボックスを4つの象限に分割して、4匹のマウスを同時に個別にテストします。
    1. L 30 cm、W 40 cm(図2A)の寸法に基づいて、2枚の白い発泡スチロールボードをカットします。
    2. 発泡スチロールボードの幅40cmの辺の中央に、2枚の発泡スチロールボードが交差するように20cmの切り込みを入れます。
    3. フォームボードを防水粘着紙で覆うと、グループ間で簡単に掃除できます。
    4. 40 cm x 40 cm x 35 cm (h) のボックスを 4 つの象限 (20 cm x 20 cm x 30 cm (h) ) に分割し、交差する 2 つのフォーム ボード (図 2B) を使用します。
  2. 準備したホイールを1つ(上記のホイールのセットアップを確認してください)をすべての象限の隅に配置し、壁にワイヤーをテープで貼り付けます。透明なパースペックス装置の側面にあるテープ速度計(図2C)。

figure-protocol-2
図2:装置のセットアップ。(A)発泡スチロールボードをカットしてテープで固定します。(B)4つの象限に分割されたパースペックス装置。(C)1つのホイールを象限の隅に配置し、速度計のワイヤーを壁にテープで固定します。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

3. VWRの

注:速度計の指標に加えて、行動追跡ソフトウェアであるANY-maze行動追跡システムを利用して、追加の行動追跡情報を提供しました。

  1. VWRセッションは、毎日同じ時間(午前9時から午前11時00分まで)に光期に実施します。運動をしないマウスを同じアリーナに2時間置きますが、ホイールはロックされています。ホットグルーを使用してホイールをロックし、ホイールの回転中心を固定し、回転を無効にします。
  2. マウスをVWRルームに置き、30〜60分間慣れさせます。
  3. すべてのスピードメーターをリセットします。
  4. 各マウスを象限の隅に配置し、2時間自由に実行できる場所に置きます。
  5. 2時間後、マウスを自宅のケージに戻し、速度計のデータを記録します。
  6. アリーナとホイールを70%エタノールで両方のグループ間で清掃します。

4. ソート

注:VWRの5週間の終わりに、SORTは、公開されたプロトコルに従って海馬機能を改善するかどうかをテストするために実施されました21。

  1. 慣れセッションを実施し、周囲の照明のある部屋で光の段階でSORTします。SORTの前日に慣れセッションを実施し、その間にマウスを個々のケージに移動し、少なくとも30分間の順応のために試験室に連れて行きます。
    1. アリーナのコーナーの1つを「リリースコーナー」として割り当て、すべてのマウスがリリースコーナーを向いて配置され、アリーナを6分間自由に探索できることを確認します。
  2. 手順4.1.1を2回繰り返して、各マウスが3回の慣れセッションを経るようにします。慣れセッションが完了したら、すべてのマウスを自宅のケージに戻します。
  3. 24時間後、マウスを試験室に戻し、試験前に30〜60分間個々のケージで慣らします。
  4. 2つの非リリースコーナーから6 x 6 cm離れたアリーナに、2つの異なるオブジェクトをカウンターバランスの方法で取り付けます。
  5. 各マウスをリリースコーナーに向けて置き、10分間オブジェクトを自由に探索します。マウスを20分間個々のケージに戻し、70%エタノールでオブジェクトとアリーナを清掃します。
  6. 2 つのオブジェクトのいずれかを移動し、他のオブジェクトの位置を変更せずに、新しい非リリース コーナーから 6 x 6 cm 離して貼り付けます。
  7. 各マウスをリリースコーナーに向けて置き、ホームケージに戻る前に10分間オブジェクトを自由に探索します。自動化されたソフトウェアを使用してこのテストを記録し、オブジェクトごとの調査時間を測定し、次のように調査時間の割合を計算します
    % 調査時間 = figure-protocol-3

5. 統計分析

  1. すべてのデータをSEM±平均として表します。
  2. 有意性をp ≤ 0.05に設定した統計解析ソフトウェアを使用して、統計解析を実行します。スチューデントのT検定を使用してSORT結果を分析します。

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結果

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

この研究では、20匹のC57BL/6雄マウスを、運動なし(NO-EX)または運動(VWR)の2つのグループのいずれかに6週間ランダムに割り当てました。個々のランニングパラメータは、毎日スピードメーターに記録され、SEMの下にプロットされました(図3A-C)±)。6週間を通じて、マウスは2週目に最も活発になり、その間、平均2,135.87秒±351.14秒をホイールに費やし、2.25 km/h±0.14 kmの速度で1.16 ± 0.25 kmの距離を移動しました。対照的に、最も低いVWRパラメータは第6週に報告され、平均時間は1,136.48秒±136.61秒、平均距離は0.56±0.08km、平均速度は2.21±0.14km/hでした。VWRの5週間後、マウスは、海馬機能に対する運動の利点を翻訳する際のこのプロトコルの有効性をテストするためにSORTを受けました。SORTの結果は、海馬機能（P = 0.0051）(図3D)に対するVWRの影響を反映して、天体の新しい位置の調査時間が26.87%大幅に増...

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ディスカッション

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

研究者は、げっ歯類における身体活動とその影響を評価するために、自発的および強制的なランニング パラダイムを含むさまざまな運動パラダイムを使用しています。強制運動パラダイムと比較して、VWRはマウスがより低い強度で自由に走ることを可能にし、ストレスの多い状態を最小限に抑えます22。現在、研究者は、個々のマウスをシングルハウジングして23、24、25、26、27、28、29、30、31 を収集した...

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開示事項

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

著者には開示すべき利益相反はありません。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
ANY-box 5動作テストシステムstoelting65000https://stoeltingco.com/Neuroscience/ANY-box-Multi-Configuration-Behavior-Apparatus~9838
自転車コンピュータ自転車有線速度計と走行距離計IPSXP N / A任意の有線スピードメーターは、meausre distsnce、時間、速度は、
クリア接着剤保護ライナー をCon-Tact BrandN/Ahttps://con-tactbrand.com/products/clear-cover%E2%84%A2-clear-matte?_pos=1&_fid=be2dc000c&_ss=c
GraphPad Prism 
 インスタント接着剤 496 スーパーボンダーロックタイトS-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 ネオジム磁石応用磁石ND018-6他の磁石を選択する場合は、検閲で検出できるほど強力であることを確認してください
 サイレントスピナー小動物エクササイズホイール(ミニ11.4 cm)KayteeSKU#100079369https://www.kaytee.com/all-products/ 小動物/サイレントスピナーホイール
ホワイトフォームボードPacon5553https://pacon.com/foam-board-350/pacon-foam-board-20-x-30-white-10pkg-2.html
動作させることができます。

参考文献

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