本プロトコルは、マウスの縦断研究におけるストレス関連呼吸変異を減らすための、全身プレキシスモグラフィーの繰り返しトンネルハンドリングおよび環境強化手順を説明しています。
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本プロトコルは、マウスの縦断研究におけるストレス関連呼吸変異を減らすための、全身プレキシスモグラフィーの繰り返しトンネルハンドリングおよび環境強化手順を説明しています。
反復全身プレキシスモグラフィー(WBP)は、マウスの呼吸機能の縦断的評価に広く用いられています。しかし、取り扱いによるストレスは生理学的変動をもたらし、治療効果を混乱させ、実験的再現性を低下させることがあります。従来の尾部操作方法は、繰り返しのセッションで持続的なストレス反応や不十分な慣れを生み出し、実験結果に影響を与える可能性があります。このプロトコルは、繰り返しのWBPセッションにおけるトンネル取り扱いと環境強化を統合した洗練された取り扱いおよびハウジング手法を記述しています。野生型129S1/SvImJマウス6匹(オス3匹、メス3匹)が、10週間の研究を通じてトンネルハンドリングと継続的な環境強化を受けました。動物は繰り返しWBPセッションを受け、順応期間はベースライン、初期研究、中期、後期の各段階で分析されました。初期チャンバー設置時の呼吸頻度(初回0–2分)および安定したベースライン(8–10分)を定量化し、縦方向の順応パターンを評価しました。実施条件下で研究期間全体で徐々に変化が観察されました。初期平均呼吸頻度はベースラインの345±111 SD呼吸から後半の研究セッションでは267±43 SD呼吸/分に減少し、変動係数は減少し(32%から16%)しました。ベースライン呼吸測定も255±67から193±43呼吸/分に減少し(p = 0.033)、後のセッションでの測定安定性の向上と一致しました。行動観察では、排便、排尿、興奮が最小限で落ち着いた順応が示されました。このプロトコルは、マウスで繰り返し呼吸評価を行う実験室に実用的なアプローチを提供します。トンネルでの取り扱いと環境の濃縮は、縦断的なWBP研究において進行的な順応および呼吸変動の減少と関連していました。
全身容積分析(WBP)は、意識があり拘束のない齧歯類の呼吸機能を非侵襲的に評価することを可能にするため、呼吸生理学、吸入毒性学、疾患モデリングの縦断的研究において不可欠なツールとなっています1,2。この技術の主な利点である非侵襲性と繰り返し測定の適性は、疾患の進行、治療介入、曝露時間経過にわたり呼吸器の変化を追跡する際に特に価値があります。GlaabとBraun2は、非侵襲的な頭部外出体容積法が意識のあるマウスにおける肺機能の繰り返し測定に信頼できる方法であり、新たな呼吸器感染症を含む気道疾患のトランスレーショナル研究に不可欠なツールを提供していることを強調しました。しかし、WBP測定の質と再現性は、行動的な静止と一致する低呼吸頻度状態の達成に大きく依存しており、これは取り扱いによるストレスによって損なわれる可能性があります。ストレスの扱いは、生理学的測定を混乱させ、データの質を損なう実験的変動のよく知られているが過小評価されている原因の一つです。標準的な実験室の慣習では、尾を掴んで移動や操作を行う尾の扱いが一般的です 3,4。
標準的な実験室の作業では、尾を尾で掴んで移動や操作を行う尾の扱いが一般的です。GouveiaとHurst3 は、尾の扱いがマウスに不安を引き起こすことを示し、ハンドリングされた動物はトンネルハンドル対照群に比べて、高いプラス迷路で不安様の行動が強いことを示しました。この不安反応は生理的パラメータの変化と関連しています。Rasidら4はWBPを用 いて日常的な検査の呼吸器への影響を定量化し、拘束や取り扱いが性別依存的に微小体積を有意に変化させ、効果が手術後最大24時間持続することを発見しました。これらの取り扱いによる影響の大きさと持続時間は、尾の扱い直後に得られた呼吸測定が安定したベースライン機能ではなく急性ストレス生理学を反映している可能性があることを強調しています。
抑制やストレスの対処に関するより広範な文献は、即時の行動反応を超えた影響を明らかにしています。BuynitskyとMostofsky5 は、拘束ストレスが生理学的、免疫学的、内分泌系、発達過程に与える広範な影響をレビューし、ストレス関連の交絡は研究論文で十分に記録されていないことが多いと強調しました。特に呼吸器検査では、繰り返しの測定が必要になることで問題が複雑化します。各ハンドリングイベントはストレス応答をリセットし、進行的な慣れを制限し、縦断的な時間点で不整合な基準値を生み出す可能性があります。DeLormeとMoss1 は、既知のひずみ間生理学的差異があるマウスを対象に、拘束されたプレキシスモグラフィーと非拘束的なプレキシスモグラフィー法を比較し、抑制されていない単一チャンバーシステムは気道反応性の分析を改善したものの、再現可能なベースライン測定値を得る課題は依然として残っていることを発見しました。
トンネルハンドリングは、マウスが自発的にトンネルに入って輸送するもので、取り扱いによる不安を大幅に軽減するエビデンスに基づく代替手段として浮上しています。この方法の有効性は複数の株や実験的文脈で実証されています。GouveiaとHurstは 、トンネルハンドマウスは尾を持つマウスに比べて、高度なプレイステストでハンドラーとの相互作用意欲が高く、不安様行動が低いことを示し、トンネルが不慣れでも利益が観察されることを示しました。重要なのは、これらの利点が取り扱い直後の期間を超えて及んでいることです。Sensiniら6は、性別を超えたハンドリング技術やハンドリング頻度の効果を調査 し、頻繁な尾の扱いは穴掘りなどの幸福感に関連する行動を減少させ、オスでは絶望的な行動が増加することを発見しました。一方、トンネルハンドリングはオス両性に好まれ、より前向きなアプローチ行動と防御反応の減少と関連しています。さらに、Daviesらは複雑な処置でも尾部を使わない取り扱いの利点が持続することを示しました 。実験室での実験経験、拘束処置中を含む尾の扱いを受けたマウスは、環境刺激に対する反応が向上し、カッピング法やトンネル法のみで扱ったマウスに比べて扱いやすさが低下しました。
方法選択の扱いを超えて、実験的手法への体系的な慣れは、ストレス誘発の変動性をさらに低減する可能性があります。Sorliら8は、抑制ベースのヘッドアウトプレチスモグラフィー(頭部外出プレキシスモグラフィー)のトレーニングを調査し、5日間連続でトレーニングを行うことで耐性が改善し、2日目には行動の安定性が向上しましたが、呼吸パラメータはすべてのセッションで5分以内に安定しました。同様に、Uenoら9は行動テスト前にオスのC57BL/6マウスを繰り返し優しく扱うことで、高度なプラス迷路テストで不安様行動が減少し空間認知が改善されることを示し、ハンドラーとの繰り返し接触が測定可能な慣れ化効果をもたらすことを示しています。これらの発見は、非嫌悪的な取り扱い方法と体系的な慣れ化プロトコルを組み合わせることで、繰り返し測定中の生理的変動を減らす累積的な利益をもたらす可能性を示唆しています。
環境の豊かさはストレス応答性や基底生理に影響を与える追加の要因ですが、その影響は複雑で状況に依存します。エンリッチメントは一般的にポジティブな福祉を促進しますが、過剰または予測不可能なエンリッチメントは、一部の実験文脈では逆説的に生理学的変動やストレス関連行動を増加させることがあります(10,11)。バランスの取れたアプローチでは、ネスト素材などの安定したコア要素を維持しつつ、リッチメント項目の定期的なローテーションによる管理可能な新規性を提供することができ、交絡変数12を導入せずに福祉を最適化できます。リッチメント、取り扱い法、慣れ化プロトコルの相互作用は、繰り返しの呼吸測定の文脈で十分に研究されておらず、これら3つの要素すべてを同時に扱う統合プロトコルの必要性が浮き彫りになっています。
生理的測定に対する取り扱いへの影響が認識されつつあるものの、繰り返しのWBPセッション中の取り扱いストレスを最小限に抑えるための標準化されたプロトコルは依然として限られています。既存のWBPプロトコルは通常、ストレス誘発性の頻呼吸を和らげるために1セッションあたり10〜30分の長期順応期間に依存していますが、基礎的な取り扱い方法やセッションをまたぐ段階的慣れ化の有無を体系的に評価することはほとんどありません。さらに、ほとんどの研究では、動物が行動的な静寂と一致する生理的状態、例えば文献で報告されている静寂状態や睡眠関連の状態に近づく呼吸頻度が近づくかどうか、あるいは急性ストレスから慢性的な低レベルの覚醒への移行があるかどうかは評価していません。ここでは、トンネルハンドリング、バランスの取れた環境豊かさ、そして10週間の縦断研究における繰り返しのWBPセッションを統合したプロトコルを提示します。慣常化に適合する呼吸頻度の進行的変化に伴うアプローチを記述し、セッションごとに初期呼吸頻度を減少させ、文献で報告されている静止状態や睡眠関連の状態に近づく基準測定を含みます。重要なのは、このプロトコルが動物福祉の改良だけでなく、縦断呼吸測定の変動を減らし一貫性を向上させる実験設計の考慮事項としても提示されていることです。
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すべての手順は、マイアミ大学の施設動物ケア・使用委員会(IACUCプロトコル#23-103)が承認したプロトコルに従って実施してください。AAALAC認定のビバリウム施設で、環境条件が機関基準に適合した環境で飼育します。
1. 動物の選定と飼育条件
2. 環境豊か化プロトコル

図1。縦断的全身プレキシスモグラフィー(WBP)研究におけるプロトコル実施および福祉指標。(A) メスのケージから見られた代表的な高品質な巣(ディーコンスコア5)。明確なクレーターを持つよく形成されたドーム構造。(B) ホームケージ内の巣材と組み込まれた透明なポリカーボネート処理トンネル(長さ約10cm×内径5cm)。研究期間中、トンネルはリッチングや取り扱い装置として常設的にケージに置かれていました。(C) 代表的な後期研究の巣質(第10週)で、オス・メス両方のケージで持続的なスコア5の巣作りを示しました。(D) 10週間の調査期間中の巣質スコア。各データポイントは、標準化された5点ディーコンスケール13を用いたケージの週ごとの巣得点を表しており、1=未加工の巣材、5=クレーターのある完全なドーム型巣です。両方のケージは、すべての研究フェーズを通じて一貫したスコア5の巣の質を維持しました。緑色の領域は最適な福祉条件に関連するスコア(スコア4–5)を示します。研究フェーズは、ベースライン(第0週)、初期研究(第2〜3週)、中期研究(第5〜7週)、後期研究(第8〜10週)に対応する色付きの背景領域で示されています。この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
3. トンネル処理の実装
4. WBPセッションプロトコル
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このトンネルハンドリングおよび環境強化プロトコルを、10週間の縦断WBP研究で6匹の野生型129S1/SvImJマウス(オス3匹、メス3匹)に適用した結果、慣れの進行と生理的安定性の向上の証拠が得られました。呼吸頻度の測定は、定期的な縦断間隔で繰り返し実施されたWBPセッションで得られ、4つの研究フェーズ(ベースライン(第0週)、初期研究(第2〜3週)、中期研究(第5〜7週)、後期研究(第8〜10週)からデータを分析しました。 図2 は呼吸頻度変化の定量的な時間経過を示し、初期ストレス応答の減少と基線呼吸測定の安定化を示しています。

図2。繰り返しの...
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このプロトコルは、縦断的なWBPの文脈において、トンネル取り扱い、環境強化、繰り返し曝露を組み合わせた統合的アプローチを記述しています。これらの条件下で、呼吸頻度の測定は繰り返しのセッションにかけて進行的な安定化を示し、覚醒の減少と進行的な慣化と一致しました。成功するプロトコル性能にはいくつかの実装要素が重要と思われます。まず、実験手順を始める前にトンネルハンドリングを導入すべきです。本研究では、マウスは以前にトンネル取り扱いを経験していました。しかし、過去の研究では、コンディショニング期間を短くすることでも効果が得られることが示されています。Sorliら8はヘッドアウトプレシスモグラフィーの5日間トレーニング後に耐性の改善を報告し、GouveiaとHurst3はトンネル操作が初めて未知でも不安様行動の減少を示しました。最適な実施のためには、WBPセッション開始の1〜2週間前にトンネルをケージ内に導入し、自発的な探索と慣れのための十分な時間を確保するべきです。トンネルは、輸送...
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著者たちは、金銭的・その他の利益相反を一切認めていない。
著者たちは、この原稿の文法、文体、全体的な明瞭さの向上においてClaude AI(Anthropic)の協力を認めています。この人工知能ツールは、科学的内容の正確性と完全性を維持しつつ、読みやすさと精度を向上させるための執筆補助として使われました。すべての科学的内容、データ分析、結論は著者の完全な責任であり、原稿に対して全責任を負います。
ロサンゼルス・アサスは、退役軍人省研究開発局メリットレビュー賞(1I01BX006199-01A1)およびマイアミ心臓研究所からの助成金によって支援されています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| アスペンチップ敷材 | 研究用品 | Aspen 323 | アスペンの木くず敷材。使用前にオートクレーブ処理済み。ケージの床に約1cmの深さで配置。 |
| オートクレーブ処理済み水 | 施設提供 | 該当なし | オートクレーブ処理済みの市水を、標準的な水差しを用いて自由に飲めるように供給。 |
| 段ボール管 | 施設提供 | 該当なし | 普通の段ボール製トイレットペーパーの芯。回転して提供する環境改善材及び避難所として使用。 |
| クリンク・アイ・ネスト(照射済み) | The Andersons / 研究用品 | CNKR | 細断した紙製の環境改善材。ガンマ線照射済み。交互週で回転して提供される環境改善材。 |
| ファイントポイントソフトウェア | Data Sciences International | カタログ番号なし | 呼吸データ取得・分析ソフトウェア、バージョン3.0。WBPデータ収集とパラメータ計算に使用。 |
| 個別換気ケージ(IVC)ラック | Allentown | EP5000E | 排気パックIVCラック、140ケージ収容可能。自動換気接続付きの両面高密度システム。 |
| 照射済みラット用配合飼料 | Envigo | T.2918.15 | 標準的な照射済みラット用配合飼料。ワイヤーバーホッパーを用いて自由に食べられるように供給。 |
| マウス転送トンネル | Braintree Scientific | TRANS-TUBE 100X50MM | 透明なポリカーボネート製トンネル、長さ100mm × 内径50mm。オートクレーブ可能で再利用可能。低ストレスな動物転送手順に使用。 |
| ネスレット(照射済み) | 研究用品 | IRR | 圧縮コットン製の巣材(約5cm × 5cm、約2.5g)。ガンマ線照射済み。環境改善材として提供、ケージ1つに1枚。 |
| パウダーフリーニトリル手袋 | Kimberly-Clark | KC500 | 紫色のパウダーフリーニトリル製検査用手袋。すべての動物接触手順時に着用。 |
| 非織布ガーゼスポンジ | Pivetal | 21295040 | 非滅菌、非織布ガーゼスポンジ、4層、4インチ × 4インチ(10.16cm × 10.16cm)。環境改善材として使用。 |
| ペーパータオル | Tork (Essity) | MB 540A | 白い多折り手タオル。回転して提供される環境改善材。 |
| スマートフォンカメラ | Apple | カタログ番号なし | iPhoneスマートフォンカメラ。週次のネストスコア記録に使用。 |
| 全身体積測定システム | Data Sciences International | 10222C(2サイト); 770621(4サイト) | マウス用FinePointe FPシリーズの拘束なし全身体積測定システム。2サイトおよび4サイト構成で利用可能。 |