改善されたラットのトレーニングパフォーマンスのための革新的なランニングホイールベースの​​メ​​カニズム

本手順の全体的な目的は、ポジショニングランニングホイールを用いて、ラットにおける虚血性脳卒中予防に有効な運動量を定量化することです。この手法は、脳卒中予防に関する低分子医薬分野における重要な疑問への回答に寄与します。本手法の主な利点は、ラットの虚血性脳卒中予防に使用可能な、非常に効果的なランニングホイールシステムを提示している点にあります。

中大脳動脈の狭窄結果において、提案したPRWシステムが従来のトレッドミルシステムよりも優れた性能を示したことから、本手法の導入は脳卒中予防の有効性を高めることになります。この方法は脳卒中予防への洞察を提供するだけでなく、アルツハイマー病などの他の疾患モデルにも適用可能です。本手順の実演は、当研究室の技術者であるLing-Yu TangとChung-Ham Wangが行います。

まず、直径55 cm、幅15 cmの透明なアクリル製ランニングホイールを用意します。ラットの出入り口とするため、ランニングホイールの片側に扇形（4分の1円）の開口部を切り出します。次に、アクリルホイールの内側に高摩擦のラバー製トラックを貼り付けます。

次に、ベアリング付きの鉄棒をランニングホイールに接続します。続いて、支持フレームとして機能させるため、ランニングホイールの両側に2つのアクリル製三角柱を配置します。ネジを使用して、厚さ1 mmの半円形透明アクリルシートを2つの三角柱の外側に取り付けます。

アクリル板がランニングホイールの両側から約3 cm離れていることを確認します。この板を用いて赤外線センサーを配置します。そのために、あらかじめ各アクリル板に45度間隔で穴を開けておきます。次に、赤外線センサーと同じサイズの穴を作成します。

ランニングホイールを動作させるには、ブラシレスDCモーターとモータードライバーを使用します。直径10 cmのゴム製ディスクをモーターの中央軸に取り付けます。モーターを支持するための鉄製フレームとバネを用い、モーターの中央軸にあるゴム製ディスクをランニングホイールの外側に接続します。

次に、マイコンを用いてゴム製ディスクを回転させ、ランニングホイールの回転を確認します。その後、0度から135度の間に、片側に4つの赤外線発光体を、その反対側にそれに対応する4つの赤外線受光体を順に設置します。最後に、2枚のアクリル板に取り付けられた4組の赤外線センサーを、シングルコアケーブルでマイコンの汎用ピンに接続し、位置計測付きランニングホイールシステムを構築します。

3週間のトレーニング演習を開始する3日前から、ランニングホイールを手動で操作し、ラットに走行環境に慣れさせます。手動トレーニングでは、ラットがペースについていけなくなるまで、走行速度を徐々に上げます。そうなった時点で、ラットが安定した走行ペースを取り戻すまで速度を下げ、その後、ラットが20 meters per minuteに達するまで、再び徐々に速度を上げます。

3日後、マイコンのスタートボタンを毎週押して、3週間の運動トレーニングを開始します。トレーニングモデルとして、1週目は分速20mで30分間、2週目は分速30mで30分間、3週目は分速30mで60分間、ラットを走らせます。ラットを0度から135度の間、すなわち有効運動領域と定義される範囲で定常走行させます。まず、手術前日および術後7日間、すべての脳卒中ラットにおいて神経学的重症度スコアによる行動評価を行います。

次に、傾斜板を用いてラットの肢強力を測定します。このため、ラットを毎日傾斜登攀装置に置き、試験の1週間前から装置および試験条件に慣らしておきます。試験中は、身体軸が傾斜板の長軸と一致するように、ラットを装置の上部に配置します。

ラットが、25度に設定した傾斜面のゴムリブ付き表面の斜面に沿って留まっていることを確認します。ステッピングモーターに接続されたボールねじを用いて角度を動的に増加させ、ラットが面にしがみついていられる最大角度を決定します。ラットがしがみつけなくなるまで傾斜面の角度を徐々に上げ、滑落イベントを検出します。

最後に、2名の未経験の観察者に、すべての行動テストを独立して検討およびスコア付けさせます。本研究では、脳卒中予防トレーニングにおける効果的な運動活性を定量化するための科学的なアプローチを提示し、提案した手法を検証するために神経学的重症度スコア（M-N-S-S）を用いました。これらの結果は、すべての運動群と対照群の間で有意な差があることを示しており、運動が脳卒中の予防に有益であることが示唆されました。

PRW群は、運動群の中で最も低いスコアを示しており、他のトレーニングシステムよりも優れた神経保護メカニズムを有していることが証明されました。さらに、PRW群は対照群よりも梗塞体積が大幅に小さく、すべての運動群の中で最小であり、脳卒中予防に対するPRWの顕著な効果が裏付けられました。この手法は、適切に実施すれば16時間で完了させることが可能です。

本手順を行う際は、速度、時間、および位置を正確に把握するために、結果とインジケーターを信頼し、それに従って操作することが重要です。本手順の後に、従来の電動ランニングホイールなどの他の手法を用いることで、安定した学習に関するさらなる疑問を解消することができます。この手法の開発により、運動生理学分野の研究者がラットを用いた予防医学を探索する道が開かれました。

このビデオを視聴することで、ラットにおける虚血性脳卒中予防のための非常に効果的なランニングホイールシステムを構築する方法について、十分に理解することができます。