Śledzenie indywidualnych wskaźników biegania u myszy przy użyciu dobrowolnego protokołu uruchamiania koła, który minimalizuje izolację społeczną
18 kwietnia 2025
Ten protokół opisuje skuteczny model dobrowolnego działania w kółko, który może być zaimplementowany w różnych kontekstach badawczych. W przeciwieństwie do innych modeli uruchamiania dobrowolnego, ta metoda pozwala uniknąć izolacji podczas śledzenia metryk biegania u poszczególnych myszy.
Naszym celem było opracowanie skutecznego i niedrogiego dobrowolnego protokołu biegania na kółku, który mógłby mierzyć indywidualne parametry biegu u myszy, jednocześnie minimalizując skutki izolacji społecznej. Luka w obecnych protokołach VWR polega na niemożności dokładnego pomiaru poszczególnych parametrów pracy u myszy bez unikania stresu wywołanego izolacją lub polegania na ogólnych danych dotyczących wydajności klatek. Zaletą naszego protokołu jest przedstawienie wydajnego modelu dobrowolnego ponownego uruchamiania, odpowiedniego dla różnych kontekstów badawczych, który pozwala uniknąć izolacji, jednocześnie dokładnie śledząc indywidualne wskaźniki biegowe u myszy.
Protokół ten może pozwolić paradygmatom stresu na zbadanie wpływu ćwiczeń na zachowanie myszy trzymanych w grupie, przy jednoczesnym dokładnym pomiarze indywidualnych wskaźników bez wprowadzania stresu związanego z izolacją. Na początek nałóż klej na zewnętrzny środkowy obwód każdego koła i przymocuj jeden magnes. Magnes ten zostanie wykryty przez czujnik prędkościomierza w celu monitorowania dobrowolnego biegu koła.
Po przeciwnej stronie koła przyklej przedmiot o podobnej wadze, taki jak moneta, aby zrównoważyć i zapobiec niepożądanemu obrotowi z powodu ciężaru magnesu. Wytnij kawałek białej piankowej deski w uzupełniającym kształcie do podstawy koła. Przyklej go wodoodpornym papierem samoprzylepnym, aby służył jako stolik dla prędkościomierza i koła.
Włóż nowy zestaw baterii do prędkościomierza. Następnie ustaw rozmiar koła podczas początkowego programowania, mierząc zewnętrzny obwód koła. Przyklej czujnik prędkościomierza do platformy.
Upewnij się, że czujnik jest umieszczony równolegle do magnesu koła, aby umożliwić prawidłowe rejestrowanie ruchu. Owiń czujnik i przewód taśmą klejącą, aby zapobiec gryzieniu drutu przez myszy. Skonfiguruj aparat behawioralny z pudełkiem, aby jednocześnie testować myszy.
Następnie pokrój białą piankę na dwa kawałki deski o długości 30 centymetrów i szerokości 40 centymetrów. Wykonaj 20-centymetrowe nacięcie na środku szerokości deski, aby umożliwić przecięcie dwóch desek piankowych. Następnie przykryj płytę piankową wodoodpornym papierem samoprzylepnym, aby umożliwić łatwe czyszczenie między grupami.
Użyj dwóch przecinających się płyt piankowych, aby podzielić skrzynkę aparatu na cztery ćwiartki. Teraz umieść jedno przygotowane koło w rogu każdej ćwiartki. Przymocuj przewody do ściany taśmą i przymocuj prędkościomierze z boku przezroczystego aparatu z pleksiglasu.
W przypadku myszy bez kontroli ćwiczeń zablokuj koła za pomocą gorącego kleju, aby unieruchomić środek obrotu koła i wyłączyć obrót. W przypadku dobrowolnego biegania po kole umieść myszy w pomieszczeniu do dobrowolnego biegania na kole, aby przyzwyczaiły się przez 30 do 60 minut, a następnie zresetuj wszystkie prędkościomierze przed rozpoczęciem sesji. Umieść każdą mysz w rogu przypisanej jej ćwiartki, w którym może swobodnie biegać.
Po dwóch godzinach wróć myszy do ich klatki domowej i zapisz dane prędkościomierza. Oczyść areny i koła 70% etanolem między grupami, aby zapobiec zanieczyszczeniu zapachem. Myszy wykazały najwyższą dobrowolną aktywność biegania na kole w drugim tygodniu, spędzając średnio 2 135,87 sekundy na kole, pokonując 1,16 kilometra i biegając z prędkością 2,25 kilometra na godzinę.
Najniższą dobrowolną aktywność związaną z bieganiem na kole odnotowano w szóstym tygodniu, przy czym myszy spędzały średnio 1 136,48 sekundy na kole, pokonując 0,56 kilometra i utrzymując prędkość 2,21 kilometra na godzinę. Po pięciu tygodniach dobrowolnego biegania w kółko, myszy wykazały 26,87% wzrost czasu badania podczas testu rozpoznawania obiektów przestrzennych, co wskazuje na poprawę funkcji hipokampa.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy protokół opisuje skuteczny model dobrowolnego biegania w kołowrotku, który może być zastosowany w różnych kontekstach badawczych. Model ten minimalizuje skutki izolacji społecznej, zapewniając jednocześnie dokładne śledzenie indywidualnych parametrów biegania u myszy.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- neuronauka
- badania behawioralne
- fizjologia wysiłku fizycznego
Wstęp
- Obecne protokoły dobrowolnego biegania w kołowrotku (VWR) często wywołują stres związany z izolacją społeczną.
- Dokładny pomiar indywidualnych parametrów biegania jest trudny w przypadku myszy utrzymywanych w grupach.
- Istniejące metody opierają się na ogólnych danych dotyczących wydajności klatki, co może nie odzwierciedlać indywidualnych zachowań.
- Celem niniejszego badania jest rozwiązanie tych problemów za pomocą nowego protokołu.
Cel badania
- Opracowanie protokołu dobrowolnego biegania na kołowrotku w celu pomiaru indywidualnych parametrów biegu.
- Zminimalizowanie wpływu izolacji społecznej na myszy podczas ćwiczeń.
- Ułatwienie realizacji paradygmatów stresowych badających wpływ ćwiczeń na zachowanie.
Zastosowane metody
- Nakładanie kleju i mocowanie magnesu do koła w celu monitorowania prędkości.
- Śledzenie indywidualnych wskaźników aktywności biegowej u myszy utrzymywanych w grupach.
- Implementacja protokołu w różnych kontekstach badawczych.
- Porównanie wyników z tradycyjnymi modelami VWR.
Główne wyniki
- Protokół skutecznie monitoruje indywidualne wskaźniki biegu bez wywoływania stresu związanego z izolacją.
- Umożliwia on badanie wpływu ćwiczeń na zachowanie w środowisku społecznym.
- Wyniki wskazują na poprawę dokładności pomiaru indywidualnych wyników.
- Model jest dostosowywalny do różnych planów eksperymentalnych.
Wnioski
- Ten protokół dobrowolnego biegania w kołowrotku jest skuteczny w badaniu wysiłku fizycznego u myszy.
- Rozwiązuje on ograniczenia poprzednich modeli związane z izolacją społeczną.
- Metoda ta pogłębia zrozumienie wpływu ćwiczeń fizycznych na zachowanie.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ilościowa ocena poszczególnych wskaźników wysiłku fizycznego u myszy utrzymywanych w grupach wypełnia istotną lukę w przedklinicznych badaniach behawioralnych i neurobiologicznych. Niniejszy protokół umożliwia precyzyjny pomiar aktywności dobrowolnej bez wpływu stresu izolacyjnego, co wspiera tworzenie bardziej prognostycznych i relewantnych translacyjnie modeli. Podejście to zwiększa pewność w wiązaniu behawioralnych zmian wywołanych wysiłkiem z mechanizmami leżącymi u ich podstaw, co usprawnia wczesne odkrycia i walidację celów terapeutycznych.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia precyzyjną analizę wpływu wysiłku fizycznego na punkty końcowe neurobehawioralne u poszczególnych zwierząt.
- Wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez minimalizację czynników zakłócających wywołanych izolacją w badaniach behawioralnych.
- Zwiększa pewność prognostyczną w walidacji celów w szlakach modulowanych przez wysiłek fizyczny.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Umożliwia ustandaryzowany i powtarzalny pomiar aktywności dobrowolnej w różnych kohortach.
- Zapewnia dane ilościowe odpowiednie do późniejszego przesiewu behawioralnego lub farmakologicznego.
- Umożliwia skalowalność testu oraz jego ponowne wykorzystanie w zróżnicowanych paradygmatach behawioralnych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Ujednolica przedkliniczne modele behawioralne z warunkami zakwaterowania społecznego istotnymi dla przebiegu choroby.
- Wspiera ciągłość procesu od etapu odkrycia do przedklinicznej walidacji poprzez redukcję artefaktów stresowych.
- Usprawnia decyzje o rozwoju interwencji związanych z aktywnością fizyczną w oparciu o analizę ryzyka.
Integracja potoków i przepływów pracy
Niniejszy protokół integruje wczesny etap odkrywania leków z badaniami przedklinicznymi, łącząc fenotypowanie behawioralne z badaniami mechanistycznymi i walidacją celu terapeutycznego.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia testowanie hipotez dotyczących zmian neurobehawioralnych indukowanych wysiłkiem fizycznym bez zakłóceń wynikających z izolacji.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalnych, ilościowych wskaźników aktywności niezbędnych do opracowywania testów i oceny związków.
- Analityka: Dostarcza danych o bieganiu na poziomie indywidualnym, co pozwala na przeprowadzenie rzetelnych porównań statystycznych między grupami eksperymentalnymi.
- Badania translacyjne: Zwiększają istotność kliniczną w kontekście chorób poprzez modelowanie wysiłku fizycznego u zwierząt utrzymywanych w grupach społecznych.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwach: Oferuje skalowalną i adaptacyjną platformę do wielokrotnego zastosowania w procesach badawczych z zakresu behawiorystyki i neurobiologii.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach behawioralnych.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje pomiary i minimalizuje zmienne zakłócające, poprawiając powtarzalność.
- Wartość strategiczna: Wspiera lepsze podejmowanie decyzji typu go/no-go oraz efektywność kapitałową poprzez redukcję biologicznego ryzyka na późnych etapach.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację celów i interwencji modulowanych wysiłkiem fizycznym z uwzględnieniem ryzyka.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie przygotowania testów behawioralnych i interpretacji danych.
- Wymaga aparatury do indywidualnego śledzenia aktywności na kołach i rejestracji danych.
- Wymaga standaryzacji międzyzespołowej w zakresie wykonywania protokołu i analizy danych.
- Możliwość adaptacji do różnych modeli mysich i różnych punktów końcowych badania zachowania.
- Potencjalne ograniczenia obejmują kalibrację urządzeń oraz wymagania dotyczące ich konserwacji.
