Отслеживание индивидуальных показателей бега у мышей с помощью протокола добровольного бега на колесах, который сводит к минимуму социальную изоляцию
18 апреля 2025 г.
Этот протокол описывает эффективную модель добровольного движения колес, которая может быть реализована в различных исследовательских контекстах. В отличие от других моделей добровольного бега, этот метод позволяет избежать изолированного жилья при отслеживании показателей бега у отдельных мышей.
Наша цель состояла в том, чтобы разработать эффективный и доступный протокол добровольного бега на колесах, который мог бы измерять индивидуальные параметры бега у мышей, сводя к минимуму последствия социальной изоляции. Пробел в текущих протоколах VWR заключается в невозможности точно измерить индивидуальные показатели бега у мышей, не избегая стресса, вызванного изоляцией, или полагаясь на общие данные о производительности клетки. Преимущество нашего протокола заключается в том, что он представляет собой эффективную модель добровольного повторного запуска, подходящую для различных исследовательских контекстов, которая позволяет избежать изолированного жилья и при этом точно отслеживать индивидуальные показатели бега у мышей.
Этот протокол может позволить парадигмам стресса исследовать влияние физических упражнений на поведение мышей, содержащихся в группе, при этом точно измеряя индивидуальные показатели без введения стресса, связанного с изолированным жильем. Для начала нанесите клей на внешнюю среднюю окружность каждого колеса и прикрепите по одному магниту. Этот магнит будет обнаружен датчиком спидометра для контроля произвольного хода колеса.
На противоположной стороне колеса приклейте предмет аналогичного веса, например, монету, чтобы уравновесить и предотвратить нежелательное вращение из-за веса магнита. Вырежьте кусок белой пенопластовой доски в комплиментарной форме к основанию колеса. Обмотайте его водостойкой липкой бумагой, чтобы она служила ступенью для спидометра и колеса.
Вставьте в спидометр свежий комплект батареек. Затем установите размер колеса во время первоначального программирования, измерив внешнюю окружность колеса. Приклейте датчик спидометра к платформе.
Убедитесь, что датчик расположен параллельно магниту колеса, чтобы обеспечить надлежащую запись движения. Оберните датчик и провод клейкой лентой, чтобы предотвратить пережевывание провода мышами. Настройте поведенческий аппарат с коробкой для одновременного тестирования мышей.
Затем разрежьте белый пенопласт на два куска доски длиной 30 сантиметров и шириной 40 сантиметров. Сделайте 20-сантиметровый надрез посередине ширины доски, чтобы обеспечить пересечение двух пенопластовых плит. Затем накройте пенопластовую плиту водостойкой клейкой бумагой, чтобы обеспечить легкую очистку между группами.
С помощью двух пересекающихся пенопластовых досок разделите аппаратный бокс на четыре квадранта. Теперь поместите по одному подготовленному колесу в угол каждого квадранта. Закрепите провода к стене скотчем и прикрепите спидометры к боковой стороне прозрачного аппарата Perspex.
Для мышей без контроля упражнений заблокируйте колеса с помощью горячего клея, чтобы обездвижить центр вращения колеса и отключить вращение. Для добровольного бега по колесам поместите мышей в комнату для добровольного бега по колесам, чтобы они привыкли на 30-60 минут, а затем сбросьте все спидометры перед началом сеанса. Поместите каждую мышь в угол назначенного ей квадранта, где она может свободно работать.
Через два часа верните мышей в их домашнюю клетку и запишите данные спидометра. Очищайте арены и колеса с помощью этанола 70% между группами, чтобы предотвратить загрязнение запахом. Мыши продемонстрировали самую высокую активность произвольного бега по колесам в течение второй недели, проводя в среднем 2 135,87 секунды на колесе, преодолевая 1,16 километра и бегая со скоростью 2,25 километра в час.
Самая низкая активность произвольного бега по колесам была зафиксирована на шестой неделе, когда мыши проводили в среднем 1 136,48 секунды на колесе, преодолевая 0,56 километра и поддерживая скорость 2,21 километра в час. После пяти недель добровольного бега мыши продемонстрировали увеличение времени исследования на 26,87% во время теста на распознавание пространственных объектов, что указывает на улучшение функции гиппокампа.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном протоколе описывается эффективная модель добровольного бега в колесе, которую можно применять в различных исследовательских целях. Этот метод минимизирует последствия социальной изоляции, обеспечивая при этом точный мониторинг индивидуальных показателей бега у мышей.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Поведенческие исследования
- Физиология упражнений
Теоретические сведения
- Современные протоколы добровольного бега в колесе (VWR) часто вызывают стресс, связанный с социальной изоляцией.
- Точное измерение индивидуальных показателей бега у мышей, содержащихся в группах, представляет собой сложную задачу.
- Существующие методы опираются на общие данные о продуктивности всей клетки, что может не отражать индивидуальное поведение.
- Данное исследование направлено на устранение этих недостатков с помощью нового протокола.
Цель исследования
- Разработать протокол добровольного бега в колесе для измерения индивидуальных параметров бега.
- Минимизировать влияние социальной изоляции на мышей во время физических нагрузок.
- Облегчить проведение стресс-парадигм для изучения влияния физических упражнений на поведение.
Используемые методы
- Нанесение клея и крепление магнита к колесу для мониторинга скорости.
- Отслеживание индивидуальных показателей бега у мышей, содержащихся в группах.
- Реализация протокола в различных контекстах исследований.
- Сравнение результатов с традиционными моделями VWR.
Основные результаты
- Протокол позволяет успешно отслеживать индивидуальные показатели бега, не вызывая стресса от изоляции.
- Он дает возможность изучить влияние физических нагрузок на поведение в социальных условиях.
- Результаты указывают на повышение точности измерения индивидуальных показателей.
- Данная модель может быть адаптирована для различных дизайнов экспериментов.
Выводы
- Данный протокол произвольного бега в колесе эффективен для изучения физических нагрузок у мышей.
- Он устраняет недостатки предыдущих моделей, связанные с социальной изоляцией.
- Метод расширяет понимание влияния физических упражнений на поведение.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Количественная оценка индивидуальных показателей физической активности у мышей, содержащихся в группах, восполняет критический пробел в доклинических исследованиях поведения и нейробиологии. Данный протокол позволяет с высокой точностью измерять произвольную активность без влияния стресса, вызванного изоляцией, что способствует созданию более прогностических и трансляционно значимых моделей. Этот подход повышает достоверность установления связи между вызванными физическими упражнениями поведенческими изменениями и лежащими в их основе механизмами, что важно для этапов первичного поиска и валидации мишеней.
Стратегическое применение в исследованиях и разработках биофармацевтики
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет проводить точный анализ влияния физических упражнений на нейроповеденческие показатели у отдельных животных.
- Способствует снижению рисков при изучении механизмов за счет минимизации искажающих факторов, вызванных изоляцией в поведенческих исследованиях.
- Повышает прогностическую достоверность при валидации мишеней в путях, модулируемых физической нагрузкой.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированное и воспроизводимое измерение произвольной активности в различных когортах.
- Предоставляет количественные данные, пригодные для последующего поведенческого или фармакологического скрининга.
- Обеспечивает масштабируемость анализа и возможность его повторного использования в различных поведенческих парадигмах.
Трансляционные и доклинические исследования
- Приводит доклинические поведенческие модели в соответствие с условиями социального содержания, релевантными для конкретного заболевания.
- Обеспечивает преемственность этапов от поиска до доклинической валидации за счет снижения артефактов, вызванных стрессом.
- Улучшает принятие решений о продвижении воздействий, связанных с физическими упражнениями, с учетом скорректированного риска.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный протокол интегрируется в начальный этап поиска и доклинических исследований, обеспечивая связь между поведенческим фенотипированием, механистическими исследованиями и валидацией мишеней.
- Открывающая биология: Позволяет проверять гипотезы о нейроповеденческих изменениях, вызванных физическими нагрузками, без влияния факторов, связанных с изоляцией.
- Скрининг: Обеспечивает воспроизводимые количественные показатели активности для разработки анализов и оценки соединений.
- Аналитика: Предоставляет данные о беге на индивидуальном уровне, что позволяет проводить надежные статистические сравнения между экспериментальными группами.
- Трансляционные исследования: Повышают релевантность моделируемых заболеваний за счет моделирования физических нагрузок у животных, содержащихся в социальных группах.
- Корпоративное повторное использование: Предлагает масштабируемую и адаптируемую платформу для многократного применения в протоколах поведенческих исследований и нейробиологии.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает точность прогнозов и снижает механистическую неопределенность в поведенческих исследованиях.
- Операционная ценность: стандартизирует измерения и минимизирует влияние вмешивающихся факторов, что повышает воспроизводимость.
- Стратегическая ценность: способствует более обоснованному принятию решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет снижения биологических рисков на поздних этапах.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритезацию мишеней и методов вмешательства, модулируемых физическими упражнениями, с учетом рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт в организации поведенческих тестов и интерпретации полученных данных.
- Необходимо оборудование для индивидуального отслеживания вращения колеса и сбора данных.
- Требуется стандартизация протокола выполнения и анализа данных между исследовательскими группами.
- Метод адаптируем к различным моделям мышей и поведенческим конечным точкам.
- Потенциальные ограничения включают необходимость калибровки и технического обслуживания устройств.
