豊かな環境の住宅マウス用のプロトコル

1Department of Molecular Virology, Immunology, and Medical Genetics, and Comprehensive Cancer Center, The Ohio State University
Published 6/08/2015
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Behavior
 

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Slater, A. M., Cao, L. A Protocol for Housing Mice in an Enriched Environment. J. Vis. Exp. (100), e52874, doi:10.3791/52874 (2015).

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Abstract

Introduction

環境エンリッチメント(EE)は、動物1にストレスを与えていない、複雑で困難な環境の影響を調査するために使用した実験パラダイムです。 EEは、順番に、感覚、認知、運動、社会的刺激2を増加させる増加した空間、身体活動、および社会的相互作用からなる動物飼育技術です。住宅環境でイグルー、走行車輪、受け皿ホイール、チューブ迷路、および他の目的は、探査との相互作用を促進することによって、この感覚、認知、社会的、および運動刺激を促進します。エンクロージャ内のオブジェクトのレイアウトは、マウスを適応することを余儀なくされた、新しい環境を提供するために定期的に変更されます。この戦略は、より嫌悪、敵対的な環境や不適応な苦痛3,4とは対照的に、eustressとして知られ、有益な良性、および健康な適応応答を誘導し、軽度と簡単な課題を提供しています。 eustressを促進し、有害な苦痛を制限することにより、マウス有利な表現型の多様性を示しています。

伝統としてストレスの1と考える要素を欠いながらEEは、アプリケーションの広い範囲で信頼性の高い実験モデルです。げっ歯類のEEの効果は半世紀以上も研究されてきました。 1960年代初頭の研究は、皮質コリンエステラーゼのレベルが減少し、皮質下コリンエステラーゼのレベルが増加したリビングスペース、ラットの数が増加し、木のおもちゃ、迷路、およびプラットフォーム5,6の様々な環境下で飼育したラットで増加したことを示しました。また、EEは、異なる年齢や遺伝的背景のマウスでは脳、行動、および代謝の多くの適応変化と関連しています。したがって、EEは、マウスの環境の影響を研究する実験の広い範囲のために有用なパラダイムです。 EE効果は1週間暴露限り迅速マウスで観察することができ、及び18ヶ月7として古いなどの動物に見られます。 EEは、Uが多いです機能の回復、学習および記憶2を研究するために神経科学と神経行動学の実験でのsed。また、EEは、毒素誘起およびハンチントン病、アルツハイマー病、パーキンソン病、てんかん、脳卒中などのヒト神経疾患のトランスジェニック動物モデルの様々な表現型にかなりの影響を有し、かつ2以上です。

しかし、長年にわたって濃縮の設計が困難に異なる研究所からの研究の間で比較を行うとの矛盾がありました。例えば、上記で言及した人間の神経学的疾患に関連し、EEの効果に関する研究のそれぞれは、濃縮にパラメータを変化させていました。ハンチントン病の研究は、段ボール箱、トンネル、およびシート、ならびに2日ごとに8,9変更された木製やプラスチック製のオブジェクトを含む大きなケージ中4-6マウス(44×28のx 12.5センチメートル3)を収容しました。アルツハイマー病で行われた研究の一つ#8217; sが2走行車輪、プラスチックチューブ、段ボール箱、変更または10週毎に再配置されたネスティング材料を含むより大きなケージ(1メートル3)で20匹のマウスを収容しました。 EEの多くのセットアップは、上で実行するかで非表示にするようなオブジェクトと同様のテーマを持って、まだEEハウジング、リビングエリア、および環境の変化の周期あたりのマウスの数はあまり変化します。

EEの一貫性のないデザインは、EE効果の失敗した複製につながっています。がんと代謝に関する我々のデータは、一緒に刺激の組み合わせが有意な抗癌および抗肥満効果14,15に、以下の詳細なEEハウジングプロトコルリードで提供することを示唆しています。しかし、1に見られるように、EEの成果に影響を与える可能性のある別のラボで採択されたEEの設定の違いは、マウス11に移植された特定の癌腫瘍の増殖にEEの効果を再現する試みに失敗しました。異なる結果があちこちに至るまで、様々な理由のが原因である可能性があり住宅設備11を洗浄するために使用される界面活性剤の種類の腫瘍細胞培養物の異なる成長速度をメートル。我々の実験で見られた結果を再現するためには、濃縮および畜産の特定の設計が必要です。次の手順では、他の研究者が正常に私たちの有効な濃縮モデルを複製することができますEEハウジングを詳述します。

Protocol

以下の手順は、オハイオ州立大学の施設内動物管理使用委員会(IACUC)によって承認されています。

住宅マウスの前に豊かな環境の作製

  1. 清掃や楽器を維持します。
    1. ケージ洗浄を介して大濃縮ビン(120センチメートル×90センチ×76センチメートル)を実行します。典型的な動物施設ケージ洗浄プロトコルは、82ºCに達する最後のサイクルで5〜6回の洗浄サイクルを、含まれています。全体の洗浄は、約40分を取る必要があります。ビンを空気乾燥させます。
      1. 大きな濃縮ビン、およびその他の住宅機器は、ケージ洗浄液を介して送信することができない場合は、製造業者の説明書に従って殺胞子殺菌剤とビンの内側にスプレーして拭いてください。前の殺菌剤からの匂いを取り除くためにペーパータオルで水道水に浸したペーパータオルまたは30%エタノールとドライでビンを拭き取ってください。
    2. PLASを使用してくださいチックチューブ、受け皿型ホイールとイグルー、およびEEの他の各種プラスチック小屋のようなおもちゃ。ケージ洗浄を介してこれらのおもちゃを洗浄します。あなたがケージ洗浄へのアクセス権を持っていない場合には、ステップ1.1.1.1に従ってください。
    3. EEに金属走行車輪を使用してください。ケージ洗浄介して車輪を洗ってください。車輪の上の塗料は、動物がそれに実行したときに車輪がうるさいになるようにフェードを開始した場合は、ホイールとアクセル、接続場所に少量のワセリンを適用します。
    4. EEに木製のログを使用してください。手で任意の寝具類、または他の破片を除去することにより、ログをきれいにしてください。その後、15分間121ºCの温度に達するドライサイクルまたは織物サイクルでそれらをオートクレーブでログを滅菌します。
    5. のためのケージの前面下部のうち、直径5cm以上の穴をrack.Cut供給および飲料ワイヤを保持するために29センチメートル×18センチ×12.5センチメートルと30.5センチメートル×14センチ×19センチメートルの次元間ケージを使用EEからの出入りするマウス。ケージ洗浄を介してこれらの供給ケージを清掃してください。
  2. 環境のセットアップ
    1. 大きな富化ビンに1/4インチコーンコブ実験動物の寝具を注ぎます。寝具2〜2.5センチメートルの深さにビンのフロア全体の表面を覆います。
    2. ビンの一角に2または3つのログを配置します。隅に置きログは約1225センチメートル2の領域を隔離します。ログによって隔離領域には、上部の受け皿ホイールと3イグルーを配置します。車輪が自由に回転するのに十分な余地があるように、車輪は、ビン、ログ、または互いの壁に触れていないことを確認します。
    3. ワンピース一緒にプラスチックチューブ外centeral接続ピースから複数のアーム分岐するように。ビンの途中で、このチューブを置きます。
    4. ビンの2隅には、1送りケージビンと同じベッドで満たされたそれぞれを配置し、給電ケージの前面にある穴は、ビンの中心に向かって直面する必要があります。これらの給餌ケージきれい食料や水線の上に食料と水を保持するために配置する必要があります。ケージ上のふたを置かないでください。ケージワイヤーに食料と水を入れてください。
    5. お互いにすべての次のされていないが、ビンに3つの金属車輪を配置します。車輪の3つの異なるタイプは、一つ11.5センチメートルホイール、1 20.5センチメートルホイール、および1 28センチメートルホイールです。その後、濃縮ビン全体4-5よりプラスチックハッチ状おもちゃやトンネルを配置します。
    6. マイクロアイソレータ濾紙でビンをカバーしています。ビンにろ紙をクリップするバインダークリップを使用してください。
    7. ノベルティは、EEに重要です。動物のための新しい環境を作成するために、EEの枠組みとして、このセットアップを使用して、前述のケージ、オブジェクト、おもちゃの配置を変化させます。

2.住宅動物

  1. EE正規実験室ハウジングではなく、実験のために動物を繁殖。必要に応じて、離乳時に早くも21日齢のようなEEで動物を配置します。前EEハウジングへの遺伝子型と耳パンチ/タグ動物。
  2. 設置する場合動物が濃縮ビンに標準ケージから自由に移動できるように、標準的なケージから濃縮ビンに動物は、その側にビンにケージを置きます。ネスティング材料が濃縮ビンに転送することはできません。
  3. ハウスEEで同じ年齢、性別、遺伝株の10〜20匹の動物。

3.環境を維持し、研究中にマウスを観察

  1. デイリー
    1. 静かに病気や苦痛の徴候のために動物を観察します。必要に応じて、優しく、さらに健康状態を検査するために、動物を扱います。レコード異常な観察と実験からの除去を必要とする動物を表示条件であれば健康技術者または獣医のスタッフに相談してください。
    2. 小傷やかさぶたのためのトリプル抗生物軟膏での局所治療を提供します。動物が慢性病気やけがのために除去する必要がある場合は、安楽死のための実験から動物を削除します。動物の場合監督動物研究のケア委員会又は獣医師のための早期の除去基準を満たす、バックEEに動物を返しません。
  2. 週2回
    1. 飼料および水のレベルを確認してください。飼料および水は、次の3〜4日間続くことを確認してください。彼らが広がっているとマウスが使用できるように走行車輪と濃縮のおもちゃをまっすぐ。あまりにも汚れているそのいずれかを交換してください。
  3. 毎週
    1. きれいな水のボトルと水のボトルを交換してください。 1.2節で設定​​を次のようにして濃縮装置を並べ替えます。まだ前の週のセットアップとは異なります。
      注:この実験は、活性のために豊かな環境から削除する動物を必要とする場合(体重、血液採取、動作テストなどを記録する)それは動物が離れて濃縮ビンからであるが、環境を再配置するのがベストです。
    2. 手でEEにおける給電ケージを清掃したり、ケージ洗浄を介して送信します第1.1.5項に詳述されているように。同様にきれいなワイヤーラックで食料や水を保持するワイヤーラックを交換してください。
    3. 2.2節で指示に従ってください。濃縮に戻って動物を配置するとき。必要に応じて、汚れたトイレ砂をすくい、新しいクリーンな寝具を下に分散することで、大規模な濃縮ビンとクリーンの残りの部分をスポットチェック。
  4. 隔週
    1. 毎週飼育を行っている間、手でおもちゃをクリーニングまたは第1.1.2項で説明するようにケージの洗浄を介して送信します。必要に応じて、きれいにするために必要な時間のための標準的なマイクロアイソレーターケージにマウスを置きます。
  5. 毎月
    1. 濃縮のおもちゃと給電ケージを移動し、ゴミをすくい取ることにより、ごみの大部分を清掃してください。新鮮なゴミと交換してください。ケージのすべての分野で寝具の1インチがあることを確認します。必要に応じて、きれいにするために必要な時間のための標準的なマイクロアイソレーターケージにマウスを置きます。
  6. すべてのスリーヶ月(または実験の終了時)
    1. すべての寝具や玩具を外し、清潔で1.1.1項で説明するように富化ビンを消毒。実験が進行中である場合は、ケージ、おもちゃの品揃えを供給し、新たな寝具を交換してからビンにマウスを返します。
  7. EEが収容されている研究機関で必要とされる場合、3ヶ月毎より頻繁に全体の濃縮ビンを消毒。これが必要であり、他の大規模な富化コンテナが利用可能である場合、1.2節で説明するように、追加の濃縮容器を設置しました。以前のものは洗浄されている間と、新しい容器に動物を転送します。

4.コントロール住宅事情

  1. 寸法30.5センチメートルX 19センチメートル×14センチのマイクロアイソレーターケージで対照群のハウス動物。ケージは自動給水システムにフックアップされていない場合は、食料や水のボトルを保持するためのケージのワイヤーラックを含みます。
  2. EEであるように制御ケージに同じコーンコブの寝具を提供しています。外の巣を作るためにマウス4センチ×4センチメートルのnestletを提供しています。
  3. 週に一度、ワイヤ、食料や水を供給し、交換し、および/またはケージを清掃します。きれいなケージワイヤーラックケージ洗浄を介して、または、セクション1.1.1.1で詳述されるように。動物がより頻繁や布団の上に飲料水漏れた場合に排尿した場合に、より頻繁にケージを清掃してください。
  4. 制御ハウジングの日々の中で動物の健康状態を監視します。動物は食料や水をたくさん持って保証します。
  5. 通常のマウスのケージ内の同じ性別の家は3〜5匹のマウス。ケージ内の任意の玩具、チューブ、またはハッチを提供していません。
  6. 制度実験動物ケア施設の健全性と研究室の技術者は、これらのコントロールマウスのための飼育を提供することができます。
  7. EEのマウスのためのものであるとして12時間の明/暗サイクルで動物を保​​管してください。

Representative Results

EEは、成長因子の発現に影響する、中枢神経系(CNS)12,13内の神経新生および細胞の生存を増加させます。より最近の研究は、EEのこの技術は、生殖細胞変異を含み、における自発腺腫の形成に非常に感受性であるB16メラノーマ、MC38結腸癌およびAPCの分/ +マウスを含む3つのマウス癌モデルにおける腫瘍増殖の顕著な抑制をもたらすことが示されています腸14。 図2の結果から、5週目(腫瘍塊の〜80% ​​の減少)がEEに曝露したマウスに移植されたB16メラノーマ腫瘍増殖の抑制を確認します。腫瘍が14を設置した後EEが開始されたときに癌増殖抑制も、マウスで観察されました。 EEは、正常体重(〜腫瘍塊の50%の減少)14のマウスに比べて高脂肪食誘発性肥満マウスにおけるメラノーマ増殖(〜腫瘍塊の70%減)の大きな阻害をもたらしました。 EE IND堅牢なレプチンの低下、IGF-1の減少、およびアディポネクチンレベル14の増加を含む血清バイオマーカーでuced署名が変更されます。

また、EEのこの技術は、脂肪を減少させるエネルギー消費を増加させる、食事誘導性肥満に対する抵抗性をもたらし、15軸視床下部- sympathoneural脂肪細胞を活性化することにより、褐色脂肪の表現型のスイッチに白を誘導します。体脂肪蓄積の減少は、早ければ6日目は、EE( 図3A、B)に暴露し、再び4週間( 図3C、D)のためにEEに暴露された動物で確認され認められました。これは、BDNF(EEに関連付けられた抗癌及び抗肥満効果は単独で、物理的活動によって説明できない、ことに注意することも一つの重要であり、かつ、2つのEE効果は脳由来神経栄養因子の過剰発現によって再生することができます)視床下部14,15で。

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図1:セットアップ豊かな環境ビンが豊かな環境は、x 90センチメートル120センチメートルの面積を有し、かつ、車輪を実行して、受け皿ホイール、プラスチック管、木製のログ、および他のプラスチック濃縮おもちゃでイグルーを2つの修飾のケージが含まれています。

図2
図2:豊かな環境は、C57BL / 6雄マウスにおける腫瘍増殖を減少させる三週齢の雄マウスは、腫瘍接種の前に5週間EEまたはコントロールケージに家でした右脇腹上記動物の皮下あたり10 5細胞の接種後17日目のB16メラノーマ腫瘍重量(群当たりn = 10。スチューデント t検定、* P <0.05)。

図3a
図3b
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図3d
図3:豊かな環境は、C57BL / 6雄マウスに脂肪蓄積を減少させる三週齢のマウスをEEに供しました;。 4週間6日、別のもののグループ。 (A)のE-Eで六日は(* P <0.05、群当たりn = 5。スチューデント t検定)脂肪パッド重量の減少しました。 (B)EE六日体重に対する脂肪パッドの重量の減少(群当たりn = 5。スチューデント t検定、* p <0.05)。 (C)は EEの4週間(* P <0.05、群当たりn = 5。スチューデント t検定)脂肪パッド重量の減少しました。 (D)EEの4週間は体重に対する脂肪パッドの重量の減少(群当たりn = 5。スチューデント t検定、* p <0.05)。 BAT:褐色脂肪組織、IWAT:鼠径部白色脂肪組織、EWAT:精巣上体白色脂肪組織、RWAT:後腹膜白色脂肪組織。

Discussion

脳内の遺伝子発現に対するEEの強固な効果は、まだ、脂肪症およびマウスにおける癌の増殖は、身体活動、社会的相互作用、および認知課題を促進する方法で、動物を新たな環境を維持し、処理するために、研究者の能力に大きく依存して減少しました苦痛動物がありません。覚えておくべき最も重要な二つの手続きのステップがあります。まず、毎週おもちゃ、オブジェクト、およびケージの配置を変更してください。おもちゃやオブジェクトは、前の週と同じであるかもしれないにもかかわらず、マウスは小説などの環境を知覚します。おもちゃを変更し、隔週異なるものとオブジェクト自体。第二に、クリーンな環境を維持することを忘れないでください。汚れた寝具は削除されない場合には、増加した窒素レベルは、動物へのストレス要因とすることができます。

また、このEEプロトコルに注意すべき多くの技術があります。異なる、または固有のおもちゃを使用すると、異なりますプラスチックチューブの迷路の設計が推奨されています。環境は挑戦することができますが、動物の健康に脅威を与えるべきではありません。機能不全のおもちゃが捕まるマウス手足のリスクを増加させる、またはそれを噛んで消費される場合には、動物への毒性がある可能性があるため、また、機能不全のあるおもちゃの用心。 EEの一つの定数は、2-3ログによってビンの角や側面に隔離イグルーの上部にある3つの受け皿ホイールの使用です。ログの背後にソーサーを実行する。この設定はすべての私達の濃縮試験で存在していました。他のオブジェクトの使用および配置の面では、上記のレイアウトの説明は、EEのセットアップの基礎ブループリントです。プラスチック管のこの基本的枠組み、報告された結果を再現するのに十分な新たな環境を提供する必要がありソーサー、ケージおよびログを実行して、車輪を実行すると、セットアップの変化。

糖尿病または他の代謝を持っているトランスジェニック動物を扱う場合疾患は、動物は食料や水が不足していないことを確実にするために食料と水消費量に細心の注意を払います。動物が糖尿病を持っている場合、彼らはより多くの排尿ますので、EEハウジングの寝具は、スポットチェックして、より頻繁にクリーニングする必要があるかもしれません。ほとんどの場合、削除のベッドを必要とするEEハウジング内の場所がコーナーです。彼らは動物で使用できるように、車輪と他のおもちゃを調整することを忘れないでください。動物は、寝具に受け皿ホイールを実行し、実行している車輪の上にノックすることが可能です。動物は、生後3〜5週間若い場合は、EEでのケージの下に掘って、そこの下で一緒に隠し、動物がどこにあるかについての無知研究を残すことがあります。汚れた寝具を取り外すときは、玩具、または清掃ケージを交換するには、その環境を調整しながらそれらを強調しないように、きれいな標準ケージに動物を置くことが示唆されています。彼らはENVで非表示にするには、より少ない場所を持っている場合は、1ケージ内のすべての動物を取得する方が簡単ですironment。したがって、ケージに動物を隔離する前におもちゃを削除すると、プロセスが容易になります。クリーニングのために待っている、またはそれらのEE環境を調整しながらさらに、単一の標準的なケージに超える5-6動物を置かないでください。 EEは、成人期に開始された場合は特に、EEにおける雄の動物は、積極的にすることができます。したがって、任意の負傷または死亡した動物のための環境を観察することが重要です。

また、私たちがコンテナのこの大きなサイズのためにEEに家動物の典型的な数は10〜20匹のマウスです。他の研究者は、EEに使用する動物の数は、約10以下のマウスを使用して、変化し、EEで家に動物の数を決定する際に、ケージまたはビンの大きさを考慮する必要があります。生活環境の中であまりにも多くの動物を持つことは、雄マウスで攻撃につながることができます。我々はEEに収容されているマウスは、C57BL / 6バックグラウンドでした。他の株のマウスは、多かれ少なかれ積極的な、またはやすく健康問題に対してであってもよいですこのEEのセットアップ。これはマウスと豊かな環境のための飼育計画を決定する際に考慮されるべきです。

四週間EEハウジングは、脂肪の減少、レプチンレベルの低下、およびB16黒色腫の成長の阻害を誘導するのに十分です。長いEEは、代謝や癌抑制に強い効果をもたらすことができます。マウス中またはEEへの曝露の前に外科的処置を受ける場合は、そのまま縫合糸で収容されてもよいです。無傷の動物は、外科用ステープルまたはカテーテルを、この特定のEEの設定によく反応するかどうかは検討されていません。さらに、我々は現在、この特定のEEは高齢の動物の寿命や健康寿命にどのように影響するかを調査しています。予備データは、雌C57BL / 6マウス、生後10ヶ月、若いマウスと同様にEEに応答することを示唆しています。 EEハウジングの1つの制限は、優先的性別の特定の部屋で、動物施設空間でのこのような大きなビンに収容されています。 EFFのこのように将来の研究小さい規模でのEEのECTS、ならびに清掃が容易であるおもちゃを見つけ、高温洗浄に耐え、動物の健康に安全であるが、代謝および癌研究におけるEEのアプリケーションが改善されます。

Disclosures

著者らは、利害の衝突を宣言しません。

Acknowledgements

この作品は、LCにNIHの助成金CA163640、CA166590およびAG041250によってサポートされていました。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Large enrichment bin (120 cm x 90 cm x 76 cm) Custom made. Custom made. Made of polypropylene. Edges of the bin are 1.5 cm thick.
Large enrichment bin alternative (120 cm x 110 cm x 76 cm) Global Industrial 155202 If necessary, this bin works as an alternative to the one above.
Habitrail Mini tubes Habitrail 62720; 62705; 62725; 62715; 62054 -
Plastic igloos with saucer wheels Bio Serv K3327; K3250 -
Metal Running Wheels Super Pet 61392; 61394; 61396 -
Manzanita Wood Gnawing Sticks, 3" Bio Serv W0016
Mouse Tunnels Bio Serv K3322 -
Mouse cages that go in the large EE bin. Lab Products Inc 10027 Mouse Cage -
Cage Klenz 180 Alkaline Cage Wash Detergent, Cage Klenz 250 Acid Detergent Steris Life Sciences 1K1802; 1K2502 These detergents are used in the cage wash for the toys, large enrichment bins, and cages.
Sporklenz Steris Life Sciences 6526Q8 Alternative sporicide/disinfectant to washing toys, bins, and cages in cage wash.
Bed-O-Cobs 1/4" bedding The Andersons, Inc. 4B Corn cob bedding is 1/4" in diameter.
Nestlets for control housed mice Ancare Cotton squares

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References

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