トレッドミル疲労試験：マウスの​​疲労のような挙動のシンプルな、ハイスループットアッセイ

要約

Fatigue is a common, undertreated and frequently poorly-understood symptom in many diseases and disorders. New preclinical assays of fatigue may help to improve current understanding and future treatment of fatigue. To that end, the current protocol provides a novel means of measuring fatigue-like behavior in the mouse.

要約

疲労は、多くの疾患および障害で顕著な症状であり、多くの人々の生活の質を低下させます。適切にすべての患者に疲労を治療するために、現在の介入の明確な病因と故障の欠如は、新たな治療の選択肢の必要性を残します。有望な新規治療法を特定するうえでの前臨床研究の治療の必要性と重要性にもかかわらず、疲労のいくつかの前臨床アッセイが利用可能です。また、疲労のような行動、自発的な車輪走行を評価するために使用される最も一般的な前臨床アッセイは、疲労を軽減薬物に対して感受性ではないかもしれないが、マウスのいくつかの株との使用に適していない、比較的低いスループットを有します。現在のプロトコルは、新規な、疲労のような動作、トレッドミルの疲労試験の非自発的な前臨床アッセイを記載し、ヒトおよび疲労に疲労を引き起こすことが知られている化学療法薬で処置したマウスにおいて疲労のような挙動を検出する際の有効性の証拠を提供しますアニマ内様挙動lsの。疲労のような振る舞いと潜在的な介入は、このように新たな治療選択肢の速い発見を可能にして、短い時間枠の上にマウスのより多くで評価することができるように、このアッセイは、車輪走行に有益な代替手段とすることができます。

概要

疲労が著しく生活の質を低下させることができ、人々の広い範囲に影響を与え、そしてしばしば不明または未知の病因を有します。癌関連疲労（CRF）は、例えば、治療を受けている癌患者の大部分が経験されており、がん治療を完了し、検出可能な癌¹の非存在下でされた後に長く持続することができます。また、疲労、慢性疲労症候群、うつ病、糖尿病、および線維筋痛を含む多数の他の疾患および障害における顕著な症状です。幸いなことに、疲労を経験して、いくつかの人々を助けることのできる非薬理学的な介入がある（ 例えば 、演習では、いくつかの乳癌患者^2,3のためのCRFを減らすことができる）が、多くの人々はまだ効果的な治療を欠いています。さらに、CRFのための既存の薬物治療は、すべての場合、有効^4-7広くあることが見出されていません。

治療を必要とDRUの欠如にもかかわらず、グラムの治療の選択肢、特に動物モデルで、不足している新たな疲労の治療法の発見と開発を支援するための疲労の前臨床アッセイ。げっ歯類の研究のための疲労の唯一の前臨床アッセイの1つは、マウスまたは他のげっ歯類は、走行輪への無料アクセスを提供されており、日々のランニングの活動が記録された自発的ホイールランニング活動^{（VWRA）9-15、}です。多くの研究では、VWRAは、実験群で測定された身体活動の低下として（VWRAまたは現在のプロトコルのいずれかで）定義された疲労のような動作で、疲労のような振る舞いの唯一の尺度です。 VWRA疲労様挙動の有用な長手方向の尺度を提供することができるが、それは比較的低いスループットアッセイは、近交系マウス系統¹⁶との間でかなり変化する実行中であり、それが動作し、テストの性能の変化を引き起こす可能性がある、被験体を個別に収容する必要が^17-19。このようなホームケージ行動監視などの他のアッセイ、および分析は、また、連続的なデータ収集を提供することができ、被験者は、ペア²⁰内に収納するためのいくつかのシステムが可能にすることができます。これらのアッセイは、ホイールランニングのように、また、低スループットであり、有用性を有するが、疲労のような振る舞いを検出する手段としてはあまり敏感であると。

VWRAとは対照的に、マウストレッドミル試験は、自発的な活動に依存せず、より高いスループットを可能にする、短い時間枠内で完了することができます。 VWRAと比較して、これらのテストは、外部動機を採用しています。具体的には、彼らが実行するのをやめるべきで電気ショックをマウスに提供するために、移動ベルトの背面にある電化金属グリッドは通常あります。このショックグリッドに加えて、マウスは、つつい突っつい、または手、ブラシ、または他のツールでそれらに触れ、それらの空気の短いパフを指示するなど、いくつかの他の方法を介してトレッドミル上で実行するように動機付けすることができます。代わりに、疲労のマウストレッドミル試験は、多くの場合、測定するために使用され好気性および/またはanaerオービック運動能力^21-25。マウスは、彼らがさらに電気ショックをエスケープする手段としてのトレッドミル上で実行し続けることが不可能または不本意になるまで実行する動機づけられています。マウスが枯渇するための基準を満たしたときにテストを終了します。これらのプロトコルでは、マウスが真の生理学的疲労に達することを保証するために、疲労のための基準は、多くの場合、ショックグリッドの上に敷設5連続秒を過ごし、繰り返し嫌悪刺激に直面して実行を継続することができないとして定義されています。したがって、疲労のような挙動は、テストを終了するための外部動機や基準の強い嫌悪性質のために、典型的なトレッドミル試験でマスクすることができます。興味深いことに、およびげっ歯類のトレッドミルを使用して、他の多くの研究とは対照的に、最近の刊行物は、マウス²⁶における社会的ストレスの影響の調査の一部として使用されたトレッドミルの疲労試験、別のバージョンを記述する。このグループによって使用される方法は著しく立方異なっているがrrentプロトコル（ すなわち 、それらはシングルレーントレッドミルを採用し、それらのテストを終了するための基準として電気ショックの10秒を要した）、彼らの研究では、マウスのトレッドミルを使用してクイック、簡単な疲労試験の開発にの有用性と関心を強調しています。

疲労は、車輪走行ルーチン行動の変化以外の手段によって検出可能である可能性が高いです。 CRFは、CRF ²⁷ない人々よりも、筋電図分析によって決定されるような患者は、筋肉疲労の少ない量によって疲れを感じさせます。さらに、減少動機はで指摘されており、人間の疲労^28,29を測定^するいくつかの尺度で測定されます。したがって、疲労のような振る舞いの有用な前臨床アッセイは、生理的な能力とモチベーションではないはず不明瞭な減少以外の尺度に基づいて健康と疲労マウスを区別する必要があります。現在の方法WA、VWRAおよび他のアッセイの制限を回避しながらその目的を達成するためにマウストレッドミル試験を適応させることによって開発さsを。このメソッドは、マウスがトレッドミル上で実行するようにする唯一の外部動機としてショックグリッドを使用しています。マウスはすぐにグリッドが嫌悪刺激を提供することを学び、速やかにトレッドミル上に配置されたときにそれから離れて移動し、実行しているとき、そこからいくつかの距離を維持します。

マウス疲労時、それらは、代わりに先端に向かって速度を維持するトレッドミルの背面に向かって次第に多くの時間を費やします。したがって、このプロトコルでテスト完了のための基準は、（ すなわち 、トレッドミルの後部、ショックグリッドから約1ボディ長からに至るまで、とを含む、ショックグリッド）指定された疲労ゾーンで5連続秒を費やしています。これは、訓練の後、多くのまたは任意の実際の衝撃を受信するために、マウスを必要とせずに、グリッドの嫌悪性質を利用しています。マウスはむしろ枯渇より現在の基準を使用してテストを完了させることにより（上記で定義した通り）この方法ではなく、その最大（またはほぼ最大の）生理的能力よりも疲労のような挙動を測定するためにトレッドミルを使用しての手段を提供します。したがって、この方法は、マウスの疲労のような振る舞いを簡単に、ハイスループットアッセイを提供することができ、疲労のような動作の他のアッセイへの独立または相補的尺度としてのいずれかを提供することができます。

プロトコル

この手順は、国立糖尿病・消化器病・腎臓病研究所動物実験委員会によって承認されました。

1.準備

1. 試験前に各マウスの迅速な同定を可能にするために、マークを識別して訓練し、テストされるすべてのマウスの尾を入れ墨。
   注：この手順はオプションです。永久マーカーまたは識別の他の方法は、入れ墨の代替として使用することができます。
2. （：、訓練および試験を通じて一貫して維持することが10°傾斜の推奨角度）や感電の周波数を設定し、トレーニングとテストマウスの前に、トレッドミルは、平らな面上にあり、所望の傾斜角度にトレッドミルに設定されていることを確認そして、強度が適切に（推奨：2 Hzで、1.22ミリアンペア）。
   注：使用する電気ショックは、手袋を着用していない指で触れたとき軽度のピリピリ感よりも多くを生成してはならないと拍動悩みに送達されるべきですイオン（200ミリ秒続く各ショックで）。
3. トレーニングとテスト中に糞便丸薬および尿を収集するためにトレッドミルの下で肉屋の紙のクリーンシートまたは吸収性パッドを配置します。
4. 紙のシートまたはトレッドミルハウジング（トレッドミルレーンをカバーする、すなわち 、透明なプラスチックのふた）ショックグリッドから遠いの第三の上に吸収パッドを配置します。
   注：この手順はオプションですが、暗い空間を作成し、トレッドミルの下部を回避するために、追加の励ましを提供することができます。
5. トレーニング中に追加の動機を提供するために、ワイヤーブラシを使用することを計画している場合、その1は、従来のトレーニングセッションを開始するに容易に利用可能であることを確認してください。
6. 疲労を誘導および/または緩和するための任意の薬物や方法が利用可能であり、ステップ2.14の間に準備または実行することができることを確認してください。

2.トレーニングのマウスは、トレッドミルを使用します

注：トレーニングは、そのマウスを確保する必要がありますトレッドミルやタスクに精通しており、試験した場合に適切に実行することができます。訓練されたマウスの大半は頻繁にショックを受けたか、そうでなければ、任意のトレーニングセッション中にパフォーマンスが低下している場合は、追加のトレーニングセッションが行われるべきです。初日には、ほとんどのマウスを数回ショックを受けるだろう。訓練の二日目では、マウスはめったにグリッドに接触してはいけません。マウスは一貫して貧弱なトレーニングのパフォーマンスが表示された場合は、試験から除外されるべきです。雌のC57BL / 6NCrマウスの場合、これはまれな出来事（1％未満が悪いトレーニングのパフォーマンスのために研究から除去されている）であるが、他の系統がトレーニング中に異なる実行してもよいことに留意すべきです。

1. トレッドミルをオフ（と0メートル/分に設定された速度）で、個別にマウストレッドミルの別々のレーンに尾と場所マウスがマウスを持ち上げます。速やかにトレッドミル上で各マウスを置いた後、対応するグリッドをオンにします。マウスは、Oに直接配置されていることを確認トレッドミルベルトがNです。
   注：各マウスは、その尾によって保持される時間と距離の量は前トレッドミルにマウスを転送および/ ​​またはマウスが強固なプラットフォーム上で放置することにトレッドミルの近くにケージを配置することによって最小化されるべきである（ 例えば 、ワイヤーケージの蓋）彼らはトレッドミルの近くにあり、実験者はトレッドミルでそれらを配置する準備ができるまで。
2. マウスは自由に1-3分間または各マウスはその車線を探求および/またはグリッドから少なくとも1つの衝撃を受けたまでトレッドミルを探索することができます。
3. トレッドミルの電源を入れ、（約1.5 3.0メートル/分に）移動し始めるまでゆっくりと速度を向上させます。彼らは歩行を開始することを保証するために、すべてのマウスを監視します。マウスが歩行を開始するか、ショックグリッドに向かって歩いていない場合は、ワイヤーブラシやテールくすぐりでマウスをタップして介入する用意があること。
4. ゆっくりと8メートル/分にトレッドミルの速度を上げます。タイマーを起動し、動作を監視し続けます。
5. にトレッドミルの速度を上げます7分で5分、10メートル/分で9メートル/分、および10分でトレッドミルを停止します。
6. マウスが簡単にトレッドミルを探索することを許可し、そのケージに、それぞれを削除して返します。
7. アルコールでトレッドミルやグリッドをきれいにし、トレッドミルの下に紙や吸収パッドを交換してください。
8. 追加のマウスを訓練するために、繰り返しが2.7を介して2.1をステップ実行します。
   注：アルコールはトレッドミル上で、新しいマウスを配置する前に乾燥することができます。
9. 訓練の二日目に、ステップ2.1を繰り返します。トレッドミルをオンにして、10メートル/分の速度を上げます。タイマーを起動します。
   注：トレッドミルの速度は、訓練の初日よりも迅速に増加させることができます。
10. 10分で、5分で11メートル/分に12メートル/分のトレッドミルの速度を上げると、15分でトレッドミルを停止します。
11. マウスを削除し、それらのケージに戻します。
12. アルコールでトレッドミルやグリッドをきれいにし、トレッドミルの下に紙や吸収パッドを交換してください。追加のマウスを訓練するために、繰り返しが2.12を介して2.9をステップ実行します。
13. 二日目と同様にトレーニングの追加の日（3日間）を実行します。
    注：この手順はオプションですが、タスクとの大部分または（同性とひずみの）すべてのマウスが訓練されて表示難易場合強くお勧めします。トレーニングの追加または日数が少ないが、その第2のトレーニングの日中のパフォーマンスとの継続時間に応じて適切なかもしれないが、彼 ​​らは、3日（ すなわち 、トレーニングの1日追加で）のために訓練された場合、マウスは一般的に、ステップ3でよく行うことができますステップ2.14。
14. 少なくとも丸一日は、手順3に進む前にしたマウスは、トレッドミルへのエクスポージャーを有していない渡すことができます。
    注：任意の薬剤（複数可）を誘導および/または疲労がこのステップの間に投与されるべきで軽減するために使用しました。
    注：この期間の長さで変化し、疲労を低減または排除するために、疲労および/または試験介入を誘導するために使用することができます。 7日以上のトレーニングを完了した後、マウスをテストする場合は、パイロット研究をすることを推奨し使用したマウスは、テスト中に実行することを確認します。

3.トレッドミル疲労試験

注：このテストでは、疲労のような動作は、「疲労ゾーン」で5秒間連続を費やしとして定義されています。疲労ゾーンは約1ボディショックグリッドの長さだけでなく、グリッド内のトレッドミルベルトの一部を含む領域、そのものとして定義されます。試験の前に、このゾーンの輪郭を描くポイントは、このようなトレッドミルレーンの上部や側面にマークを適用することなどによって、実験者には明らかであることを確認してください。

1. 12メートル/分のトレッドミルの速度を設定します。トレッドミルを起動しないでください。ショックグリッドがオフになっていることを確認してください。
2. 個別にトレッドミルの別々のレーンにマウスを置きます。すぐにトレッドミル上で各マウスを置いた後、対応するグリッドをオンにします。
3. 同時に、トレッドミルやストップウォッチを開始します。
   注：マウスを削除する場合を除き、テスト中に介入しないでくださいそれは、除去のための基準を（ステップ3.5を参照）を満たしています。
4. 表1に示すように、トレッドミルの速度を上げる。慎重にテスト全体のすべてのマウスを観察します。
   注：トレッドミルを表1に示す速度は、成体雌C57BL / 6NCrマウスからの観察に基づいて選択しました。より高いトレッドミルの速度が大きい（ 例えば 、近交系CD-1マウス）またはそれ以上の運動のマウスに適切であり得ます。
5. マウスは5連続秒間疲労ゾーン内に残っている場合は、速やかにトレッドミルからマウスを削除し、それが走った持続時間と距離を記録します。
6. 何のマウスは、トレッドミルで残っていない場合には、トレッドミルを停止します。アルコールでトレッドミルやグリッドをきれいにし、トレッドミルの下に紙や吸収パッドを交換してください。
7. 追加のマウスをテストするには、繰り返しは3.6を通じて3.1をステップ実行します。
   注：この手順はオプションです。

結果

このプロトコルは、疲労のような振る舞いは、トレッドミルを使用して、マウスで測定することができます。このセクションで提示されたデータは、トレーニングと現在のプロトコル（ 図1Aおよび1Cを除く）を使用して、マウスの3つの別々のグループをテストすることによって得ました。 、5-フルオロウラシル（5-FU）の疲労を誘発するため?...

ディスカッション

現在のプロトコルは、疲労のような挙動を測定するために、マウスのトレッドミルを使用する方法について説明します。この方法はVWRA、疲労のような振る舞いの一般的な前臨床アッセイを上回るいくつかの利点を有します。 VWRAマウスは、試験装置と対話することを選択することが必要です。その結果、マウスのいくつかの近交系はめったにホイール¹⁶と相互作用しない、活動の疲労...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Exer 3/6 Animal Treadmill	Columbus Instruments	1050-RM Exer-3/6
Stopwatch	Daigger	EF24490M
Wire brush	Fisher Scientific	03-572-5
Compressed air	Dust-Off	FALDSXLPW
Absorbent pads	Daigger	EF2175CX
Butcher paper	Newell Paper Company	4620510
Alcohol (70%)	Fisher Scientific	BP82011