Behandelingstechnieken om stress bij muizen te verminderen
Summary
Dit artikel beschrijft een hanteringstechniek bij muizen, de 3D-handlingtechniek, die routinematige behandeling vergemakkelijkt door angstachtig gedrag te verminderen en details presenteert over twee bestaande gerelateerde technieken (tunnel- en staartbehandeling).
Abstract
Proefdieren worden onderworpen aan meerdere manipulaties door wetenschappers of dierenverzorgers. De stress die dit veroorzaakt kan diepgaande effecten hebben op het welzijn van dieren en kan ook een verwarrende factor zijn voor experimentele variabelen zoals angstmaatregelen. In de loop der jaren zijn behandelingstechnieken ontwikkeld die handling-gerelateerde stress minimaliseren met een bijzondere focus op ratten en weinig aandacht voor muizen. Het is echter aangetoond dat muizen kunnen worden gewend aan manipulaties met behulp van behandelingstechnieken. Het gewennen van muizen aan het hanteren vermindert stress, vergemakkelijkt routinematige behandeling, verbetert het welzijn van dieren, vermindert de gegevensvariabiliteit en verbetert de experimentele betrouwbaarheid. Ondanks de gunstige effecten van de hantering, wordt de tail-pick-up-aanpak, die bijzonder stressvol is, nog steeds veel gebruikt. Dit artikel geeft een gedetailleerde beschrijving en demonstratie van een nieuw ontwikkelde muisbehandelingstechniek die bedoeld is om de stress die het dier tijdens menselijke interactie 2018 2018 2000 heeft ondervonden, tot een minimum te beperken. Deze handmatige techniek wordt gedurende 3 dagen uitgevoerd (3D-handling techniek) en richt zich op het vermogen van het dier om te habitueren aan de experimenteerder. Deze studie toont ook het effect aan van eerder vastgestelde tunnelbehandelingstechnieken (met behulp van een polycarbonaattunnel) en de tail-pick-up techniek. Specifiek bestudeerd zijn hun effecten op angstachtig gedrag, met behulp van gedragstests (Elevated-Plus Maze en Novelty Suppressed Feeding), vrijwillige interactie met experimenteerders en fysiologische meting (corticosteronniveaus). De 3D-handling techniek en de tunnel handling techniek verminderden angst-achtige fenotypes. In het eerste experiment, met behulp van 6 maanden oude mannelijke muizen, verbeterde de 3D-handling-techniek de interactie tussen experimenten aanzienlijk. In het tweede experiment, met behulp van 2,5 maanden oude vrouw, het verlaagde corticosteron niveaus. Als zodanig is de 3D-handling een nuttige aanpak in scenario’s waarin interactie met de experimenteerder vereist of de voorkeur heeft, of waar tunnelafhandeling mogelijk niet mogelijk is tijdens het experiment.
Introduction
Muizen en ratten zijn essentiële troeven voor preklinische studies1,2 voor meerdere doeleinden, waaronder endocriene, fysiologische, farmacologische of gedragsstudies2. Uit het toenemende aantal studies met dieren is gestegen dat ongecontroleerde omgevingsvariabelen , waaronder menselijke interactie , verschillende uitkomsten in biomedisch onderzoek beïnvloeden3,4,5. Dit is verantwoordelijk voor significante variabiliteit waargenomen in experimenten en onderzoekslaboratoria4,5, wat een belangrijk voorbehoud vormt in dieronderzoek.
Er zijn verschillende benaderingen geïmplementeerd met als doel de impact van omgevingsstressoren te beperken en de reactiviteit op menselijke interactie te verminderen. Om bijvoorbeeld de impact van milieustressoren te beperken, zijn standaardisatie van huisvestingsomstandigheden en geautomatiseerde huisvestingssystemen6,7 geïmplementeerd in laboratoria. Wat de interactie met mensen betreft, hadden veelgebruikte benaderingen voor het hanteren en vervoeren van dieren weinig rekening met ongemak en stress bij dieren. Het oppakken van dieren bij hun staart of het gebruik van tang8 verhoogt bijvoorbeeld de angst bij aanvang9,10,11, vermindert exploratie9,12 en draagt sterk bij tot interpersoonlijkheidsvariabiliteit binnen en tussen studies13,14. Als gevolg hiervan werden andere benaderingen ontwikkeld, zoals de cup handling-techniek, die van toepassing is op muizen en ratten. In deze aanpak worden de dieren uit hun kooi “gecupt” en door de experimenteerders vastgehouden met hun handen die een kopje9,10,11vormen. Een ander nuttig alternatief voor staartbehandeling is het gebruik van een polycarbonaattunnel om muizen over te brengen9,10,15. Deze aanpak elimineert directe interactie tussen de muis en de experimenteerder. Zowel de cup- als tunnelbenaderingen toonden werkzaamheid bij het verminderen van angstachtig gedrag en angst voor de experimenteerder die kan worden overdreven door aversieve behandelingstechnieken, zoals staartoppakken / staartbehandeling9,10.
Daarom toont toenemend bewijs het nut aan van een goede muisbehandeling voor het verminderen van variabiliteit tussen individuen9,11en het verbeteren van dierenwelzijn10. De hierboven genoemde technieken worden echter nog steeds geconfronteerd met beperkingen. De cup handling techniek is geïmplementeerd met schema’s variërend van 10 dagen (10 sessies over 2 weken16) tot 15 weken17, wat een aanzienlijke hoeveelheid tijd is voor facilitair personeel en experimenteerders. Bovendien varieert de effectiviteit van cup handling per stam9 en conventionele cup handling in open handen kan leiden tot naïeve muizen of bijzonder springerige stammen om uit de hand te springen9,18. Tunnelbehandeling resulteert in consistentere en over het algemeen snellere resultaten in gentling19. Tunnels worden ook gebruikt als verrijking van de thuiskooi. Ze helpen dieren om snel te kunnen omgaan en bieden de extra voordelen van verrijking. Tunnelbehandeling heeft echter beperkingen bij het overbrengen van dieren tussen apparaten. Interessant is dat Hurst en West9, en Henderson et al.20 hebben aangetoond dat het gebruik van zachte en korte handmatige behandeling om dieren van de tunnel naar het apparaat over te brengen geen invloed heeft op hun fenotype.
Om een alternatief te bieden voor bestaande methoden, met haalbare gewenging in een korte periode, beschrijft dit artikel een nieuwe techniek die zich uitbreidt op de cup handling-techniek, waardoor er geen specifieke apparatuur nodig is. Deze aanpak maakt gebruik van mijlpalen om het niveau van comfort te meten dat muizen hebben met het behandelingsproces. Het toont werkzaamheid bij het verminderen van de reactiviteit en stress van de muis (op het gedrags- en hormonale niveau), vergemakkelijkt routinematige behandeling en draagt bij aan het verminderen van variabiliteit tussen dieren. Details van deze techniek worden hier verstrekt, en de werkzaamheid ervan bij het verminderen van angstachtig gedrag, het verbeteren van de interactie met experimenteerders en het beperken van de afgifte van perifere stresshormoon (corticosteron) worden aangetoond in twee afzonderlijke studies (mannelijke en vrouwelijke muizen), in vergelijking met tunnelbehandeling (positieve controle) en staartbehandelingstechnieken (negatieve controle).
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze studie en methodeontwikkeling zijn gebaseerd op de observatie dat behandelingstechnieken bij muizen nog steeds over het hoofd worden gezien door de wetenschappelijke gemeenschap, en dat sommige laboratoria nog steeds terughoudend zijn om gewennijt- of hanteringstechnieken te implementeren om stress en reactiviteit van hun dieren voorafgaand aan experimenten te verminderen. Hoewel het een tijdsbesteding vertegenwoordigt, biedt de behandeling van dieren gunstige effecten voor de dieren die kunnen bijdragen aan het suc…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs danken de Animal Care Committee van CAMH voor hun steun aan dit werk, evenals de dierenverzorgers van CAMH die uitgebreide feedback gaven over het nut van de procedure, het motiveren van de uitvoering van de beschreven experimenten en het indienen van het gedetailleerde protocol voor andere gebruikers. Dit werk werd gedeeltelijk gefinancierd door CAMH BreakThrough Challenge, toegekend aan TP, en door interne fondsen van CAMH.
Materials
| 23 G x 1 in. BD PrecisionGlide general use sterile hypodermic needle. Regular wall type and regular bevel. | BD | 2546-CABD305145 | Needles for Blood collection |
| BD Vacutainer® Venous Blood Collection EDTA Tubes with Lavender BD Hemogard™ closure, 2.0ml (13x75mm), 100/pk | BD | 367841 | EDTA Coated tubes for blood collection |
| Bed’o cobs ¼” Corn cob laboratory animal bedding | Bed-O-Cobs | BEDO1/4 | Novel bedding for novelty suppressed feeding |
| Centrifuge | Eppendorf | Centrifuge 5424 R | For centrifugation of blood. |
| Corticosterone ELISA Kit | Arbor Assays | K003-H1W | |
| Digital Camera | Panasonic | HC-V770 | Camera to record EPM/Experimenter interactions |
| Elevated Plus Maze | Home Made | n/a | Custom Maze made of four black Plexiglas arms (two open arms (29cm long by 7 cm wide) and two enclosed arms (29 cm long x7 cm wide with 16 cm tall walls)) that form a cross shape with the two open arms opposite to each other held 55 cm above the floor |
| Ethanol | Medstore House Brand | 39753-P016-EA95 | Dilute to 70% with Distilled water, for cleaning |
| Ethovision XT 15 | Noldus | n/a | Automated animal tracking software |
| Laboratory Rodent Diet | LabDiet | Rodent Diet 5001 | Standard Rodent diet |
| Memory Card | Kingstone Technology | SDA3/64GB | For video recording and file transfer |
| Novelty Suppressed Feeding Chamber | Home Made | n/a | Custom test plexiglass test chamber with clear floors and walls 62cm long, by 31cm wide by 40cm tall . |
| Parlycarbonate tubes | Home Made | n/a | 13 cm in length and 5cm in diameter |
| Purina Yesterday’s news recycled newspaper bedding | Purina | n/a | Standard Bedding |
| Spectrophotometer | Biotek | Epoch Microplate Reader |
References
- Deacon, R. M. Housing, husbandry and handling of rodents for behavioral experiments. Nature Protocols. 1 (2), 936 (2006).
- Bryda, E. C. The Mighty Mouse: the impact of rodents on advances in biomedical research. Missouri Medicine. 110 (3), 207-211 (2013).
- Martic-Kehl, M., Ametamey, S., Alf, M., Schubiger, P., Honer, M. Impact of inherent variability and experimental parameters on the reliability of small animal PET data. EJNMMI Research. 2 (1), 26 (2012).
- Howard, B. R. Control of Variability. ILAR Journal. 43 (4), 194-201 (2002).
- Toth, L. A. The influence of the cage environment on rodent physiology and behavior: Implications for reproducibility of pre-clinical rodent research. Experimental Neurology. 270, 72-77 (2015).
- Golini, E., et al. A Non-invasive Digital Biomarker for the Detection of Rest Disturbances in the SOD1G93A Mouse Model of ALS. Frontiers in Neuroscience. 14 (896), (2020).
- Singh, S., Bermudez-Contreras, E., Nazari, M., Sutherland, R. J., Mohajerani, M. H. Low-cost solution for rodent home-cage behaviour monitoring. PLoS One. 14 (8), 0220751 (2019).
- Stewart, K., Schroeder, V. A. Rodent Handling and Restraint Techniques. Journal of Visualized Experiments. , (2021).
- Hurst, J. L., West, R. S. Taming anxiety in laboratory mice. Nature Methods. 7 (10), 825-826 (2010).
- Gouveia, K., Hurst, J. L. Improving the practicality of using non-aversive handling methods to reduce background stress and anxiety in laboratory mice. Scientific Reports. 9 (1), 20305 (2019).
- Gouveia, K., Hurst, J. L. Optimising reliability of mouse performance in behavioural testing: the major role of non-aversive handling. Scientific Reports. 7, 44999 (2017).
- Ghosal, S., et al. Mouse handling limits the impact of stress on metabolic endpoints. Physiology & Behavior. 150, 31-37 (2015).
- Wahlsten, D., et al. Different data from different labs: lessons from studies of gene-environment interaction. Journal of Neurobiology. 54 (1), 283-311 (2003).
- Nature Neuroscience. Troublesome variability in mouse studies. Nature Neuroscience. 12 (9), 1075 (2009).
- Sensini, F., et al. The impact of handling technique and handling frequency on laboratory mouse welfare is sex-specific. Scientific Reports. 10 (1), 17281 (2020).
- Ghosal, S., et al. Mouse handling limits the impact of stress on metabolic endpoints. Physiology & Behavior. 150, 31-37 (2015).
- Novak, J., Bailoo, J. D., Melotti, L., Rommen, J., Würbel, H. An Exploration Based Cognitive Bias Test for Mice: Effects of Handling Method and Stereotypic Behaviour. PLoS One. 10 (7), 0130718 (2015).
- Gouveia, K., Waters, J., Hurst, J. L. Mouse Handling Tutorial. NC3Rs. , (2016).
- Gouveia, K., Hurst, J. L. Reducing Mouse Anxiety during Handling: Effect of Experience with Handling Tunnels. PLoS One. 8 (6), 66401 (2013).
- Henderson, L. J., Smulders, T. V., Roughan, J. V. Identifying obstacles preventing the uptake of tunnel handling methods for laboratory mice: An international thematic survey. PLoS One. 15 (4), 0231454 (2020).
- Percie Du Sert, N., et al. The ARRIVE guidelines 2.0: Updated guidelines for reporting animal research. PLOS Biology. 18 (7), 3000410 (2020).
- Golde, W. T., Gollobin, P., Rodriguez, L. L. A rapid, simple, and humane method for submandibular bleeding of mice using a lancet. Lab Animal. 34 (9), 39-43 (2005).
- Guilloux, J. P., Seney, M., Edgar, N., Sibille, E. Integrated behavioral z-scoring increases the sensitivity and reliability of behavioral phenotyping in mice: relevance to emotionality and sex. Journal of Neuroscience Methods. 197 (1), 21-31 (2011).
- LaFollette, M. R., et al. Laboratory Animal Welfare Meets Human Welfare: A Cross-Sectional Study of Professional Quality of Life, Including Compassion Fatigue in Laboratory Animal Personnel. Frontiers in Veterinary Science. 7 (114), (2020).
- Sorge, R. E., et al. Olfactory exposure to males, including men, causes stress and related analgesia in rodents. Nature Methods. 11 (6), 629-632 (2014).
- Bailoo, J. D., et al. Effects of Cage Enrichment on Behavior, Welfare and Outcome Variability in Female Mice. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 12, (2018).
- Spangenberg, E. M., Keeling, L. J. Assessing the welfare of laboratory mice in their home environment using animal-based measures – a benchmarking tool. Laboratory Animals. 50 (1), 30-38 (2016).
- Theil, J. H., et al. The epidemiology of fighting in group-housed laboratory mice. Scientific Reports. 10 (1), 16649 (2020).
- Weber, E. M., Dallaire, J. A., Gaskill, B. N., Pritchett-Corning, K. R., Garner, J. P. Aggression in group-housed laboratory mice: why can’t we solve the problem. Lab Animal. 46 (4), 157-161 (2017).
- Cloutier, S., Baker, C., Wahl, K., Panksepp, J., Newberry, R. C. Playful handling as social enrichment for individually- and group-housed laboratory rats. Applied Animal Behaviour Science. 143 (2), 85-95 (2013).
- Panksepp, J., Burgdorf, J. 50-kHz chirping (laughter?) in response to conditioned and unconditioned tickle-induced reward in rats: effects of social housing and genetic variables. Behavioural Brain Research. 115 (1), 25-38 (2000).
