Handhabungstechniken zur Stressreduzierung bei Mäusen
Özet
Dieser Artikel beschreibt eine Handhabungstechnik bei Mäusen, die 3D-Handhabungstechnik, die die routinemäßige Handhabung erleichtert, indem sie angstähnliche Verhaltensweisen reduziert, und präsentiert Details zu zwei bestehenden verwandten Techniken (Tunnel- und Schwanzhandhabung).
Abstract
Versuchstiere werden mehrfachen Manipulationen durch Wissenschaftler oder Tierpfleger ausgesetzt. Der Stress, den dies verursacht, kann tiefgreifende Auswirkungen auf das Wohlbefinden der Tiere haben und auch ein Störfaktor für experimentelle Variablen wie Angstmessungen sein. Im Laufe der Jahre wurden Handhabungstechniken entwickelt, die den mit der Handhabung verbundenen Stress minimieren, mit besonderem Fokus auf Ratten und wenig Aufmerksamkeit für Mäuse. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Mäuse mitHilfe von Handhabungstechniken an Manipulationen gewöhnt werden können. Die Gewöhnung von Mäusen an den Umgang reduziert Stress, erleichtert die routinemäßige Handhabung, verbessert das Wohlbefinden der Tiere, verringert die Datenvariabilität und verbessert die Experimentellentlastlichkeit. Trotz positiver Auswirkungen der Handhabung ist der besonders belastende Tail-Pick-up-Ansatz immer noch weit verbreitet. Dieses Papier bietet eine detaillierte Beschreibung und Demonstration einer neu entwickelten Maus-Handhabungstechnik, die den Stress des Tieres während der menschlichen Interaktion minimieren soll. Diese manuelle Technik wird über 3 Tage durchgeführt (3D-Handhabungstechnik) und konzentriert sich auf die Fähigkeit des Tieres, sich an den Experimentator zu gewöhnen. Diese Studie zeigt auch die Wirkung von zuvor etablierten Tunnelhandhabungstechniken (unter Verwendung eines Polycarbonattunnels) und der Tail-Pick-up-Technik. Speziell untersucht werden ihre Auswirkungen auf angstähnliche Verhaltensweisen, indem Verhaltenstests (Elevated-Plus Maze und Novelty Suppressed Feeding), freiwillige Interaktion mit Experimentatoren und physiologische Messungen (Corticosteronspiegel) verwendet werden. Die 3D-Handhabungstechnik und die Tunnelhandlingtechnik reduzierten angstähnliche Phänotypen. Im ersten Experiment mit 6 Monate alten männlichen Mäusen verbesserte die 3D-Handhabungstechnik die Interaktion der Experimentatoren signifikant. Im zweiten Experiment mit einer 2,5 Monate alten Frau reduzierte es den Corticosteronspiegel. Daher ist das 3D-Handling ein nützlicher Ansatz in Szenarien, in denen eine Interaktion mit dem Experimentator erforderlich oder bevorzugt ist oder in denen das Tunnelhandling während des Experiments möglicherweise nicht möglich ist.
Introduction
Mäuse und Ratten sind wesentliche Vermögenswerte für präklinische Studien1,2 für mehrere Zwecke, einschließlich endokriner, physiologischer, pharmakologischer oder Verhaltensstudien2. Aus der zunehmenden Anzahl von Tierstudien ergab sich, dass unkontrollierte Umweltvariablen einschließlich menschlicher Interaktion verschiedene Ergebnisse in der biomedizinischen Forschung beeinflussen3,4,5. Dies ist verantwortlich für die signifikante Variabilität, die in Experimenten und Forschungslabors4,5beobachtet wurde, was einen großen Vorbehalt in der Tierforschung darstellt.
Verschiedene Ansätze wurden mit dem Ziel implementiert, die Auswirkungen von Umweltstressoren zu begrenzen und die Reaktivität auf menschliche Interaktion zu reduzieren. Um beispielsweise die Auswirkungen von Umweltstressoren zu begrenzen, wurden laborübergreifendeine Standardisierungder Gehäusebedingungen und automatisierte Gehäusesysteme 6,7 implementiert. In Bezug auf die Interaktion mit Menschen hatten die üblicherweise verwendeten Ansätze für den Umgang mit und den Transport von Tieren wenig Rücksicht auf tierische Beschwerden und Stress. Zum Beispiel erhöht das Aufnehmen von Tieren am Schwanz oder die Verwendung einer Stoßzette8 die Grundangst9,10,11, reduziert die Exploration9,12 und trägt erheblich zur interinternen Variabilität innerhalb und zwischen den Studien bei13,14. Als Ergebnis wurden andere Ansätze entwickelt, wie die Cup-Handling-Technik, die auf Mäuse und Ratten anwendbar ist. Bei diesem Ansatz werden die Tiere aus ihrem Käfig “geschröpft” und von den Experimentatoren mit ihren Händen gehalten, die eineTasse 9,10,11bilden . Eine weitere nützliche Alternative zum Tail-Handling ist die Verwendung eines Polycarbonattunnels zum Transfer von Mäusen9,10,15. Dieser Ansatz eliminiert die direkte Interaktion zwischen der Maus und dem Experimentator. Sowohl der Cup- als auch der Tunnelansätze zeigten Wirksamkeit bei der Verringerung angstähnlicher Verhaltensweisen und Ängste vor dem Experimentator, die durch aversive Handhabungstechniken wie Tail Pick Up / Tail Handling übertrieben werden können9,10.
Daher zeigen zunehmende Beweise die Nützlichkeit der richtigen Handhabung von Mäusen für die Verringerung der Variabilität zwischen Individuen9,11und die Verbesserung des Tierschutzes10. Die oben genannten Techniken sind jedoch immer noch mit Einschränkungen konfrontiert. Die Cup-Handling-Technik wurde mit Zeitplänen implementiert, die von 10 Tagen (10 Sitzungen über 2 Wochen16)bis zu 15 Wochen17reichen, was für das Personal der Einrichtung und die Experimentatoren eine beträchtliche Zeitspanne darstellt. Darüber hinaus variiert die Effektivität des Cup-Handlings je nach Stamm9 und herkömmliches Cup-Handling in offenen Händen kann dazu führen, dass naive Mäuse oder besonders sprunghafte Stämme aus der Handspringen 9,18. Der Tunnelabschlag führt zu konsistenteren und im Allgemeinen schnelleren Ergebnissen bei Gentling19. Tunnel werden auch als Käfiganreicherung zu Hause verwendet. Sie helfen Tieren, sich an eine schnelle Handhabung zu gewöhnen und bieten die zusätzlichen Vorteile der Anreicherung. Der Tunnelabling hat jedoch Einschränkungen beim Transfer von Tieren zwischen Geräten. Interessanterweise zeigten und West9und Henderson et al.20, dass die sanfte und kurze manuelle Handhabung, um Tiere aus dem Tunnel in den Apparat zu übertragen, ihren Phänotyp nicht beeinflusst.
Um eine Alternative zu bestehenden Methoden mit erreichbarer Gewöhnung in kurzer Zeit zu bieten, beschreibt dieser Artikel eine neuartige Technik, die die Becherhandhabungstechnik erweitert und daher keine besondere Ausrüstung erfordert. Dieser Ansatz verwendet Meilensteine, um den Komfort von Mäusen mit dem Handhabungsprozess zu messen. Es zeigt Wirksamkeit bei der Verringerung der Reaktivität und des Stresses der Maus (auf Verhaltens- und Hormonebene), erleichtert die routinemäßige Handhabung und trägt zur Verringerung der Variabilität zwischen den Tieren bei. Details zu dieser Technik werden hier bereitgestellt, und ihre Wirksamkeit bei der Verringerung angstähnlicher Verhaltensweisen, der Verbesserung der Interaktion mit Experimentatoren und der Begrenzung der freisetzung von peripherem Stresshormon (Corticosteron) wird in zwei separaten Studien (männliche und weibliche Mäuse) im Vergleich zu Tunnelhandhabung (Positivkontrolle) und Schwanzbehandlungstechniken (Negativkontrolle) nachgewiesen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Diese Studie und Methodenentwicklung basieren auf der Beobachtung, dass Handhabungstechniken bei Mäusen von der wissenschaftlichen Gemeinschaft immer noch übersehen werden und dass einige Labore immer noch zögern, Gewöhnungs- oder Handhabungstechniken zu implementieren, um Stress und Reaktivität ihrer Tiere vor den Experimenten zu reduzieren. Obwohl es sich um einen zeitlichen Einsatz handelt, bietet der Umgang mit Tieren positive Auswirkungen auf die Tiere, die zum Erfolg der durchzuführenden Experimente beitragen…
Açıklamalar
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken dem Animal Care Committee von CAMH für die Unterstützung dieser Arbeit sowie den Tierpflegern von CAMH, die umfangreiches Feedback zur Nützlichkeit des Verfahrens gegeben haben, die Durchführung der beschriebenen Experimente und die Einreichung des detaillierten Protokolls für andere Benutzer motiviert haben. Diese Arbeit wurde teilweise von der CAMH BreakThrough Challenge finanziert, die an TP vergeben wurde, und aus internen Mitteln von 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 |
Referanslar
- 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).
