De loopband Vermoeidheid Test: Een eenvoudige, High-throughput assay van vermoeidheid-achtig gedrag van de muis
Summary
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.
Abstract
Vermoeidheid is een prominent symptoom bij vele ziekten en aandoeningen en vermindert de kwaliteit van leven voor veel mensen. Het ontbreken van duidelijke pathogenese en falen van huidige interventies voldoende wordt vermoeidheid bij alle patiënten laat een behoefte aan nieuwe behandelingen. Ondanks de therapeutische noodzaak en het belang van het preklinisch onderzoek in het helpen identificeren van veelbelovende nieuwe behandelingen, enkele preklinische testen van vermoeidheid zijn beschikbaar. Bovendien zijn de meest voorkomende preklinische test gebruikt om vermoeidheid-achtig gedrag, vrijwillige wiel draait beoordelen, is niet geschikt voor enkele muizenstammen kunnen niet gevoelig voor geneesmiddelen die vermoeidheid te verminderen en een relatief lage doorzet. Het huidige protocol beschrijft een nieuwe, niet-vrijwillige preklinische testen van vermoeidheid-achtig gedrag, de loopband vermoeidheid test, en levert het bewijs van de werkzaamheid bij het opsporen van vermoeidheid-achtig gedrag in muizen behandeld met een chemotherapie drug bekend om vermoeidheid veroorzaken bij de mens en vermoeidheid -achtige gedrag in animals. Deze test kan een gunstig alternatief voor wiel draait, zoals vermoeidheid-achtig gedrag en mogelijke ingrepen in een groter aantal muizen gedurende een korter tijdsbestek kan worden bepaald, waardoor het mogelijk sneller ontdekking van nieuwe therapeutische opties.
Introduction
Vermoeidheid van invloed op een breed scala van mensen, kan aanzienlijk verminderen de kwaliteit van leven, en vaak heeft een onduidelijke of onbekende pathogenese. Kanker gerelateerde vermoeidheid (CRF), bijvoorbeeld, wordt ervaren door de meerderheid van kankerpatiënten die behandeld en kan lang blijven bestaan na kanker behandeling is voltooid en in afwezigheid van detecteerbare kanker 1. Bovendien vermoeidheid is een prominent symptoom bij vele andere ziekten en aandoeningen, waaronder chronische vermoeidheidssyndroom, depressie, diabetes en fibromyalgie. Gelukkig zijn er niet-farmacologische interventies die in staat is het helpen van sommige mensen ervaren vermoeidheid (bijvoorbeeld oefening kan verminderen CRF voor sommige borstkankerpatiënten 2,3), maar veel mensen hebben nog steeds een effectieve behandeling. Bovendien hebben bestaande geneesmiddelen behandelingen voor CRF niet gevonden in grote lijnen, of helemaal doeltreffend 4-7.
Ondanks de therapeutische behoefte en gebrek aan drug behandelingsmogelijkheden, preklinische testen van vermoeidheid om te helpen bij de ontdekking en ontwikkeling van nieuwe behandelingen vermoeidheid ontbreekt, vooral in diermodellen. Een van de weinige preklinische testen van vermoeidheid voor knaagdieren studies is vrijwillig wiel draait activiteit (VWRA) 9-15, waarin muizen en andere knaagdieren krijgen gratis toegang tot een loopwiel en hun dagelijkse gang activiteit wordt geregistreerd. In veel studies, VWRA is de enige maatregel van vermoeidheid-achtig gedrag, met vermoeidheid-achtig gedrag gedefinieerd (in zowel VWRA of het huidige protocol) als een afname van de gemeten fysieke activiteit in de experimentele groep. Hoewel VWRA een nuttige longitudinale mate van vermoeidheid-achtig gedrag kan bieden, is het een relatief lage-throughput assay, hardlopen verschilt aanzienlijk tussen inteelt muis stammen 16, en het vereist onderwerpen afzonderlijk te worden gehuisvest, die veranderingen in het gedrag en de testprestaties kan veroorzaken 17-19. Andere testen, zoals de kooi gedrags-monitoring enanalyse, kan ook continu verzamelen van gegevens en sommige systemen kunnen zorgen voor onderwerpen worden gehuisvest in paren 20. Deze assays zijn nuttig, maar kunnen minder gevoelig als een middel voor het detecteren vermoeidheid-achtige gedrag en dergelijke wiel draait, zijn ook lage doorvoer.
In tegenstelling tot VWRA, doe muis loopband proeven niet vertrouwen op vrijwilligerswerk en kan in een kort tijdsbestek worden afgerond, waardoor een hogere doorvoersnelheid. In vergelijking met VWRA, deze tests beroep doen op externe motivators. Specifiek is er meestal een geëlektrificeerde metalen rooster gelegen aan de achterzijde van de bewegende band aan muizen met een elektrische shock moeten zij geen werking. Daarnaast shock raster, kunnen muizen worden gemotiveerd op de loopband te lopen via verschillende andere methoden, zoals prikken, prikken, of raken ze met een hand, borstel of ander gereedschap en de leiding korte pufjes lucht bij hen. In plaats van vermoeidheid, zijn muis loopband testen vaak gebruikt voor het meten aërobe en / of anaerobic inspanningscapaciteit 21-25. Muizen gemotiveerd draaien tot zij niet in staat of willen blijven lopen op de loopband als middel ontsnappen verdere elektrische schokken. Testen eindigt dan wanneer de muizen het criterium voor uitputting te voldoen. In deze protocollen, zodat muizen bereikt waar fysiologische uitputting, is het criterium voor uitputting vaak gedefinieerd als uitgaven vijf opeenvolgende seconden, die bovenop de schok net en niet te blijven draaien in aanwezigheid van herhaalde aversieve stimuli. Aldus kan vermoeidheid-achtig gedrag worden gemaskeerd typische loopband proeven door de sterke aversieve aard van de externe motivatie en criterium voor het beëindigen van de test. Interessant is dat in tegenstelling tot veel andere studies met knaagdieren loopbanden, een recente publicatie beschrijft een andere versie van een loopband vermoeidheid test, die werd gebruikt als onderdeel van een onderzoek naar de effecten van sociale stress in muizen 26. Hoewel de methode van deze groep sterk verschilde van de current protocol (dat wil zeggen, in dienst ze een single-lane loopband en vereiste 10 sec op een elektrische schok als criterium voor het beëindigen van hun test), hun studie wijst op het nut van en interesse in het ontwikkelen van een snelle, eenvoudige vermoeidheid test met de muis loopband.
Vermoeidheid wil detecteerbaar met uitzondering wiel draait middelen en veranderingen in gedrag routine zijn. CRF maakt patiënten zich uitgeput door een kleinere hoeveelheid spiervermoeidheid, zoals bepaald door elektromyografische analyse, dan mensen zonder CRF 27. Daarnaast heeft verminderd motivatie opgemerkt in en wordt gemeten door verschillende schalen meten menselijke vermoeidheid 28,29. Dus een nuttig preklinische test vermoeidheid-achtig gedrag onderscheid tussen gezonde en vermoeid muizen op basis van een ander dan fysiologische te meten, neemt niet weg dalingen motivatie. Om dat doel te bereiken, terwijl het vermijden van beperkingen van VWRA en andere testen, de huidige methode was ontwikkeld door het aanpassen van de muis loopband-test. Deze methode maakt gebruik van een schok net als de enige externe motivator om muizen te lopen op de loopband te maken. Muizen snel leren dat het rooster zorgt voor een aversieve stimulus en zullen zo snel mogelijk af te stappen van het wanneer geplaatst op de loopband en onderhouden van enige afstand van deze tijdens het hardlopen.
Bij muizen vermoeidheid, brengen ze geleidelijk langer naar de achterkant van de loopband in plaats van het handhaven van de snelheid naar de voorkant. Derhalve is het criterium voor testvoltooiing in dit protocol uitgaven vijf seconden continu in de aangegeven vermoeidheid zone (dwz de achterkant van de loopband, variërend van ongeveer een lichaamslengte van de schok rooster, en met het rooster shock). Dit maakt gebruik van de aversieve aard van het netwerk zonder dat muizen veel of concrete schokken ontvangen na training. Doordat muizen beproefd met de huidige criterium plaats uitputting voltooien (zoals hierboven gedefinieerd),Deze werkwijze verschaft een middel voor het gebruik van de loopband vermoeiing-achtig gedrag in plaats van de maximale (of bijna maximale) fysiologische functie te meten. Zo kan deze werkwijze een eenvoudige, high-throughput assay vermoeidheid-achtig gedrag bij muizen geven en kan ofwel als een onafhankelijke of aanvullende maatregel andere assays vermoeidheid-achtig gedrag.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het huidige protocol beschrijft hoe een muis loopband gebruikt om vermoeidheid-achtig gedrag te meten. Deze methode heeft een aantal voordelen ten opzichte van VWRA, een gemeenschappelijke preklinische testen van vermoeidheid-achtig gedrag. VWRA vereist dat muizen kiezen om met de testapparatuur. Hierdoor enkele inteelt muizenstammen zelden interactie met het wiel 16 en lopen zo klein dat het moeilijk of onmogelijk kan zijn om een vermoeidheid geïnduceerde afname van de activiteit te identificeren. In tegens…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by the Intramural Research Program of the NIH, The National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK), Grant 1Z01 DK011006. We wish to thank Michele Allen for providing technical assistance, Eleni Solomos for editorial assistance, and the NIH veterinary and animal care staff for providing care for the mice used in developing this method.
Materials
| 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 |
Referenzen
- Hofman, M., Ryan, J. L., Figueroa-Moseley, C. D., Jean-Pierre, P., Morrow, G. R. Cancer-related fatigue: the scale of the problem. Oncologist. 12 Suppl 1, 4-10 (2007).
- Schwartz, A. L. Daily fatigue patterns and effect of exercise in women with breast cancer. Cancer Pract. 8 (1), 16-24 (2000).
- Schwartz, A. L., Mori, M., Gao, R., Nail, L. M., King, M. E. Exercise reduces daily fatigue in women with breast cancer receiving chemotherapy. Med. Sci. Sports Exerc. 33 (5), 718-723 (2001).
- Butler, J. M., et al. A phase III, double-blind, placebo-controlled prospective randomized clinical trial of d-threo-methylphenidate HCl in brain tumor patients receiving radiation therapy. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 69 (5), 1496-1501 (2007).
- Jean-Pierre, P., et al. A phase 3 randomized, placebo-controlled, double-blind, clinical trial of the effect of modafinil on cancer-related fatigue among 631 patients receiving chemotherapy: a University of Rochester Cancer Center Community Clinical Oncology Program Research base study. Cancer. 116 (14), 3513-3520 (2010).
- Mar Fan, H. G., et al. A randomised, placebo-controlled, double-blind trial of the effects of d-methylphenidate on fatigue and cognitive dysfunction in women undergoing adjuvant chemotherapy for breast cancer. Support. Care Cancer. 16 (6), 577-583 (2008).
- Moraska, A. R., et al. Phase III, randomized, double-blind, placebo-controlled study of long-acting methylphenidate for cancer-related fatigue: North Central Cancer Treatment Group NCCTG-N05C7 trial. J. Clin. Oncol. 28 (23), 3673-3679 (2010).
- Schwartz, A. L., Thompson, J. A., Masood, N. Interferon-induced fatigue in patients with melanoma: a pilot study of exercise and methylphenidate. Oncol. Nurs. Forum. 29 (7), E85-E90 (2002).
- Coletti, D., et al. Substrains of inbred mice differ in their physical activity as a behavior. Sci. World J. , 237260 (2013).
- Mahoney, S. E., Davis, J. M., Murphy, E. A., McClellan, J. L., Gordon, B., Pena, M. M. Effects of 5-fluorouracil chemotherapy on fatigue: role of MCP-1. Brain Behav. Immun. 27 (1), 155-161 (2013).
- Moriya, J., Chen, R., Yamakawa, J., Sasaki, K., Ishigaki, Y., Takahashi, T. Resveratrol improves hippocampal atrophy in chronic fatigue mice by enhancing neurogenesis and inhibiting apoptosis of granular cells. Biol. Pharm. Bull. 34 (3), 354-359 (2011).
- Sheng, W. S., Hu, S., Lamkin, A., Peterson, P. K., Chao, C. C. Susceptibility to immunologically mediated fatigue in C57BL/6 versus Balb/c mice. Clin. Immunol. Immunopathol. 81 (2), 161-167 (1996).
- Weymann, K. B., Wood, L. J., Zhu, X., Marks, D. L. A role for orexin in cytotoxic chemotherapy-induced fatigue. Brain. Behav. Immun. 37, 84-94 (2014).
- Wood, L. J., Nail, L. M., Perrin, N. A., Elsea, C. R., Fischer, A., Druker, B. J. The cancer chemotherapy drug etoposide (VP-16) induces proinflammatory cytokine production and sickness behavior-like symptoms in a mouse model of cancer chemotherapy-related symptoms. Biol. Res. Nurs. 8 (2), 157-169 (2006).
- Zombeck, J. A., Fey, E. G., Lyng, G. D., Sonis, S. T. A clinically translatable mouse model for chemotherapy-related fatigue. Comp. Med. 63 (6), 491-497 (2013).
- Lightfoot, J. T., et al. Strain screen and haplotype association mapping of wheel running in inbred mouse strains. J. Appl. Physiol. 109 (3), 623-634 (2010).
- Bartolomucci, A., et al. Individual housing induces altered immuno-endocrine responses to psychological stress in male mice. Psychoneuroendocrinology. 28 (4), 540-558 (2003).
- Martin, A. L., Brown, R. E. The lonely mouse: verification of a separation-induced model of depression in female mice. Behav. Brain Res. 207 (1), 196-207 (2010).
- Võikar, V., Polus, A., Vasar, E., Rauvala, H. Long-term individual housing in C57BL/6J and DBA/2 mice: assessment of behavioral consequences. Genes Brain Behav. 4 (4), 240-252 (2005).
- Salem, G. H., et al. SCORHE: a novel and practical approach to video monitoring of laboratory mice housed in vivarium cage racks. Behav. Res. Methods. 47 (1), 235-250 (2015).
- Courtney, S. M., Massett, M. P. Identification of exercise capacity QTL using association mapping in inbred mice. Physiol. Genomics. 44 (19), 948-955 (2012).
- Jørgensen, S. B., et al. Effects of alpha-AMPK knockout on exercise-induced gene activation in mouse skeletal muscle. FASEB J. 19 (9), 1146-1148 (2005).
- Knab, A. M., Bowen, R. S., Moore-Harrison, T., Hamilton, A. T., Turner, M. J., Lightfoot, J. T. Repeatability of exercise behaviors in mice. Physiol. Behav. 98 (4), 433-440 (2009).
- Lightfoot, J. T., Turner, M. J., Debate, K. A., Kleeberger, S. R. Interstrain variation in murine aerobic capacity. Med. Sci. Sports Exerc. 33 (12), 2053-2057 (2001).
- Lightfoot, J. T., et al. Quantitative trait loci associated with maximal exercise endurance in mice. J. Appl. Physiol. 103 (1), 105-110 (2007).
- Azzinnari, D., et al. Mouse social stress induces increased fear conditioning, helplessness and fatigue to physical challenge together with markers of altered immune and dopamine function. Neuropharmacology. 85, 328-341 (2014).
- Kisiel-Sajewicz, K., et al. Myoelectrical manifestation of fatigue less prominent in patients with cancer related fatigue. PloS One. 8 (12), e83636 (2013).
- Smets, E. M. A., Garssen, B., Bonke, B., De Haes, J. C. J. M. The multidimensional Fatigue Inventory (MFI) psychometric qualities of an instrument to assess fatigue. J. Psychosom. Res. 39 (3), 315-325 (1995).
- Vercoulen, J. H. M. M., Swanink, C. M. A., Fennis, J. F. M., Galama, J. M. D., van der Meer, J. W. M., Bleijenberg, G. Dimensional assessment of chronic fatigue syndrome. J. Psychosom. Res. 38 (5), 383-392 (1994).
- Tsujimoto, H., et al. Tolerability of adjuvant chemotherapy with S-1 after curative resection in patients with stage II/III gastric cancer. Oncol. Lett. 4 (5), 1135-1139 (2012).
