An Innovative Running Wheel-baserede Mekanisme for Forbedret Rat Training ydeevne

Summary

Denne undersøgelse præsenterer en innovativ løbehjul-baserede dyr mobilitet system til at kvantificere en effektiv udøvelse aktivitet i rotter. En rotte-venlig testbænk er bygget ved hjælp af en foruddefineret adaptiv accelerationskurve, og en høj korrelation mellem den faktiske udøvelse sats og infarkt volumen antyder protokollens potentiale for forebyggelse slagtilfælde eksperimenter.

Abstract

Denne undersøgelse viser et dyr mobilitet, som er udstyret med en positionering løbehjul (PRW), som en måde at kvantificere virkningen af ​​en øvelse aktivitet for at reducere sværhedsgraden af ​​virkningerne af slagtilfælde hos rotter. Dette system giver en mere effektiv dyr træning end kommercielt tilgængelige systemer såsom løbebånd og motoriserede løbende hjul (MRWs). I modsætning til en MRW der kun kan opnå hastigheder under 20 m / min, rotter tilladelse til at køre på et stabilt hastighed på 30 m / min på en mere rummelige og high-density gummi løbebane understøttet af en 15 cm bred akryl hjul med en diameter på 55 cm i dette arbejde. Hjælp af en foruddefineret adaptiv accelerationskurve, systemet ikke kun reducerer operatørfejl men også tog rotterne til at køre vedvarende indtil en bestemt intensitet nås. Som en måde at evaluere udøvelsen effektivitet, er tidstro positionen af ​​en rotte detekteres af fire par infrarøde sensorer indsat på løbehjul. Når enadaptive accelerationskurve initieres ved hjælp af en microcontroller, de data, der opnås ved de infrarøde sensorer automatisk registreres og analyseres i en computer. Til sammenligning er 3 uger træning udført på rotter ved hjælp af et løbebånd, en MRW og en PRW. Efter kirurgisk induktion mellem-cerebral arterieokklusion (MCAo), blev modificeret neurologiske hårdhed regnskabs (mNSS) og et skråt plan test udført for at vurdere de neurologiske skader til rotterne. PRW er eksperimentelt valideret som den mest effektive blandt sådanne dyr mobilitetssystemer. Endvidere en øvelse effektivitet foranstaltning, baseret på rotte position analyse viste, at der er en høj negativ korrelation mellem den faktiske udøvelse og infarktvolumen, og kan anvendes til at kvantificere en rotte træning i enhver form for hjerne eksperimenter reduktion skader.

Introduction

Eksisterer Strokes kontinuerligt som en økonomisk byrde til lande globalt, efterlader utallige patienter fysisk og psykisk handicappede ^{1, 2.} Der er klinisk tyder på, at regelmæssig motion kan forbedre nerve regenerering og styrke neurale forbindelser ^{3, 4,} og det er også vist, at motion kan mindske risikoen for at lide iskæmisk slagtilfælde ^5. Med enten et løbebånd eller en kørende hjul som en øvelse uddannelsessystem, gnavere, såsom rotter, tjener som en proxy for mennesker for at teste effektiviteten af øvelser i langt de fleste af de kliniske forsøg ^{6 – 8.} Et uddannelsessystem, der normalt involverer uddannelse en rotte i en vis periode, hvorunder en rotte kører med en bestemt hastighed. Derfor er træningsintensiteten generelt beregnes efter øvelsen hastighed og varighed ^{6 – 8.} Den samme fremgangsmåde anvendes påestimere mængden af ​​motion er nødvendig for neurofysiologisk beskyttelse. Imidlertid er de eksperimentelle øvelser til tider vist sig at være ineffektive, såsom når en rotte snubler, falder, eller griber skinnerne, når de ikke er i stand til at hamle op med den løbehjul hastighed ^9-11. Det er overflødigt at sige, hændelser af ineffektiv øvelse reducere øvelsen fordel. Selv om der ikke er nogen alment accepteret tilgang i øjeblikket at kvantificere de effektive øvelser til at reducere hjerneskader, niveauet af effektive øvelser står stadig som en objektiv vurdering til kliniske forskere til at illustrere fordelene ved motion i disciplinen neurofysiologi.

Der findes en række begrænsninger på kommercielt tilgængelige mobilitetssystemer dyr, der anvendes i dagens hjerneskade reduktion eksperimenter ^12. I et løbebånd tilfælde rotterne tvunget til at løbe ved hjælp af elektriske stød, inducere enorme psykologiskestress på dyrene og derved interferens i det endelige neurofysiologiske testresultater ^{8, 13, 14.} Bende hjul kan kategoriseres i to typer, nemlig frivillige og tvungne. Frivillige kører hjul tillader rotter at køre naturligt, at skabe overdreven variabilitet på grund af forskellene i rotternes fysiske træk og evner ^15, mens motoriserede løbehjul (MRWs) ansætte en motor til at dreje hjulet, tvinger rotter til at køre. Trods også er en form for tvungen uddannelse, MRWs pålægger mindre psykisk stress på rotter end løbebånd ^{13, 16, 17.} Imidlertid har forsøg med MRWs rapporterede, at rotter tider afbryde øvelsen ved at tage fat skinnerne på hjulet spor og nægter at køre med hastigheder på over 20 m / min ^9. Disse eksempler viser, at dyr mobilitetssystemer øjeblikket er til rådighed har en iboende ulempe, at hæmmer effektiv motion. Tilobjektive uddannelse rotte formål er at udvikle en meget effektiv træning system, men med lav interferens derfor ses som et presserende problem for neurofysiologiske motion eksperimenter.

Denne undersøgelse præsenterer en meget effektiv løbehjul for eksperimenter på at reducere sværhedsgraden af virkningerne af slaget ^11. Ud over et reduceret antal interferens faktorer under en træning proces, opdager dette system kørende positionen af ​​en rotte ved hjælp infrarøde sensorer indlejret i hjulet, hvorved der opnås en mere pålideligt skøn over effektiv udøvelse aktivitet. Den psykologiske stress pålagt af traditionelle løbebånd og de hyppige motion afbrydelser i MRWs både forvrænge objektivitet af de resulterende motion skøn. En positionering løbehjul (PRW) system, der præsenteres i denne undersøgelse er udviklet i et forsøg på at minimere uønsket interferens samtidig give en pålidelig træning model til kvantificering effektiv exercise.

Protocol

Etik Statement: De eksperimentelle procedurer blev godkendt af dyreetik udvalg Southern Taiwan University of Science and Technology Laboratory Animal Center, National Science Rådet, Kina (Tainan, Taiwan). 1. Konstruere Running Wheel Struktur BEMÆRK: Alle akryl bør være gennemsigtig. Vask afmonterede hjul med vand, derefter bruge alkohol til at tørre gummi spor og acrylplader efter hver brug. Opnå en akryl løbehjul til at være 55 cm i dia…

Representative Results

Dette afsnit er helliget sammenligninger, foretaget 1 uge efter operationen, på mNSS scores, hældning plane testresultater og hjerne infarktvolumener blandt fem grupper. 4A og 4B præsentere de gennemsnitlige mNSS scoringer og gennemsnittet af hældning fly testresultater, hhv. Den PRW-gruppen vises som den bedste i form af mNSS forbedring. De væsentlige forskelle mellem PRW og MRW og mellem løbebånd og PRW klart tyder på, at PRW beskytter mod slag…

Discussion

Denne protokol beskriver en meget effektiv løbehjul system til at reducere sværhedsgraden af ​​virkningerne af slagtilfælde hos dyr. Som en rotte med børn testbed, er denne platform udformet såvel på en sådan måde, at en stabil hastighed kan opretholdes ved rotter gennem en kørende proces ved hjælp af en forudbestemt adaptive accelerationskurve. I typiske uddannelsessystemer, er forudindstillede uddannelse hastigheder og varigheder indstilles manuelt. Når en øvelse påbegyndes, er en forudindstillet hast…

Materials

Brushless DC motor	Oriental Motor	BLEM512-GFS
Motor driver	Oriental Motor	BLED12A
Motor reducer	Oriental Motor	GFS5G20
Speedometer	Oriental Motor	OPX-2A
Treadmill	Columbus Instruments	Exer-6M
Infrared transmitter	Seeed Studio	TSAL6200
Infrared Receiver	Seeed Studio	TSOP382
Microcontroller	Silicon Labs	C8051F330
CCD camera	Canon Inc.	EOS 450D
Image processing software	Adobe Systems Incorporated	ADOBE Photoshop CS5 12.0
Image analysis	Media Cybernetics	Pro Plus 4.50.29
Sodium pentobarbital	Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA)	SIGMA P-3761
Ketamine	Pfizer (Kent, UK)	1867-66-9
Atropine	Taiwan Biotech Co., Ltd. (Taoyuan, Taiwan)	A03BA01
Xylazine	Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA)	SIGMA X1126
Buprenorphine	Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA)	B9275
Anesthesia	Sigma Chemical