Hanteringstekniker för att minska stress hos möss
Summary
Detta dokument beskriver en hanteringsteknik hos möss, 3D-hanteringstekniken, som underlättar rutinhantering genom att minska ångestliknande beteenden och presenterar detaljer om två befintliga relaterade tekniker (tunnel- och svanshantering).
Abstract
Laboratoriedjur utsätts för flera manipuleringar av forskare eller djurvårdsleverantörer. Den stress som detta orsakar kan ha djupgående effekter på djurens välbefinnande och kan också vara en förvirrande faktor för experimentella variabler som ångeståtgärder. Under årens lopp har hanteringstekniker som minimerar hanteringsrelaterad stress utvecklats med särskilt fokus på råttor och liten uppmärksamhet på möss. Det har dock visat sig att möss kan vana vid manipuleringar med hjälp av hanteringstekniker. Att vanställa möss i hanteringen minskar stress, underlättar rutinhantering, förbättrar djurens välbefinnande, minskar datavariationen och förbättrar experimentell tillförlitlighet. Trots positiva effekter av hantering används svans-pick-up-metoden, som är särskilt stressande, fortfarande i stor utsträckning. Detta dokument ger en detaljerad beskrivning och demonstration av en nyutvecklad mushanteringsteknik avsedd att minimera den stress som djuret upplev under mänsklig interaktion. Denna manuella teknik utförs under 3 dagar (3D-hanteringsteknik) och fokuserar på djurets förmåga att vana vid experimenteraren. Denna studie visar också effekten av tidigare etablerade tunnelhanteringstekniker (med hjälp av en polykarbonattunnel) och tail-pick-up-tekniken. Specifikt studerade är deras effekter på ångestliknande beteenden, med hjälp av beteendetester (Elevated-Plus Maze och Novelty Suppressed Feeding), frivillig interaktion med experimenterare och fysiologisk mätning (kortikosteronnivåer). 3D-hanteringstekniken och tunnelhanteringstekniken minskade ångestliknande fenotyper. I det första experimentet, med hjälp av 6 månader gamla hanmöss, förbättrade 3D-hanteringstekniken experimentinteraktion avsevärt. I det andra experimentet, med 2,5 månader gammal kvinna, minskade det kortikosteronnivåerna. 3D-hanteringen är därför en användbar metod i scenarier där interaktion med experimenteraren krävs eller föredras, eller där tunnelhantering kanske inte är möjlig under experimentet.
Introduction
Möss och råttor är väsentliga tillgångar för prekliniska studier1,2 för flera ändamål, inklusive endokriska, fysiologiska, farmakologiska eller beteendemässiga studier2. Från det ökande antalet studier som involverar djur uppstod det att okontrollerade miljövariabler inklusive mänsklig interaktion påverkar olika resultat i biomedicinsk forskning3,4,5. Detta är ansvarigt för betydande variationer som observerats i experiment och forskningslaboratorier4,5, vilket utgör en stor varning inom djurforskning.
Olika tillvägagångssätt har implementerats med målet att begränsa miljöpåverkan och minska reaktiviteten mot mänsklig interaktion. För att begränsa miljöpåverkan, standardisering av bostadsförhållanden och automatiserade bostadssystem6har7 till exempel implementerats i laboratorier. När det gäller interaktion med människor hade vanliga metoder för hantering och transport av djur liten hänsyn till obehag och stress hos djur. Till exempel, att plocka upp djur i svansen eller använda tång8 ökar baslinjeångest9,10,11, minskarutforskningen 9,12 och bidrar kraftigt till inter-individuell variabilitet inom och över studier13,14. Som ett resultat utvecklades andra tillvägagångssätt, såsom kopphanteringstekniken, som är tillämplig på möss och råttor. I detta tillvägagångssätt “kupas” djuren ut ur sin bur och hålls av experimenterarna med händerna som bildar en kopp9,10,11. Ett annat användbart alternativ till svanshantering innebär användning av en polykarbonattunnel för att överföra möss9,10,15. Den här metoden eliminerar direkt interaktion mellan musen och experimenteraren. Både kopp- och tunnelmetoderna visade effektivitet för att minska ångestliknande beteenden och rädsla för experimenteraren som kan överdrivas av aversiva hanteringstekniker, såsom svanshämtning / svanshantering9,10.
Därför visar ökande bevis nyttan av korrekt mushantering för att minska variabiliteten mellan individer9,11, och förbättra djurens välbefinnande10. De tekniker som nämns ovan står dock fortfarande inför begränsningar. Cuphanteringstekniken har implementerats med scheman från 10 dagar (10 sessioner under 2 veckor16) upp till 15 veckor17, vilket är en betydande tid för anläggningspersonal och experimenterare. Dessutom varierar effektiviteten av kopphantering genom belastning9 och konventionell kopphantering i öppna händer kan leda till naiva möss eller särskilt hoppiga stammar att hoppa från handen9,18. Tunnelhantering resulterar i mer konsekventa och generellt snabbare resultat i gentling19. Tunnlar används också som hemburberikning. De hjälper djur att hantera snabbt och ger de extra fördelarna med berikning. Tunnelhantering har dock begränsningar vid överföring av djur mellan apparater. Intressant nog visade Hurst och West9, och Henderson et al.20 att användning av mild och kort manuell hantering för att överföra djur från tunneln till apparaten inte påverkar deras fenotyp.
För att ge ett alternativ till befintliga metoder, med uppnåelig tillvänjning på kort tid, beskriver denna artikel en ny teknik som expanderar på kopphanteringstekniken, vilket därför inte kräver någon särskild utrustning. Detta tillvägagångssätt använder milstolpar för att mäta nivån på komfortmössen har med hanteringsprocessen. Det visar effekt vid minskad musreaktivitet och stress (på beteendemässiga och hormonella nivåer), underlättar rutinmässig hantering och bidrar till att minska variationen mellan djur. Detaljer om denna teknik tillhandahålls här, och dess effektivitet vid minskning av ångestliknande beteenden, förbättra interaktionen med experimenterare och begränsa perifert stresshormon (kortikosteron) frisättning visas i två separata studier (manliga och kvinnliga möss), i jämförelse med tunnelhantering (positiv kontroll) och svanshanteringstekniker (negativ kontroll).
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna studie- och metodutveckling bygger på observationen att hanteringstekniker hos möss fortfarande förbises av det vetenskapliga samfundet, och att vissa laboratorier fortfarande är ovilliga att genomföra tillvänjnings- eller hanteringstekniker för att minska stress och reaktivitet hos sina djur före experiment. Djurhanteringen ger goda effekter för djuren, vilket kan bidra till att de experiment som ska utföras lyckas och förhindrar att försök måste utföras flera gånger på grund av datavariation elle…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna tackar CAMH:s djurvårdskommitté för att ha stött detta arbete, liksom djurvårdarna i CAMH som gav omfattande feedback om nyttan av förfarandet, motiverade utförandet av de beskrivna experimenten och inlämningen av det detaljerade protokollet för andra användare. Detta arbete finansierades delvis av CAMH BreakThrough Challenge, som tilldelades TP, och av interna medel från 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 |
Referências
- 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).
