מבחן עייפות הליכון: A Assay פשוט, תפוקה גבוהה של התנהגות העייפות דמוית עבור העכבר
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
עייפות היא סימפטום בולט הרבה מחלות והפרעות ומפחיתה איכות החיים של אנשים רבים. החוסר בפתוגנזה ברורה וכישלון ההתערבויות נוכחיות לטיפול עייפות כראוי בכל החולים משאיר צורך אפשרויות טיפול חדשות. למרות הצורך הטיפולי ואת החשיבות של מחקר פרה-קליני בעזרה לזהות טיפולים חדשניים מבטיחים, כמה מבחני פרה-קליניים של עייפות זמינים. יתר על כן, assay פרה-הקליני הנפוץ ביותר המשמש להערכת התנהגות עייפות דמוית, ריצת גלגל מרצון, אינו מתאים לשימוש עם זנים מסוימים של עכברים, לא יכול להיות רגיש תרופות להפחתת עייפות, ויש לו תפוקה נמוכה יחסית. הפרוטוקול הנוכחי מתאר רומן, assay פרה-הקליני שאינו מהרצון של התנהגות כמו עייפות, מבחן עייפות הליכון, ומספק עדות יעילותה באיתור התנהגות כמו-עייפה בעכברים שטופלו עם תרופה כימותרפית ידועות כגורם עייפות בבני אדם ועייפות התנהגות-כמו ב אנימהls. assay זה עשוי להיות חלופה מועילה ריצה גלגל, כהתנהגות עייפות דמוית והתערבויות פוטנציאל ניתן להעריכם מספר גדול יותר של עכברים על מסגרת זמן קצרה יותר, ובכך לאפשר גילוי מהיר של אפשרויות טיפוליות חדשות.
Introduction
עייפות משפיעה על מגוון רחב של אנשים, יכולה להפחית את איכות החיים באופן משמעותי, ולעתים קרובות יש בפתוגנזה ברורה או ידועה. הסרטן הקשורות עייף (CRF), למשל, חווה על ידי רוב חולי הסרטן העוברים טיפולים יכולים להתמיד זמן רב לאחר טיפול בסרטן הושלם ובהעדר לסרטן לגילוי 1. יתר על כן, עייפות היא גם סימפטום בולט מחלות והפרעות רבות אחרות, כולל תסמונת עייפות כרונית, דיכאון, סוכרת, ופיברומיאלגיה. למרבה המזל, ישנם שאינם תרופתי התערבויות המסוגלים לעזור כמה אנשים חווים עייפות (למשל, פעילות גופנית יכולה להפחית CRF עבור חלק מהחולים בסרטן השד 2,3), אבל אנשים רבים עדיין חסרים טיפול יעיל. יתר על כן, טיפולים תרופתיים קיימים עבור CRF לא נמצאו להיות רחב, אם בכלל, 4-7 יעיל.
למרות הצורך הטיפולי וחוסר druאפשרויות הטיפול גרם, מבחני הפרה-קליניים של עייפות כדי לסייע בגילוי ופיתוח של טיפולים עייפות הרומן חסרים, במיוחד במודלים של בעלי חיים. אחת מבחני פרה-קליניים בלבד של עייפות עבור מחקרים במכרסמים הוא פעילות ריצה גלגל מרצון (VWRA) 9-15, שבו עכברים או מכרסמים אחרים מקבלים גישה חופשית גלגל ריצה ופעילות ולהפעלה היומית שלהם מתועד. במחקרים רבים, VWRA הוא המדד היחיד של התנהגות עייפות דמוית, עם התנהגות עייפות דמוית מוגדר (בכל VWRA או בפרוטוקול הנוכחי) כמו ירידה בפעילות הגופנית נמדדת בקבוצת הניסוי. למרות VWRA יכול לספק מידה אורכת שימושית של התנהגות העייפות דמוית, היא assay נמוכה יחסית תפוקה, ריצה משתנית באופן משמעותי בין זנים הטהורים עכבר 16, וזה דורש נושאים ישוכנו בנפרד, אשר עשוי לגרום לשינויים בביצועי התנהגות ולבדוק 17-19. מבחני אחרים, כגון ניטור התנהגות כלוב הביתהניתוח, יכול גם לספק אוסף נתונים רציף וכמה מערכות עשויות לאפשר נושאים שהוגדרו שוכנו בזוגות 20. מבחנים אלו יש שירות, אך הוא עשוי להיות פחות רגיש כאמצעי לזיהוי התנהגות כמו-עייפות, כמו ריצת גלגל, הם גם תפוקה נמוכה.
בניגוד VWRA, בדיקות הליכון העכבר אל תסמוך פעילות התנדבותית ויכול להסתיים בתוך פרק זמן קצר, המאפשר קצב העברת נתונים גבוה יותר. בהשוואה VWRA, בדיקות אלה להעסיק מניעים חיצוניים. באופן ספציפי, יש בדרך כלל רשת מתכת מחושמלת ממוקמת לחלק האחורי של החגורה נעה לספק עכברים באמצעות שוק חשמלי הם צריכים להפסיק לרוץ. בנוסף לרשת ההלם הזה, עשויה להיות מוטיבציה עכברים לרוץ על ההליכון באמצעות כמה שיטות אחרות, כולל נגחו, דירבנו, או לגעת בהם ביד, מברשת, או כלי אחר ולכוון שאיפות קצרות אוויר לכיוונן. במקום עייפות, בדיקות הליכון עכבר לעתים קרובות משמשות למדידה אירובית ו / או anaerתרגיל obic קיבולת 21-25. עכברים הם מוטיבציה לרוץ עד שהם אינם מסוגלים או אינם רוצים להמשיך ריצה על הליכון כאמצעי בריחה חשיפה לזרם חשמלי נוסף. בדיקה ואז מסתיימת כאשר עכברים מקיימים את המבחן עבור תשישות. ב הפרוטוקולים הללו, על מנת להבטיח כי עכברים להגיע תשישות פיזיולוגית אמיתית, קריטריון התשישות מוגדר בדרך כלל כמו לבלות חמש שניות רצופות הנחת על גבי רשת ההלם ונכשל להמשיך לרוץ אל מול גירויים מרתיעים חזרו. לפיכך, התנהגות עייפות דמוית עשויה להיות רעולה פנים במבחני הליכון טיפוסיים בשל האופי המרתיע החזק של המוטיבציה החיצונית ו קריטריון לסיום הבדיקה. מעניין, ובניגוד מחקרים רבים אחרים באמצעות הליכונים מכרסמים, שפורסם לאחרונה מתאר גרסה אחרת של בדיקת עייפות הליכון, אשר שמשה כחלק בחינה של שפעות לחץ חברתי בעכברים 26. למרות השיטה של קבוצה זו שונה במידה ניכרת מן המ"קפרוטוקול rrent (כלומר, הם מועסקים הליכון נתיב יחיד ונזקקו 10 שניות של הלם חשמלי כקריטריון לסיום הבדיקה שלהם), במחקרם מדגיש את השירות והתעניינות מפתחת בדיקת עייפות מהירה, פשוטה באמצעות הליכון העכבר.
עייפות היא עשויה להתגלות על ידי אמצעי אחר מלבד ריצת הגה שינויים בהתנהגויות שיגרתיות. CRF עושה למטופלים להרגיש מותשים על ידי כמות פחותה של עייפות שרירים, כפי שנקבעו על ידי ניתוח electromyographic, בהשוואה לאנשים שלא CRF 27. בנוסף, מוטיבציה מופחתת שצוינה ונמדדת על ידי כמה סולמות מדידת הליאות 28,29. לפיכך, assay פרה-שימושי של התנהגות עייפות דמוית צריך להבחין בין עכברים בריאים עייפו על בסיס מדד למעט יכולת פיזיולוגית ולא צריכות ירידות מעורפלות במוטיבציה. כדי להשיג מטרה זו, תוך הימנעות מגבלות של VWRA מבחנים אחרים, ווה השיטה הנוכחישעות שפותחו על ידי התאמת בדיקת הליכון עכבר. שיטה זו משתמשת רשת הלם כמו המניע החיצוני הבלעדי לייצר עכברים לרוץ על ההליכון. עכברים ללמוד במהירות כי הרשת מספקת גירוי מרתיע תעבור מייד ממנו כאשר הניחו על ההליכון ולשמור מרחק ממנו בעת ההפעלה.
כאשר עכברים עייפים, הם מבלים יותר ויותר זמן לכיוון חלק האחורי של ההליכון במקום שמירה על מהירות לקראת הסוף הקדמי. לכן, הקריטריון להשלמת בדיקה בפרוטוקול זה הוא מבלה חמש שניות רציפות באזור העייפות המיועד (כלומר, חלק האחורי של ההליכון, נע בין כ אורך גוף אחד מן רשת ההלם, וכולל, לרשת ההלם). זה מנצל את טבע המרתיעה של הרשת ללא צורך עכברים לקבל הרבה או כל זעזועים בפועל לאחר אימון. בכך שהוא מאפשר עכברים כדי להשלים בדיקות השימוש בקריטריון הנוכחי ולא תשישות (כמוגדר לעיל),שיטה זו מספקת אמצעי באמצעות הליכון למדוד התנהגות עייפות דמוית ולא שלה מקסימלי (או כמעט מקסימאלי) היכולת הפיזיולוגית. לכן, שיטה זו יכולה לספק assay פשוטה, תפוקה גבוהה של התנהגות עייפה דמוית בעכברים יכולה לשמש גם כאמצעי עצמאי או משלים מבחני אחרים של התנהגות עייפות דמוית.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרוטוקול הנוכחי מתאר כיצד להשתמש הליכון עכבר כדי למדוד התנהגות עייפות דמוית. לשיטה זו מספר יתרונות על פני VWRA, assay פרה-קליני נורמות התנהגות מקובלות עייפות דמוית. VWRA דורש שעכברים לבחור אינטראקציה עם מנגנון הבדיקה. כתוצאה מכך, כמה זנים טהורים של עכברים לעתים נדירות אינ?…
Disclosures
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 |
References
- 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).
