Håndteringsteknikker for å redusere stress hos mus
Summary
Dette dokumentet beskriver en håndteringsteknikk hos mus, 3D-håndteringsteknikken, som letter rutinemessig håndtering ved å redusere angstlignende atferd og presenterer detaljer om to eksisterende relaterte teknikker (tunnel- og halehåndtering).
Abstract
Laboratoriedyr blir utsatt for flere manipulasjoner av forskere eller dyrepleiere. Stresset dette forårsaker kan ha dype effekter på dyrs velvære og kan også være en forvirrende faktor for eksperimentelle variabler som angsttiltak. Gjennom årene har håndteringsteknikker som minimerer håndteringsrelatert stress blitt utviklet med et spesielt fokus på rotter, og liten oppmerksomhet på mus. Det har imidlertid vist seg at mus kan brukes til manipulasjoner ved hjelp av håndteringsteknikker. Habituating mus til håndtering reduserer stress, letter rutinemessig håndtering, forbedrer dyrets velvære, reduserer datavariabilitet og forbedrer eksperimentell pålitelighet. Til tross for gunstige effekter av håndtering, er hale-pick-up tilnærmingen, som er spesielt stressende, fortsatt mye brukt. Dette papiret gir en detaljert beskrivelse og demonstrasjon av en nyutviklet musehåndteringsteknikk som er ment å minimere dyrets stress under menneskelig interaksjon. Denne manuelle teknikken utføres over 3 dager (3D-håndteringsteknikk) og fokuserer på dyrets evne til å habituate til eksperimentet. Denne studien viser også effekten av tidligere etablerte tunnelhåndteringsteknikker (ved hjelp av en polykarbonattunnel) og hale-pick-up-teknikken. Spesielt studert er deres effekter på angstlignende atferd, ved hjelp av atferdstester (Elevated-Plus Maze and Novelty Suppressed Feeding), frivillig interaksjon med eksperimenter og fysiologisk måling (kortikosteronnivåer). 3D-håndteringsteknikken og tunnelhåndteringsteknikken reduserte angstlignende fenotyper. I det første eksperimentet, ved hjelp av 6 måneder gamle hannmus, forbedret 3D-håndteringsteknikken signifikant eksperimenteringsinteraksjonen. I det andre eksperimentet, ved hjelp av 2,5 måneder gammel kvinne, reduserte det kortikosteronnivået. Som sådan er 3D-håndtering en nyttig tilnærming i scenarier der interaksjon med eksperimentet er nødvendig eller foretrukket, eller der tunnelhåndtering kanskje ikke er mulig under eksperimentet.
Introduction
Mus og rotter er essensielle eiendeler i prekliniske studier1,2 for flere formål, inkludert endokrinale, fysiologiske, farmakologiske eller atferdsstudier2. Fra det økende antallet studier som involverer dyr, oppsto det at ukontrollerte miljøvariabler, inkludert menneskelig interaksjon, påvirker ulike utfall i biomedisinsk forskning3,4,5. Dette er ansvarlig for betydelig variasjon observert på tvers av eksperimenter og forskningslaboratorier4,5, som utgjør en stor advarsel i dyreforskning.
Ulike tilnærminger har blitt implementert med sikte på å begrense virkningen av miljøstressorer og redusere reaktivitet til menneskelig interaksjon. For eksempel, for å begrense virkningen av miljøstressorer, standardisering av boligforhold og automatiserte boligsystemer6,7 er implementert på tvers av laboratorier. Når det gjelder interaksjon med mennesker, hadde ofte brukte tilnærminger for håndtering og transport av dyr liten hensyn til ubehag og stress hos dyr. For eksempel, plukke opp dyr ved halen eller bruke tang8 øker baseline angst9,10,11, reduserer leting9,12 og bidrar sterkt til inter-individuell variasjon i og på tvers av studie13,14. Som et resultat ble andre tilnærminger utviklet, for eksempel kopphåndteringsteknikken, som gjelder for mus og rotter. I denne tilnærmingen blir dyrene “cupped” ut av buret, og holdes av eksperimentene med hendene som danner en kopp9,10,11. Et annet nyttig alternativ til halehåndtering innebærer bruk av en polykarbonattunnel for å overføre mus9,10,15. Denne tilnærmingen eliminerer direkte interaksjon mellom musen og eksperimentet. Både kopp- og tunneltilnærmingene viste effekt i å redusere angstlignende atferd og frykt for eksperimentet som kan overdrives av aversive håndteringsteknikker, for eksempel hale pick up / tail handling9,10.
Derfor viser økende bevis nytten av riktig musehåndtering for å redusere variasjon mellom individer9,11, og forbedre dyrevelferden10. Teknikkene nevnt ovenfor står imidlertid fortsatt overfor begrensninger. Cuphåndteringsteknikken er implementert med tidsplaner fra 10 dager (10 økter over 2 uker16) opp til 15 uker17, noe som er en betydelig tid for anleggspersonell og eksperimenter. I tillegg varierer effektiviteten av kopphåndtering med belastning9, og konvensjonell kopphåndtering i åpne hender kan føre til naive mus eller spesielt hoppende stammer for å hoppe fra hånden9,18. Tunnelhåndtering resulterer i mer konsistente og generelt raskere resultater i gentling19. Tunneler brukes også som hjemmeburberikelse. De hjelper dyr med å håndtere raskt og gir de ekstra fordelene med berikelse. Tunnelhåndtering har imidlertid begrensninger ved overføring av dyr mellom apparater. Interessant nok viste Hurst og West9, og Henderson et al.20 at bruk av mild og kort manuell håndtering for å overføre dyr fra tunnelen til apparatet ikke påvirker deres fenotype.
For å gi et alternativ til eksisterende metoder, med oppnåelig habituation på kort tid, beskriver denne artikkelen en ny teknikk som utvider cuphåndteringsteknikken, og krever derfor ikke noe bestemt utstyr. Denne tilnærmingen bruker milepæler for å måle nivået av komfortmus har med håndteringsprosessen. Det viser effekt ved å redusere musreaktivitet og stress (på atferds- og hormonelle nivåer), letter rutinemessig håndtering og bidrar til å redusere variasjon mellom dyr. Detaljer om denne teknikken er gitt her, og dens effekt ved å redusere angstlignende atferd, forbedre samspillet med eksperimenter og begrense perifer stresshormon (kortikosteron) frigjøring er demonstrert i to separate studier (mannlige og kvinnelige mus), i forhold til tunnelhåndtering (positiv kontroll) og halehåndteringsteknikker (negativ kontroll).
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne studien og metodeutviklingen er basert på observasjonen om at håndteringsteknikker hos mus fortsatt blir oversett av det vitenskapelige samfunnet, og at noen laboratorier fortsatt er motvillige til å implementere habituation eller håndteringsteknikker for å redusere stress og reaktivitet av dyrene sine før eksperimenter. Mens det representerer en tidsforpliktelse, gir dyrehåndtering gunstige effekter på dyrene som kan bidra til suksessen til forsøkene som skal utføres og forhindrer eksperimenter i å måt…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker Animal Care Committee of CAMH for å støtte dette arbeidet, samt dyrepleierne til CAMH som ga omfattende tilbakemeldinger på nytten av prosedyren, motiverte utførelsen av de beskrevne eksperimentene og innlevering av den detaljerte protokollen for andre brukere. Dette arbeidet ble delvis finansiert av CAMH BreakThrough Challenge, tildelt TP, og av interne midler fra 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 |
References
- 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).
