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Housing in metabolic cages can induce a pronounced stress response. Metabolic cage systems imply housing mice on metal wire mesh for the collection of urine and feces in addition to monitoring food and water intake. Moreover, mice are single-housed, and no nesting, bedding, or enrichment material is provided, which is often argued to have a not negligible impact on animal welfare due to cold stress. We therefore attempted to reduce stress during metabolic cage housing for mice by comparing an innovative metabolic cage (IMC) with a commercially available metabolic cage from Tecniplast GmbH (TMC) and a control cage. Substantial refinement measures were incorporated into the IMC cage design. In the frame of a multifactorial approach for severity assessment, parameters such as body weight, body composition, food intake, cage and body surface temperature (thermal imaging), mRNA expression of uncoupling protein 1 (Ucp1) in brown adipose tissue (BAT), fur score, and fecal corticosterone metabolites (CMs) were included. Female and male C57BL/6J mice were single-housed for 24 h in either conventional Macrolon cages (control), IMC, or TMC for two sessions. Body weight decreased less in the IMC (females—1st restraint: −6.94%; 2nd restraint: −6.89%; males—1st restraint: −8.08%; 2nd restraint: −5.82%) compared to the TMC (females—1st restraint: −13.2%; 2nd restraint: −15.0%; males—1st restraint: −13.1%; 2nd restraint: −14.9%) and the IMC possessed a higher cage temperature (females—1st restraint: 23.7 °C; 2nd restraint: 23.5 °C; males—1st restraint: 23.3 °C; 2nd restraint: 23.5 °C) compared with the TMC (females—1st restraint: 22.4 °C; 2nd restraint: 22.5 °C; males—1st restraint: 22.6 °C; 2nd restraint: 22.4 °C). The concentration of fecal corticosterone metabolites in the TMC (females—1st restraint: 1376 ng/g dry weight (DW); 2nd restraint: 2098 ng/g DW; males—1st restraint: 1030 ng/g DW; 2nd restraint: 1163 ng/g DW) was higher compared to control cage housing (females—1st restraint: 640 ng/g DW; 2nd restraint: 941 ng/g DW; males—1st restraint: 504 ng/g DW; 2nd restraint: 537 ng/g DW). Our results show the stress potential induced by metabolic cage restraint that is markedly influenced by the lower housing temperature. The IMC represents a first attempt to target cold stress reduction during metabolic cage application thereby producing more animal welfare friendlydata.
Color matters
(2018)
Concerning standardization of laboratory animal husbandry, only exiguous changes of habitat can potentially influence animal physiology or results of behavioral tests. Routinely, mice chow is dyed when different types of diets are dispensed. Given the fact that the dye itself has no effects on food odor or flavor, we wanted to test the hypothesis that the color of chow has an impact on food uptake in mice. Twelve-week-old male mice of different strains (C57BL/6J, DBA/2J, C3H/HeJ, BALB/cJ; n = 12/strain) were single-housed in PhenoMaster (R) cages. After acclimatization standard mice chow in different colors was administered. Food intake was monitored as a two-alternative choice test of different color combinations. All animals had an average food intake of 3 g/d and no preferences were observed when a combination of identically colored food was offered. Preference tests yielded significant aversion to blue food and significant attraction to yellow and green food in C57BL/6 and DBA/2J mice. In C3H/HeJ and BALB/cJ mice no color-related pattern occurred. Selected mice strains have known differences concerning functionality of their visual sense. C57BL/6 and DBA/2 mice are considered to be normal sighted at testing age, BALB/c is representative for albino strains and C3H mice carry mutations resulting in retinal alterations. Results suggesting that normal-sighted mice would be selective concerning food color when given the choice. Nevertheless, this does not influence overall quantity of food intake when animals were provided solely with food colored with a single dye. Moreover, visually impaired mice showed no color-related food preferences.
In der Humanmedizin stellt die sogenannte evidenzbasierte Medizin nach Einführung des Begriffs durch D.L. Sackett (Sackett et al. 1996) und der Gründung des Cochrane Instituts (1972) einen wichtigen Standard in der Aufbereitung und dem Transfer von Ergebnissen aus klinischen Studien in den ärztlichen Alltag dar. Ziel ist es, die Vermittlung von Erkenntnissen aus der Wissenschaft für die praktizierenden Ärzte zu erleichtern. Dabei werden Studienergebnisse in Abhängigkeit von der jeweiligen Fragestellung mittels systematischer Literaturrecherche zusammengetragen und hinsichtlich ihrer Evidenz bewertet, um so dem Arzt ein Instrument an die Hand zu geben, mit dem die gewonnenen Erkenntnisse im Hinblick auf eine konkrete klinische Situation abgewogen und angewendet werden können. In den letzten Jahren wurde allerdings vermehrt Kritik laut, dass der Ausgang vieler klinischer Studien in den Übersichtsarbeiten zu positiv dargestellt werde. Ursächlich hierfür ist der Aspekt des Publikationsbias, also die Beobachtung, dass Autoren wissenschaftliche Ergebnisse mit positivem Ausgang bevorzugt publizieren. Überträgt man diesen Sachverhalt auf die präklinische Forschung, die in weiten Teilen auf der Durchführung tierexperimenteller Untersuchungen beruht, so widerspräche das Zurückhalten negativer Ergebnisse in fataler Weise dem 3R-Konzept von Russel und Burch, da dadurch die Gefahr besteht, dass Forschungsvorhaben wiederholt durchgeführt werden.
This case report addresses the problem of underreporting negative results and adverse side effects in animal testing. We present our findings regarding a hyperphagic mouse model associated with unforeseen high mortality. The results outline the necessity of reporting detailed information in the literature to avoid duplication. Obese mouse models are essential in the study of obesity, metabolic syndrome and diabetes mellitus. An experimental model of obesity can be induced by the administration of gold thioglucose (GTG). After transcending the blood-brain barrier, the GTG molecule interacts with regions of the ventromedial hypothalamus, thereby primarily targeting glucose-sensitive neurons. When these neurons are impaired, mice become insensitive to the satiety effects of glucose and develop hyperphagia. In a pilot study for optimising dosage and body weight development, C57BL/6 mice were treated with GTG (0.5 mg/g body weight) or saline, respectively. Animals were provided a physiological amount of standard diet (5 g per animal) for the first 24 hours after treatment to prevent gastric dilatation. Within 24 hours after GTG injection, all GTG-treated animals died of gastric overload and subsequent circulatory shock. Animals developed severe attacks of hyperphagia, and as the amount of provided chow was restricted, mice exhibited unforeseen pica and ingested bedding material. These observations strongly suggest that restricted feeding is contraindicated concerning GTG application. Presumably, the impulse of excessive food intake was a strong driving force. Therefore, the actual degree of suffering in the GTG-induced model of hyperphagia should be revised from moderate to severe.
Im Sinne des Refinements von Tierversuchen sollen alle Bedingungen während der Zucht, der Haltung und des Transports von zu Versuchszwecken gehaltenen Tieren und alle Methoden während des Versuchs so verbessert werden, dass die verwendeten Tiere ein minimales Maß an potentiellem Distress, Schmerzen oder Leiden erfahren. Zudem soll ihr Wohlbefinden durch die Möglichkeit des Auslebens speziesspezifischer Verhaltensweisen und die Anwendung tierschonender Verfahren maximal gefördert werden. Zur Etablierung von Grundsätzen des Refinements sind grundlegende Kenntnisse über die physiologischen Bedürfnisse und Verhaltensansprüche der jeweiligen Spezies unabdingbar. Die Experimentatoren sollten das Normalverhalten der Tiere kennen, um potentielle Verhaltensabweichungen, wie Stereotypien, zu verstehen und interpretieren zu können. Standardisierte Haltungsbedingungen von zu Versuchszwecken gehaltenen Mäusen weichen in diversen Aspekten von der natürlichen Umgebung ab und erfordern eine gewisse Adaptation. Ist ein Tier über einen längeren Zeitraum unfähig, sich an die gegebenen Umstände anzupassen, können abnormale Verhaltensweisen, wie Stereotypien auftreten. Stereotypien werden definiert als Abweichungen vom Normalverhalten, die repetitiv und ohne Abweichungen im Ablauf ausgeführt werden, scheinbar keiner Funktion dienen und der konkreten Umweltsituation nicht immer entsprechen.
Bisher war unklar, in welchem Ausmaß stereotypes Verhalten den metabolischen Phänotyp eines Individuums beeinflusst. Ziel dieser Arbeit war es daher, das stereotype Verhalten der FVB/NJ-Maus erstmals detailliert zu charakterisieren, systematisch zusammenzutragen, welche metabolischen Konsequenzen dieses Verhalten bedingt und wie sich diese auf das Wohlbefinden der Tiere und die Verwendung stereotyper Tiere in Studien mit tierexperimentellem Schwerpunkt auswirken.
Der Versuch begann mit der Charakterisierung der mütterlichen Fürsorge in der Parentalgeneration. Insgesamt wurden 35 Jungtiere der F1-Generation vom Absatz an, über einen Zeitraum von 11 Wochen einzeln gehalten, kontinuierlich beobachtet, bis zum Versuchsende wöchentlich Kotproben gesammelt und das Körpergewicht bestimmt. Zusätzlich erfolgten begleitende Untersuchungen wie Verhaltenstests und die Erfassung der physischen Aktivität und metabolischer Parameter. Anschließend wurden u.a. die zerebralen Serotonin- und Dopamingehalte, fäkale Glucocorticoidlevels, hepatisches Glykogen und muskuläre Glykogen- und Triglyceridlevels bestimmt.
Nahezu unabhängig von der mütterlichen Herkunft entwickelte sich bei mehr als der Hälfte der 35 Jungtiere in der F1-Generation stereotypes Verhalten. Diese Daten deuten darauf hin, dass es keine Anzeichen für das Erlernen oder eine direkte genetische Transmission stereotypen Verhaltens bei der FVB/NJ-Maus gibt. Über den gesamten Beobachtungszeitraum zeichneten sich die stereotypen FVB/NJ-Mäuse durch ein eingeschränktes Verhaltensrepertoire aus. Zu Gunsten der erhöhten Aktivität und des Ausübens stereotypen Verhaltens lebten sie insgesamt weniger andere Verhaltensweisen (Klettern, Graben, Nagen) aus. Darüber hinaus waren Stereotypien sowohl im 24-Stunden Open Field Test als auch in der Messeinrichtung der indirekten Tierkalorimetrie mit einer erhöhten Aktivität und Motilität assoziiert, während die circadiane Rhythmik nicht divergierte. Diese erhöhte körperliche Betätigung spiegelte sich in den niedrigeren Körpergewichtsentwicklungen der stereotypen Tiere wieder. Außerdem unterschieden sich die Körperfett- und Körpermuskelanteile.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Ausüben stereotypen Verhaltens zu Differenzen im metabolischen Phänotyp nicht-stereotyper und stereotyper FVB/NJ-Mäuse führt. Im Sinne der „Guten Wissenschaftlichen Praxis“ sollte das zentrale Ziel jedes Wissenschaftlers sein, aussagekräftige und reproduzierbare Daten hervorzubringen. Jedoch können keine validen Resultate von Tieren erzeugt werden, die in Aspekten variieren, die für den vorgesehenen Zweck der Studie nicht berücksichtigt wurden. Deshalb sollten nicht-stereotype und stereotype Individuen nicht innerhalb einer Versuchsgruppe randomisiert werden. Stereotype Tiere demzufolge von geplanten Studien auszuschließen, würde allerdings dem Gebot des zweiten R’s – der Reduction – widersprechen. Um Refinement zu garantieren, sollte der Fokus auf der maximal erreichbaren Prävention stereotypen Verhaltens liegen. Diverse Studien haben bereits gezeigt, dass die Anreicherung der Haltungsumwelt (environmental enrichment) zu einer Senkung der Prävalenz von Stereotypien bei Mäusen führt, dennoch kommen sie weiterhin vor. Daher sollte environmental enrichment zukünftig weniger ein „Kann“, sondern ein „Muss“ sein – oder vielmehr: der Goldstandard. Zudem würde eine profunde phänotypische Charakterisierung dazu beitragen, Mausstämme zu erkennen, die zu Stereotypien neigen und den für den spezifischen Zweck am besten geeigneten Mausstamm zu identifizieren, bevor ein Experiment geplant wird.