The role of bedding depth in the husbandry of group-housed laboratory mice

Freymann, Jennifer

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The role of bedding depth in the husbandry of group-housed laboratory mice

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Das Ziel von „environmental refinement“ ist es, Haltungsbedingungen von Versuchstieren zu verbessern, indem den Tieren ermöglicht wird, mehr Elemente ihres natürlichen Verhaltens auszuführen. Graben, Wühlen und Scharren gehören zu dem natürlichen Verhaltensrepertoire von Mäusen, jedoch benötigen die Tiere eine ausreichende Einstreutiefe, um dieses Verhalten zeigen zu können. Ein größeres Einstreuvolumen kann Mäusen eine natürlichere Umgebung bieten und den thermischen Stress der Tiere reduzieren. Die übliche Haltungstemperatur (≈ 22 °C) im Tierraum verursacht höchstwahrscheinlich Kältestress bei Mäusen, da sie deutlich unter der präferierten Umgebungstemperatur (> 25 ° C) der Tiere liegt. Vorangegangene Präferenztests zeigten, dass weibliche BALB/c und C57BL/6 Mäuse größere Einstreumengen im Vergleich zu flacher Einstreu bevorzugen. Jede Veränderung der Haltungsbedingung kann die Streuung von Versuchsparametern und damit die Tierzahl, die für das Erreichen eines festgesetzten Signifikanzniveaus benötigt wird, erhöhen. Dies kann die Bestrebung, die Zahl der in Versuchen eingesetzten Tiere zu reduzieren („reduction“), gefährden. Dieses PhD Projekt verwendete drei Einstreuvolumina (0,5 L, 1,5 L oder 6 L pro Typ III Käfig), um die Auswirkung verschiedener Einstreutiefen auf Wohlbefinden, Physiologie und Verhalten von Mäusen, sowie auf die Streuung dieser Versuchsparameter, zu untersuchen. Mit Hilfe eines automatischen Systems wurden die Präferenzen männlicher BALB/c und C57BL/6 Mäuse für die verschiedenen Einstreumengen untersucht. Mittels Videoanaylse wurde überprüft, ob größere Einstreuvolumina Mäuse zu unterschiedlichen Verhaltensweisen, wie etwa intensiverem Grabeverhalten animieren. In einem weiteren Experiment wurden BALB/c und C57BL/6 Mäuse auf 0,5 L, 1,5 L oder 6 L gehalten, um die Auswirkung der Einstreutiefe auf Mittelwerte und Streuung von anatomischen (Organgewichte, Körper- und Schwanzlänge), physiologischen (Blutwerte, Körpertemperatur, Futteraufnahme, Pentobarbtialschlafzeiten) und Verhaltensparametern (Open Field Test, Novel Object Recognition Test) zu analysieren. Die Präferenztests zeigten, dass männliche Mäuse größere Einstreumengen kleineren Mengen vorziehen. Dies unterstreicht die Bedeutung eines adäquaten Einstreuvolumens für Labormäuse. Während Mäuse auf 6 L geringfügig mehr gruben als auf 1,5 L und 0,5 L, zeigten Tiere auf 0,5 L mehr Nestbauverhalten (Herantragen und Zerspleißen von Einstreumaterial) verglichen mit größeren Einstreumengen (1,5 L oder 6 L). Das Einstreuvolumen hatte starke Auswirkungen auf die Physiologie und physische Erscheinung der Tiere. BALB/c und C57BL/6 Mäuse, die auf einem größeren Einstreuvolumen gehalten wurden, hatten eine höhere Körpertemperatur während der Ruhephase und zeigten typische Anzeichen für Wärmeanpassung und einen reduzierten Energiebedarf (größere Körper- und Schwanzlängen, reduzierte Leber, Nieren und Herzgewichte, geringere Futteraufnahme sowie eine bessere Futterverwertung). Mäuse in Käfigen mit einem geringeren Einstreuvolumen hatten größere Nebennierengewichte, welches auf einen erhöhten Stresslevel der Tiere hinweist; besonders bei weiblichen BALB/c Mäusen wurde darüber hinaus ein höherer Kortikosteronspiegel festgestellt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass eine größere Einstreumenge das Wohlbefinden von Mäusen verbessern kann, da die Tiere durch geschützte Ruheplätze ihren Wärmeverlust reduzieren können und somit weniger Energie für Thermoregulation aufwenden müssen. Die Dauer der Pentobarbitalnarkose, sowie die Ergebnisse der Verhaltenstests wurden durch Stamm und Geschlecht der Tiere, nicht aber durch die Einstreumenge beeinflusst. Mit Ausnahme der Pentobarbitalnarkose, zeigten Tiergruppen auf tiefer Einstreu eine geringere Streuung der Versuchsparameter verglichen mit Gruppen auf flacher Einstreu. Ein größeres Einstreuvolumen kann daher die Haltungsbedingungen für Labormäuse verbessern ohne die für ein Experiment benötige Tierzahl zu erhöhen.

The aim of “environmental refinement” is to improve the husbandry of laboratory animals by allowing them to perform more elements of their natural behaviour. Digging, burrowing and burying are important components of mice’s behavioural repertoire, but the animals need a sufficient amount of bedding to engage in these behaviours. Deep bedding can provide mice with a more natural environment and might also help to ameliorate thermal stress for the animals. The standard housing temperature (≈ 22 °C) is likely to cause cold stress, as it is substantially below mice’s preferred temperature (> 25 °C). Previous preference tests have already revealed that female BALB/c and C57BL/6 mice prefer a larger bedding volume in comparison to shallow bedding. Any changes in housing conditions can increase the variation of experimental results, which leads to more animals being needed for significance. This may counteract the aim of reducing the number of animals used in scientific research (“reduction”). This PhD project used three bedding volumes (0.5 l, 1.5 l or 6 l per Type III cage) to investigate the influence of different bedding depths on mice’s well-being, their physiology and behaviour, as well as on variation of these experimental results. By the means of an automatic detecting system, the preferences of group-housed male BALB/c and C57BL/6 mice were assessed for the three volumes. Video analysis was used to identify whether larger bedding volumes promote different behavioural patterns, such as increased digging behaviour. In an additional experiment, BALB/c and C57BL/6 mice were housed on 0.5 l, 1.5 l or 6 l to assess the impact of bedding depths on mean values and variation of anatomical (organs weights, body and tail lengths), physiological (blood parameters, body temperature, food intake, pentobarbital sleeping time) and behavioural parameters (open field test, novel object recognition test). The preference test demonstrated that male mice prefer larger bedding volumes over smaller volumes, underlining the importance of a sufficient amount of bedding for laboratory mice. While mice performed slightly more digging behaviour on 6 l in comparison to 1.5 l and 0.5 l, animals housed on shallow bedding (0.5 l) engaged in more nest-building behaviour (arranging, pulling in, fraying the bedding material) compared to groups on larger volumes (1.5 l or 6 l). The bedding volume had profound effects on mouse physiology and physical appearance. BALB/c and C57BL/6 mice kept on deeper bedding had a higher body temperature during resting phase and showed indicators for warm adaptation and reduced metabolic demands (increased body and tail lengths, reduced liver, kidney and heart weights, lower food intake as well as a higher food conversion efficiency). All mice housed on shallow bedding showed enlarged adrenals weights, suggesting an increased stress response in these animals; higher corticosterone levels were particularly observed in female BALB/c mice. The results strongly indicate that deep bedding can improve animal welfare, as it enables mice to create a more insulated environment that can reduce heat loss and thereby energetic demands for thermoregulation. Pentobarbital sleeping time and performance in behavioural tests was influenced by strain and gender, but not by the amount of cage bedding provided. Except for pentobarbital narcosis, variation of experimental parameters was reduced in groups housed on larger volumes compared to groups on shallow bedding. Thus, deeper bedding appears to be a sensible way to refine husbandry conditions for laboratory mice without raising the number of animals needed for significance in experiments.