Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Sociaal isolatiemodel: een niet-invasief knaagdiermodel van stress en angst

Published: November 11, 2022 doi: 10.3791/64567
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1Titus Family Department of Clinical Pharmacy, School of Pharmacy, University of Southern California, 2Homer Stryker M.D. School of Medicine, Western Michigan University

Summary

Hier gepresenteerd is een sociaal isolatie (SI) -geïnduceerd angstmuismodel dat wild type C56BL / 6J-muizen gebruikt om stress en angstachtig gedrag te induceren met minimale hantering en geen invasieve procedures. Dit model weerspiegelt moderne levenspatronen van sociaal isolement en is ideaal voor het bestuderen van angst en gerelateerde stoornissen.

Abstract

Angststoornissen zijn een van de belangrijkste oorzaken van invaliditeit in de Verenigde Staten (VS). De huidige behandelingen zijn niet altijd effectief en minder dan 50% van de patiënten bereikt volledige remissie. Een cruciale stap in het ontwikkelen van een nieuw anxiolyticum is het ontwikkelen en gebruiken van een diermodel, zoals muizen, om pathologische veranderingen te bestuderen en medicijndoelen, werkzaamheid en veiligheid te testen. Huidige benaderingen omvatten genetische manipulatie, chronische toediening van angstopwekkende moleculen of het toedienen van omgevingsstress. Deze methoden weerspiegelen echter mogelijk niet realistisch angst die in het dagelijks leven wordt veroorzaakt. Dit protocol beschrijft een nieuw angstmodel, dat de opzettelijke of onbedoelde patronen van sociaal isolement in het moderne leven nabootst. Het door sociale isolatie geïnduceerde angstmodel minimaliseert waargenomen afleidingen en invasiviteit en maakt gebruik van wilde type C57BL / 6-muizen. In dit protocol worden 6- tot 8 weken oude muizen (mannelijk en vrouwelijk) afzonderlijk gehuisvest in ondoorzichtige kooien om de externe omgeving, zoals naburige muizen, gedurende 4 weken visueel te blokkeren. Er worden geen omgevingsverrijkingen (zoals speelgoed) verstrekt, beddengoed wordt met 50% verminderd, elke behandeling van het medicijn wordt toegediend als een agarvorm en de blootstelling / behandeling van de muizen wordt geminimaliseerd. Sociaal geïsoleerde muizen gegenereerd met behulp van dit protocol vertonen groter angstachtig gedrag, agressie en verminderde cognitie.

Introduction

Angststoornissen vertegenwoordigen de grootste klasse en last van psychische aandoeningen in de Verenigde Staten (VS), met gerelateerde jaarlijkse kosten van meer dan US $ 42 miljard 1,2,3. In de afgelopen jaren hebben angst en stress de prevalentie van zelfmoord en zelfmoordgedachten met meer dan 16% verhoogd 4. Patiënten met chronische ziekten zijn bijzonder kwetsbaar voor onbedoelde secundaire effecten van psychische problemen of verminderde cognitieve functie5. Huidige behandelingen voor angst omvatten psychotherapie, medicijnen of een combinatie van beide6. Ondanks deze crisis bereikt minder dan 50% van de patiënten echter volledige remissie 6,7. Anxiolytica zoals benzodiazepinen (BZ's) en selectieve serotonineheropnameremmers (SSRI's) hebben aanzienlijke nadelen of produceren weinig tot geen onmiddellijke effecten8. Bovendien is er een relatieve schaarste aan nieuwe anxiolytica in ontwikkeling, uitgedaagd door het kostbare en tijdrovende proces van medicijnontwikkeling 9,10.

Een cruciale stap in het ontwikkelingsproces van geneesmiddelen is de oprichting en het gebruik van een diermodel, zoals muizen, om pathologische veranderingen te bestuderen en de veiligheid en werkzaamheid van geneesmiddelente testen 11. Huidige benaderingen voor het vaststellen van angstdiermodellen omvatten 1) genetische manipulatie, zoals het uitschakelen van serotoninereceptoren (5-HT1A) of γ-aminoboterzuur A-receptor (GABAAR) α subeenheden12; 2) chronisch toedienen van angstinductoren zoals corticosteron of lipopolysacchariden (LPS)13,14; of 3) het toedienen van omgevingsstress, waaronder sociale nederlaag en moederscheiding15. Deze methoden weerspiegelen echter mogelijk niet realistisch angst die gedurende het dagelijks leven wordt veroorzaakt en zijn daarom mogelijk niet geschikt voor het onderzoeken van het onderliggende mechanisme of het testen van nieuwe geneesmiddelen.

Net als mensen zijn muizen en ratten zeer sociale wezens 16,17,18. Sociaal contact en sociale interacties zijn essentieel voor een optimale gezondheid van de hersenen en zijn van cruciaal belang voor een goede neurologische ontwikkeling tijdens de opvoedingsperiode19. Moederscheiding of sociaal isolement tijdens de opfokperiode resulteert dus in muizen die meer angst, depressie en veranderingen in neurotransmissie vertonen20. Bovendien is sociale verzorging of allogrooming een veel voorkomende vorm van binding of troostend gedrag bij muizen en ratten die samenleven21. Socialisatie is dus een integraal onderdeel van het leven van knaagdieren en isolatie heeft een negatieve invloed op hun gezondheid.

In deze context beschrijft het huidige protocol een nieuw angstmodel om de opzettelijke of onbedoelde patronen van sociaal isolement in het moderne leven na te bootsen. Dit model voor sociaal isolement (SI) minimaliseert waargenomen afleidingen en invasiviteit en maakt gebruik van volwassen wilde type C57BL / 6-muizen en Sprague-Dawley (SD) -ratten. Het hier gepresenteerde protocol richt zich op het angstmuizenmodel op basis van ons gepubliceerde bewijs, dat verhoogd angstachtig gedrag, agressie, verminderde cognitie en verhoogde neuro-inflammatie liet zien als gevolg van sociaal isolement 22,23,24. Angstachtig gedrag wordt bevestigd door de verhoogde plus doolhof (EPM) en open veld (OF) tests, terwijl cognitieve functie wordt gemeten door nieuwe objectherkenning (NOR) en nieuwe contextherkenning (NCR) tests. Dit model is nuttig voor het onderzoeken van angst en gerelateerde stoornissen, maar kan ook worden aangepast of aangepast om de natuurlijke progressie en ontwikkeling van milde cognitieve stoornissen en metabole veranderingen als gevolg van stress te bestuderen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle dierproeven worden uitgevoerd volgens de protocollen die zijn goedgekeurd door de Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) van de University of Southern California (USC) en alle methoden worden uitgevoerd in overeenstemming met relevante richtlijnen, voorschriften en aanbevelingen.

1. Dieren

  1. Verkrijg goedkeuring van de juiste dierenverzorgingscommissies voor het onderzoek.
  2. Stel het vivarium in op een 12-uurscyclus met een donkerlichte temperatuur en vochtigheid tussen 24 ± respectievelijk 2 °C en 50%-60%.
  3. Verkrijg mannelijke en/of vrouwelijke wilde type C57BL/6 muizen in de leeftijd van 6-8 weken. Nadat u de dieren op geslacht hebt gestratificeerd, wijst u ze willekeurig toe aan een van de volgende groepen: 1) groepshuis met voertuigbehandeling; 2) groepshuis met medicamenteuze behandeling; 3) sociaal isolement met voertuigbehandeling; of 4) sociaal isolement met medicamenteuze behandeling. Streef naar ten minste vier muizen per groep per geslacht (idealiter zes muizen per groep).
  4. Bij aankomst van de muizen, acclimatiseer ze aan het vivarium gedurende ten minste 24 uur. De muizen moeten afzonderlijk gehuisvest aankomen.

2. Kooi instellen

  1. Neem voor dieren in sociale isolatie een standaard muizenkooi (75 in2 vloeroppervlak) en voeg de helft van de hoeveelheid beddengoed en een 1 op2 stuk katoen (of gelijkwaardig) toe om te nestelen.
  2. Wikkel de buitenwanden van de kooien in ondoorzichtige, zwarte plastic zakken (of gelijkwaardig) en zet vast met tape. Zorg ervoor dat de muizen de buitenomgeving of de omliggende dieren niet kunnen zien.
    1. Laat de boven- en onderkant van de kooi uitpakken, tenzij de muizen naburige dieren erdoorheen kunnen zien.
    2. Zorg er bij het inpakken voor dat er geen segment van de zak toegankelijk is vanaf de binnenkant van de kooi. Dit om te voorkomen dat het dier de zak uit elkaar scheurt.
    3. Neem geen enkele vorm van milieuverrijking op, zoals speelgoed of loopwielen.
  3. Plaats de muizen voorzichtig en voorzichtig in de voorbereide kooien. Zorg voor voedsel en water ad libitum.
  4. Huiscontrolemuizen in groepen van twee of drie onder normale kooiomstandigheden (d.w.z. in een standaard muizenkooi [75 in2 vloeroppervlak], een volledige hoeveelheid beddengoed, een 2 in2 stuk katoen of gelijkwaardig om te nestelen, en geen verpakking van ondoorzichtige zakken).
    1. Zorg ervoor dat de in de groep gehuisveste muizen compatibel zijn met elkaar (d.w.z. er zijn geen gevechten / conflicten tussen hen). Als er een conflict optreedt, verwijdert u de agressor en sluit u deze uit van de analyse.
    2. Scheid mannelijke en vrouwelijke muizenhuisvesting en houd afstand tussen de mannetjes en vrouwtjes om de mogelijkheid te voorkomen dat de endocriene niveauveranderingen van vrouwelijke muizen worden beïnvloed vanwege hun vermogen om te ruiken.

3. Zorg en behandeling tijdens de periode van sociaal isolement

  1. Verstoor de muizen zo min mogelijk tijdens de sociale isolatieperiode. Voer alle procedures en activiteiten uit, zoals kooiwisselingen en behandelingstoediening, tijdens hun actieve periode (d.w.z. tijdens de donkere cyclus) en onder minimale geluidsoverlast.
  2. Verander de kooien slechts één keer per week tijdens de donkere cyclus. Dezelfde plastic zak kan worden verwijderd en opnieuw worden ingepakt in nieuwe kooien, tenzij er aanzienlijke schade aanwezig is.
    1. Voor controle (groep gehuisveste) muizen, verander de kooien twee keer per week of meer als dat nodig is tijdens de donkere cyclus.
  3. Zorg ervoor dat de muizen voldoende water en voedsel hebben om minstens 1 week mee te gaan.
  4. Ga door met het isoleren (of groepshuisvesten) van de muizen gedurende ten minste 4 weken om optimale resultaten te zien.

4. Agar drug / behandeling voorbereiding- een niet-invasieve medicamenteuze behandeling

  1. Als behandelingen (bijvoorbeeld geneesmiddelen die worden onderzocht) betrokken zijn bij het onderzoek, dien dan idealiter de behandeling toe met zo min mogelijk behandeling, door gebruik te maken van agarvormen. Routes zoals injectie en orale maagsonde veroorzaken extra stress bij de muizen die een verstorende factor van angst kunnen worden.
  2. Pas de timing en frequentie van de behandeling aan op basis van de aard van het gebruikte medicijn.
    OPMERKING: In deze studie werd 2 mg/kg dihydromyricetine (DHM, [(2R,3R)-3,5,7-trihydroxy-2-(3,4,5-trihydroxyfenyl)-2,3-dihydrochroom-4-one]) gebruikt. DHM werd dagelijks toegediend, in een enkele dosis, tijdens de donkere fase van de laatste 2 weken van de isolatieperiode (of groepshuis).
  3. Voeg ter voorbereiding van de behandeling 3% (w/v) agar toe aan gedeïoniseerd (DI) water en verwarm tot ~90 °C om op te lossen. De oplossing zal borrelen. Voorkom morsen of overkoken.
    OPMERKING: Verwarm de oplossing in een glazen kolf via korte intervallen van 10 s in de magnetron.
    LET OP: Het glaswerk zal heet zijn. Draag geschikte persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM' s) bij het hanteren van de oplossing.
  4. Draai de oplossing rond en zorg visueel voor een homogene oplossing.
    OPMERKING: De oplossing moet doorschijnend en lichtgeel tot lichtbruin van kleur zijn.
  5. Terwijl de oplossing nog warm is, voegt u 5% sucrose en de gewenste dosis behandeling toe. Voeg alleen sucrose toe en voeg de behandeling van belang niet toe aan de voertuigbesturing.
  6. Draai de oplossing rond en zorg visueel voor een homogene oplossing. Giet vervolgens de oplossing in een mal en laat afkoelen op kamertemperatuur om te stollen. Als de behandeling lichtgevoelig is, zorg er dan voor dat u deze beschermt tegen licht.
    OPMERKING: De oplossing moet enigszins stroperig zijn.
  7. Snijd de agar na het stollen in blokjes van 0,5 cm x 0,5 cm x 0,5 cm en bewaar bij 4 °C tot toediening.
  8. Om de behandeling toe te dienen, plaatst u een enkele kubus op een kleine weegboot. Plaats tijdens de donkere fase van de licht-donkercyclus de agar-weegboot rustig en voorzichtig in individuele kooien, zonder de muis aan te raken. Laat de muis de agar consumeren.
    OPMERKING: Muizen besteden meestal 15-45 minuten om de agar volledig te consumeren.
  9. Bevestig het volledige verbruik van de agar en verwijder vervolgens voorzichtig de weegboot uit de kooi. Herhaal indien nodig.
  10. Bereid wekelijks agarblokjes om vers te blijven en besmetting te voorkomen.

5. Gedragsanalyse

  1. Voer gedragstests uit 24 uur na de laatste dag van de isolatieperiode van 4 weken (of meer). Voer tests uit tijdens de donkere fase onder indirect rood licht en neem op met een videocamera.
  2. Regel ten minste drie personen om handmatige offline scores op een dubbelblinde manier uit te voeren om vooroordelen en fouten te minimaliseren.
  3. Verhoogd plus doolhof (EPM)
    1. Bereid het EPM-apparaat voor. Het apparaat dat in dit protocol wordt gebruikt, is commercieel verkregen (zie tabel met materialen) en gemaakt van ondoorzichtig plastic met twee open armen en twee gesloten armen (elk 33 cm x 5 cm, open armen loodrecht op de gesloten armen) met een middenplatform van 5 cm x 5 cm. Til het apparaat 50 cm boven de vloer.
    2. Plaats het dier op het midden van het apparaat, met het gezicht naar een open arm. Laat het dier 5 minuten verkennen en neem zijn activiteit op met behulp van een videocamera.
      1. Reinig het apparaat na elk dier door alle oppervlakken grondig af te vegen met ontsmettingsmiddel (70% ethylalcohol). Zorg ervoor dat alle knaagdieruitwerpselen worden afgeveegd.
    3. Scoor het gedrag van de muizen offline op basis van de tijd doorgebracht in open armen, gesloten armen en het middenplatform met behulp van een stopwatch. Start de stopwatch wanneer de muis ten minste drie poten in de betreffende arm of het betreffende platform plaatst.
  4. Open veld (OF) test
    1. Bereid het OF-apparaat voor. Het apparaat dat in dit protocol wordt gebruikt (zie Tabel van Materialen) is gemaakt van ondoorzichtig plastic van 50 cm x 50 cm x 38 cm (lengte x breedte x hoogte).
    2. Teken vierkante rasters (elk 10 cm x 10 cm) op het veld voor een totaal van 25 rasters.
    3. Plaats het dier op het midden van het veld en laat het 10 minuten verkennen. Neem hun activiteit op een videocamera op.
      1. Reinig het apparaat na elk dier door het hele oppervlak grondig af te vegen met ontsmettingsmiddel (70% ethylalcohol). Zorg ervoor dat alle knaagdieruitwerpselen worden afgeveegd.
    4. Scoor het gedrag van de muizen offline op basis van de tijd doorgebracht in de centrale zone, de tijd doorgebracht in de hoeken, de totale afgelegde afstand en het aantal keren dat de muis is grootgebracht.
      1. Gebruik een stopwatch om de tijd in het midden of de hoek vast te leggen. Start de stopwatch wanneer de muis ten minste drie poten in het betreffende gebied plaatst.
      2. Gebruik een teller om de afgelegde afstand en de frequentie van de opfok te registreren. Tel het aantal vierkanten dat de muis invoert (wanneer de muis ten minste drie poten in het vierkant plaatst). Tel de opvoeding als de muis duidelijk op zijn achterpoten staat. Tel niet mee wanneer de muis opstaat en tegen de muren leunt of wanneer hij opstaat om te verzorgen.
  5. New object recognition (NOR) test
    1. Voer deze test uit gedurende 3 dagen. Bereid op dag 1 een open veldapparaat voor van 50 cm x 50 cm x 38 cm (lengte x breedte x hoogte). Plaats het dier in het midden van het open veld en laat het 5 minuten vertrouwd raken. Plaats het dier vervolgens terug in zijn thuiskooi.
      1. Reinig het apparaat na elk dier door alle oppervlakken grondig af te vegen met ontsmettingsmiddel (70% ethylalcohol). Zorg ervoor dat alle knaagdieruitwerpselen worden afgeveegd.
    2. Bereid op dag 2 hetzelfde open veldapparaat voor en plaats twee identieke objecten, zoals een kleine kubus. Plaats ze symmetrisch ongeveer 20 cm uit elkaar. Plaats het dier in het midden van het apparaat en laat het 5 minuten verkennen. Plaats het dier vervolgens terug in zijn thuiskooi.
      1. Reinig het apparaat na elk dier door alle oppervlakken grondig af te vegen met ontsmettingsmiddel (70% ethylalcohol). Zorg ervoor dat alle knaagdieruitwerpselen worden afgeveegd.
    3. Bereid op dag 3 hetzelfde open veldapparaat en een van de objecten van dag 2 voor (d.w.z. kleine kubus), die als het bekende object zal functioneren. Plaats een ander, ongelijksoortig nieuw object, zoals een houten piramide, symmetrisch van het bekende object op ongeveer 20 cm afstand van elkaar. Laat het dier 3 minuten verkennen en neem hun activiteit op een videocamera op.
      1. Reinig het apparaat na elk dier door alle oppervlakken grondig af te vegen met ontsmettingsmiddel (70% ethylalcohol). Zorg ervoor dat alle knaagdieruitwerpselen worden afgeveegd.
    4. Scoor het gedrag van de muizen offline op basis van de tijd die is besteed aan het verkennen van het bekende object en het nieuwe object. Bereken de objectherkenningsindex (ORI%), waarbij Equation 1; tf en tn de tijden van het verkennen van respectievelijk de bekende en nieuwe objecten vertegenwoordigen.
  6. Nieuwe contextherkenningstest (NCR)
    1. Voer deze test uit gedurende 2 dagen. Bereid twee duidelijk gevormde open velden en twee paren van duidelijk gevormde objecten voor. Het OF-apparaat kan worden gebruikt als een van de contexten (open veld). De andere context moet van vergelijkbare grootte maar een andere vorm zijn, zoals een rond open veld.
    2. Plaats op dag 1 één paar identieke objecten (d.w.z. twee kubussen) in de vierkante context en het andere paar identieke objecten (d.w.z. twee piramides) in de ronde context. Objecten moeten symmetrisch 15-20 cm uit elkaar worden geplaatst.
    3. Plaats het dier in het midden en laat 5 minuten in één context verkennen. Herhaal dit in de andere context. Plaats het dier vervolgens terug in zijn thuiskooi.
      1. Reinig het apparaat na elk dier door alle oppervlakken grondig af te vegen met ontsmettingsmiddel (70% ethylalcohol). Zorg ervoor dat alle knaagdieruitwerpselen worden afgeveegd.
    4. Wissel op dag 2 een van de objecten uit de ene context met de andere (d.w.z. plaats één kubus en één piramide in de vierkante context en één kubus en één piramide in de ronde context).
    5. Plaats het dier in het midden en laat het 3 minuten verkennen. Neem hun activiteit op een videocamera op. De dieren hoeven niet in beide contexten te worden geregistreerd.
      1. Reinig het apparaat na elk dier door alle oppervlakken grondig af te vegen met ontsmettingsmiddel (70% ethylalcohol). Zorg ervoor dat alle knaagdieruitwerpselen worden afgeveegd.
    6. Scoor het gedrag van de muizen offline op basis van de tijd die is besteed aan het verkennen van de verschillende objecten. Bereken de herkenningsindex (RI%) als het aandeel van de tijd besteed aan het onderzoeken van het nieuwe "out-of-context" object (d.w.z. de piramide in de vierkante context) versus het bekende "in-context" object (d.w.z. de kubus in de vierkante context). Equation 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Alle representatieve resultaten en cijfers zijn aangepast van onze recente publicaties 22,23. Om de effecten van sociaal isolement op angst en verkennend gedrag te evalueren, werden EPM- en OF-tests 24 uur na de einddatum van de sociale isolatieperiode van 4 weken uitgevoerd. Sociaal geïsoleerde muizen brachten significant minder tijd door in de open arm (1,28 ± 0,17 min) in vergelijking met de controle (2,31 ± 0,27 min) en een significant langere tijd in de gesloten arm (3,31 ± 0,27 min) in vergelijking met de controle (2,24 ± 0,31 min) (figuur 1). Evenzo reisden sociaal geïsoleerde muizen in de OF-test minder (2.176 ± 146 cm vs. controle [2.765 ± 161 cm]), brachten minder (28,25 ± 2,07 vs. controle [46,63 ± 1,52]), brachten meer tijd door in de hoeken (73,00 ± 4,31 s vs. controle [28,25 ± 2,07 s]) en brachten minder tijd door in het centrale gebied (7,63 ± 0,86 s versus controle [19,63 ± 0,71 s]), en brachten ze minder tijd door in het centrale gebied (7,63 ± 0,86 s versus controle [19,63 ± 0,71 s]), wat wijst op versterkt angstachtig gedrag (figuur 2).

Bovendien werden de effecten van sociaal isolement op cognitie beoordeeld, omdat angststoornissen meestal ook symptomen van cognitieve stoornissen vertonen, zoals geheugenverlies en concentratieproblemen25,26. Twee tests werden gebruikt: nieuwe objectherkenning (NOR) en nieuwe contextherkenning (NCR), zoals eerder beschreven23, om het vermogen van de muizen te beoordelen om nieuwe objecten te herkennen onder vergelijkbare context (NOR) en nieuwe context met vergelijkbare objecten (NCR). Sociaal geïsoleerde muizen vertoonden zowel verminderde herkenning van nieuwe objecten (55,3 ± 4,1% vs. controle [66,3 ± 4,7%]) (figuur 3A) als verminderde nieuwe contextherkenning (51,5 ± 6,5% vs. controle [68,6 ± 2,8%]), wat wijst op cognitieve stoornissen (figuur 3B).

Figure 1
Figuur 1: Veranderingen in angstachtig gedrag zoals gemeten door het verhoogde plusdoolhof (EPM). Tijd doorgebracht in de (A) open arm en (B) gesloten arm van het EPM-apparaat. Gegevens weergegeven als gemiddelde ± SEM. One-way ANOVA gevolgd door meerdere vergelijkingen, Holm-Sidak-methode. N = 11 per groep. * p ≤ 0,05. Dit cijfer is aangepast van Al Omran et al.22 (open access onder een Creative Commons Attribution 4.0 International License). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: Veranderingen in angstachtig gedrag en locomotorische activiteit gemeten door de open veld (OF) test. Gegevens weergegeven als (A) totale afgelegde afstand, (B) aantal keren dat de muizen zijn grootgebracht, (C) totale tijd doorgebracht in de hoek en (D) totale tijd doorgebracht in het midden van het OF-apparaat. Gegevens weergegeven als gemiddelde ± SEM. One-way ANOVA gevolgd door meerdere vergelijkingen, Holm-Sidak-methode. N = 11 per groep. * p≤ 0,05. Dit cijfer is aangepast van Al Omran et al.22 (open access onder een Creative Commons Attribution 4.0 International License). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: Veranderingen in cognitie zoals gemeten door nieuwe objectherkenning (NOR) en nieuwe contextherkenning (NCR) tests. (A) ORI = objectherkenningsindex. (B) RI = (nieuwe context) herkenningsindex. Gegevens weergegeven als gemiddelde ± SEM. One-way ANOVA gevolgd door meerdere vergelijkingen, Holm-Sidak-methode. N = 9 per groep. * p ≤ 0,05. Dit cijfer is aangepast van Watanabe et al.23 (open access onder een Creative Commons Attribution 4.0 International License). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Kritieke stappen in het protocol omvatten het correct opzetten van de sociale isolatiekooien (d.w.z. het inpakken van ondoorzichtige zakken en het verminderen van de hoeveelheid beddengoed), het minimaliseren van de behandeling en verstoring van muizen gedurende de isolatieperiode en ervoor zorgen dat de muizen de agar volledig met medicijn verkrijgen en consumeren. Het is van cruciaal belang dat de vivarium- of behuizingsconditie op een constante temperatuur en vochtigheid wordt gehouden, evenals minimale externe interferenties. Er moet veel moeite worden gedaan om zoveel mogelijk van deze verstorende factoren te verminderen, inclusief maar niet beperkt tot geluidsoverlast (bijv. Converseren, apparatuurgeluiden, enz.), Overhandling en verstoring van de dieren tijdens de lichtfase van de donker-lichtcyclus. De tijd die nodig is om kooien te vervangen, voedsel en / of water bij te vullen, behandeling te bieden en alle andere functies tijdens de isolatieperiode moet ook worden geminimaliseerd. Hoewel zeldzaam, hebben we in het verleden gevechten waargenomen tussen mannelijke muizen in groepshuisvesting. Dus, voor de in de groep gehuisveste muizen (controle of vergelijkbaar), is zorgvuldige observatie nodig om ervoor te zorgen dat er geen conflicten tussen de muizen zijn, omdat dit zou meespelen als een andere confounder van angst of stress. In het geval dat er gevechten plaatsvinden, moet de vermoedelijke agressor worden geruild met een andere tegenhanger in groepshuis en worden geobserveerd. Als de agressor conflicten blijft creëren, wordt voorgesteld om de agressor en muizen die verwondingen hebben opgelopen door de agressor uit te sluiten van het onderzoek.

Het beschreven protocol beveelt 4 weken isolatie aan, maar dit tijdsbestek kan worden verhoogd. De langste periode van sociaal isolement die we hebben uitgevoerd is 8 weken, en we hebben ook herhaaldelijk sociaal isolement (isolatie, groepshuis, herisolatie) uitgevoerd als een model van geaccumuleerde angst / stress. Het tijdstip en de duur van deze isolatieperioden kunnen worden aangepast aan de experimentele behoeften of doeleinden. Het verminderen van de isolatieperiode tot minder dan 4 weken wordt echter niet aanbevolen, omdat het mogelijk niet genoeg tijd is voor de muizen om angstachtig gedrag of pathologische veranderingen in de hersenen te vertonen. De timing en frequentie van de behandeling(en) kunnen ook worden gewijzigd.

Ten opzichte van bestaande methoden voor het vaststellen van angstdiermodellen heeft dit model verschillende voordelen. Ten eerste vereist het geen uitgebreide fenotypeselectie (selectief fokken) of genetische manipulatie, zoals het uitschakelen of uitschakelen van receptoren in de hersenen. Hoewel genetisch gemodificeerde muizen nuttig zijn voor het onderzoeken van gevoelige genen, vangen ze mogelijk niet volledig angstpathogenese12. Verder kunnen gen knock-outs dodelijk zijn of angst die bij mensen wordt waargenomen niet nauwkeurig nabootsen27. Genetische manipulatie kost tijd en moeite, waarvoor embryonale stamcelextractie, DNA-injectie, kweken, implantatie in de baarmoeder en opvoeding27 nodig is. Bovendien weerspiegelen deze genetische dieren mogelijk niet echt medicijneffecten voor de ontwikkeling van geneesmiddelen. Dit sociale isolatiemodel, hoewel het minstens 4 weken isolatie vereist, is voordelig in termen van tijd, moeite en betrouwbaarheid. Ten tweede hoeven de muizen niet chronisch te worden toegediend met angstinductoren zoals corticosteron of lipopolysacchariden (LPS)13,14. Het is niet nodig voor onderzoekers om dagelijkse injectieprocedures te doorlopen, en het sociale isolatiemodel weerspiegelt nauwkeuriger angst bij mensen, omdat de meeste mensen geen dagelijkse injecties krijgen om angst te ervaren. Ten slotte hoeven muizen niet geconditioneerd te zijn (zoals in sociale nederlaagparadigma's), wat tijd kost en mogelijk geen reproduceerbare niveaus van angst genereert (d.w.z. significante variatie tussen muizen)15.

Veel van de momenteel beschikbare sociale isolatiemodellen beginnen de isolatieperiode in de vroege ontwikkeling, tussen neonatale tot juveniele en adolescente periodes. Dergelijke isolatiemodellen in het vroege leven induceren depressief en angstachtig gedrag, sociaal vermijdingsgedrag en andere neuropsychiatrische symptomen die angststoornissen, depressie, autisme en gerelateerde psychische stoornissen weerspiegelen28. Hoewel de methode voor sociaal isolement in het vroege leven goed ingeburgerd is en vaak wordt gebruikt, weerspiegelt deze niet volledig de ontwikkeling van psychische stoornissen, omdat niet alle personen moederscheiding (sociaal isolement) ervaren tijdens hun adolescente jaren29. Bovendien variëren hun effecten op basis van soort, stam, geslacht en frequentie / duur van de isolatie28. Sommige studies hebben bijvoorbeeld aangetoond dat sociaal isolement na het spenen agressief gedrag bij C57BL / 6J-muizen verhoogt, terwijl anderen slechts een klein of geen effect hebben aangetoond28. Deze variatie is waarschijnlijk te wijten aan kleine verschillen in de frequentie, duur of huisvestingsopstelling van de isolatieperiode. Een andere studie met muizen in de volwassen of late levensfase vond sociaal isolement om hyperactiviteit te verhogen, zonder duidelijk depressief of angstachtig gedrag30. Deze muizen waren niet in staat om naburige muizen te zien, vergelijkbaar met ons model, maar gebruikten vrouwelijke F1 hybride C57BL / 6J x 129S6 / SvEvTac-muizen30, wat de variabiliteit tussen stammen en geslacht suggereert. Deze studie hoopt deze variaties te minimaliseren door een consistente methode voor te stellen.

Een nadeel van deze techniek is dat de geluidsfactor niet wordt geëlimineerd. Omdat de kooien niet geluiddicht zijn, kunnen dieren elkaar nog steeds horen en dus mogelijk niet in absolute isolatie zijn. Het kan van belang zijn om een geluiddichte kooi in het protocol op te nemen en de effecten van auditieve isolatie op angst en cognitie te onderzoeken. Voor de doeleinden van dit model worden echter alleen visuele zintuigen en interacties geblokkeerd, omdat dit model geen sensorisch deprivatiemodel is, maar eerder een model om face-to-face sociale interactie te verbieden. Het model is bedoeld om de persoonlijke sociale interacties na te bootsen, omdat auditieve stimulus meestal aanwezig is in het menselijk leven. Een ander nadeel is dat dit protocol alleen is getest bij C57BL/6 muizen en Sprague Dawley ratten. Zoals eerder vermeld, kunnen de effecten van sociaal isolement variëren op basis van soort en stam. Hoewel de reproduceerbaarheid van dit protocol bij andere knaagdiersoorten/stammen niet kan worden gegarandeerd, kan worden bevestigd dat dit model consistent kan worden gerecreëerd bij deze twee dieren.

Omdat de dieren verminderde cognitie en geheugen vertoonden, kan dit model worden ontwikkeld als een mild cognitief stoornissenmodel. Hoewel verdere optimalisatie nodig is, kan het model nuttig zijn voor het onderzoeken van het mechanisme van door sociaal isolement geïnduceerde cognitieve stoornissen, misschien van geaccumuleerde episodes van stress en angst. Het model kan ook worden gebruikt om het effect van sociaal isolement op latere leeftijd op sociaal gedrag, agressie of geweld te bestuderen.

Over het algemeen kan het door sociale isolatie geïnduceerde angstmuismodel worden toegepast op het onderzoeken van angst en gerelateerde stoornissen op een niet-invasieve, minimaal behandelde manier, en heeft tot doel angst veroorzaakt door sociaal isolement en eenzaamheid nauwkeurig na te bootsen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren geen belangenconflicten.

Acknowledgments

Dit werk werd gefinancierd door de National Institute of Health grant AA17991 (aan J.L.), Carefree Biotechnology Foundation (aan J.L.), University of Southern California (USC), USC Graduate School Travel / Research Award (aan S.W.) Saudi Arabia Cultural Mission Scholarship (naar A.A.O.) en Army Health Professions Scholarship Program (naar AS).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Black Plastic Bags Office Depot 791932 24" x 32"
Elevated Plus Maze SD Instruments NA Black color
Open Field enclosure SD Instruments NA White color
Select Agar Invitrogen 30391-023
Square cotton for nesting (nestlet) Ancare Corporation NC9365966 Divide a 2" square piece into 4 pieces to create a 1" square piece for isolation group
Sucrose Sigma S1888-1KG
Weigh boat SIgma HS1420A Small, square white polystyrene

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Craske, M. G., et al. Anxiety disorders. Nature Reviews Disease Primers. 3 (1), 17024 (2017).
  2. Kasper, S., den Boer, J., Ad Sitsen, J. Handbook of Depression and Anxiety: A Biological Approach. , Marcel Dekker Inc. New York. (2003).
  3. Konnopka, A., König, H. Economic burden of anxiety disorders: a systematic review and meta-analysis. Pharmacoeconomics. 38 (1), 25-37 (2020).
  4. Batterham, P. J., et al. Effects of the COVID-19 pandemic on suicidal ideation in a representative Australian population sample-Longitudinal cohort study. Journal of Affective Disorders. 300, 385-391 (2022).
  5. Ismail, I. I., Kamel, W. A., Al-Hashel, J. Y. Association of COVID-19 pandemic and rate of cognitive decline in patients with dementia and mild cognitive impairment: a cross-sectional study. Gerontology and Geriatric Medicine. 7, 23337214211005223 (2021).
  6. NIMH. Anxiety Disorders. , Available from: https://www.nimh.nih.gov/health/topics/anxiety-disorders/index.shtml (2018).
  7. Roy-Byrne, P. Treatment-refractory anxiety; definition, risk factors, and treatment challenges. Dialogues in Clinical Neuroscience. 17 (2), 191-206 (2015).
  8. Cassano, G. B., Baldini Rossi, N., Pini, S. Psychopharmacology of anxiety disorders. Dialogues in Clinical Neuroscience. 4 (3), 271-285 (2002).
  9. Garakani, A., et al. Pharmacotherapy of anxiety disorders: current and emerging treatment options. Frontiers in Psychiatry. 11, 595584 (2020).
  10. Hutson, P. H., Clark, J. A., Cross, A. J. CNS target identification and validation: avoiding the valley of death or naive optimism. Annual Review of Pharmacology and Toxicology. 57 (1), 171-187 (2017).
  11. Hart, P. C., et al. Experimental models of anxiety for drug discovery and brain research. Mouse Models for Drug Discovery: Methods and Protocols. Proetzel, G., Wiles, M. V. , Springer. New York. 271-291 (2016).
  12. Scherma, M., Giunti, E., Fratta, W., Fadda, P. Gene knockout animal models of depression, anxiety and obsessive compulsive disorders. Psychiatric Genetics. 29 (5), 191-199 (2019).
  13. Liu, W. -Z., et al. Identification of a prefrontal cortex-to-amygdala pathway for chronic stress-induced anxiety. Nature Communications. 11 (1), 2221 (2020).
  14. Zheng, Z. -H., et al. Neuroinflammation induces anxiety- and depressive-like behavior by modulating neuronal plasticity in the basolateral amygdala. Brain, Behavior, and Immunity. 91, 505-518 (2021).
  15. Toth, I., Neumann, I. D. Animal models of social avoidance and social fear. Cell and Tissue Research. 354 (1), 107-118 (2013).
  16. Wang, F., Kessels, H. W., Hu, H. The mouse that roared: neural mechanisms of social hierarchy. Trends in Neurosciences. 37 (11), 674-682 (2014).
  17. Endo, N., et al. Multiple animal positioning system shows that socially-reared mice influence the social proximity of isolation-reared cagemates. Communications Biology. 1 (1), 225 (2018).
  18. Netser, S., et al. Distinct dynamics of social motivation drive differential social behavior in laboratory rat and mouse strains. Nature Communications. 11 (1), 5908 (2020).
  19. Krimberg, J. S., Lumertz, F. S., Orso, R., Viola, T. W., de Almeida, R. M. M. Impact of social isolation on the oxytocinergic system: A systematic review and meta-analysis of rodent data. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 134, 104549 (2022).
  20. Mumtaz, F., Khan, M. I., Zubair, M., Dehpour, A. R. Neurobiology and consequences of social isolation stress in animal model-A comprehensive review. Biomedicine & Pharmacotherapy. 105, 1205-1222 (2018).
  21. Ranade, S. Comforting in mice. Nature Neuroscience. 24 (12), 1640 (2021).
  22. Al Omran, A. J., et al. Social isolation induces neuroinflammation and microglia overactivation, while dihydromyricetin prevents and improves them. Journal of Neuroinflammation. 19 (1), 2 (2022).
  23. Watanabe, S., et al. Dihydromyricetin improves social isolation-induced cognitive impairments and astrocytic changes in mice. Scientific Reports. 12 (1), 5899 (2022).
  24. Silva, J., et al. Modulation of hippocampal GABAergic neurotransmission and gephyrin levels by dihydromyricetin improves anxiety. Frontiers in Pharmacology. 11, 1008 (2020).
  25. Porter, V. R., et al. Frequency and characteristics of anxiety among patients with Alzheimer's disease and related dementias. Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neuroscience. 15 (2), 180-186 (2003).
  26. Hossain, M. M., et al. Prevalence of anxiety and depression in South Asia during COVID-19: A systematic review and meta-analysis. Heliyon. 7 (4), 06677 (2021).
  27. NHGRI. Knockout Mice Fact Sheet. , Available from: https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Knockout-Mice-Fact-Sheet (2020).
  28. Takahashi, A. Social stress and aggression in murine models. Current Topics in Behavioral Neuroscience. 54, 181-208 (2022).
  29. Lam, R. W. Challenges in the treatment of anxiety disorders: beyond guidelines. International Journal of Psychiatry in Clinical Practice. 10, 18-24 (2006).
  30. Sullens, D. G., et al. Social isolation induces hyperactivity and exploration in aged female mice. PLoS One. 16 (2), 0245355 (2021).

Tags

Neurowetenschappen Nummer 189
Sociaal isolatiemodel: een niet-invasief knaagdiermodel van stress en angst
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Watanabe, S., Al Omran, A., Shao, A. … More

Watanabe, S., Al Omran, A., Shao, A. S., Liang, J. Social Isolation Model: A Noninvasive Rodent Model of Stress and Anxiety. J. Vis. Exp. (189), e64567, doi:10.3791/64567 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter