Waiting
Login-Verarbeitung ...

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

Behavior

تشغيل عجلة وتعقيد البيئة باعتبارها تدخل علاجي في نموذج حيواني من FASD

Published: February 2, 2017 doi: 10.3791/54947
Automatic Translation
1, 1
1Department of Psychological and Brain Sciences, University of Delaware

Summary

ممارسة القلب والأوعية الدموية وتحفيز الخبرات في بيئة معقدة لها فوائد إيجابية على تدابير متعددة من المرونة العصبية داخل الدماغ القوارض. هذه المادة سوف يناقش تنفيذ هذه التدخلات بأنها "superintervention" الذي يجمع بين تشغيل عجلة وتعقد البيئة وستتناول القيود المفروضة على هذه التدخلات.

Abstract

التمارين الرياضية (على سبيل المثال، عجلة تشغيل (WR) المستخدمة على نطاق واسع في البحوث الحيوانية) يؤثر إيجابا تدابير عديدة من إمكانات المرونة العصبية في الدماغ، مثل معدلات تكوين الخلايا العصبية الكبار، الأوعية الدموية، والتعبير عن عوامل عصبية في القوارض. وقد تبين أيضا هذا التدخل للتخفيف من الجوانب السلوكية وتشريحي عصبي من الآثار السلبية للteratogens (أي التعرض التنموي على الكحول) والتنكس العصبي المرتبط بالعمر في القوارض. وقد تبين تعقيد البيئة (EC) لإنتاج العديد من الفوائد المرونة العصبية في الهياكل القشرية وتحت القشرية ويمكن أن يقترن مع عجلة دوارة لزيادة انتشار وبقاء خلايا جديدة في الحصين الكبار. الجمع بين هذه التدخلات اثنان يوفر "superintervention" قوية (WR-EC) والتي يمكن تنفيذها في مجموعة من نماذج القوارض من الاضطرابات العصبية. وسوف نناقش تنفيذ WR / EC والمكونة لها فيterventions لاستخدامها بوصفها التدخل العلاجي أكثر قوة في الفئران باستخدام نموذج حيواني من تعرض الجنين للكحول في البشر. سنناقش أيضا الذي عناصر من إجراءات ضرورية للغاية لتدخلات ويمكن تغييرها تلك التي يتوقف على سؤال أو مرافق مجرب.

Introduction

المعروف منذ وقت طويل تربية في بيئات مختلفة لإحداث تغييرات في مختلف التدابير العافية العصبية. العديد من الدراسات نظرة على الآثار المفيدة للتربية في بيئة معقدة (EC) بدءا من البحوث الرائدة التي كتبها الماس وروزنويج (على سبيل المثال، 1، 2) وجرينوف (على سبيل المثال، 3، 4). وقد تجلى EC أن يكون لها آثار إيجابية لا يمكن إنكارها على التغييرات متشابك والخلوية في الدماغ 5، 6، 7. المفوضية الأوروبية يمكن أن تؤثر على عدد وافر من مناطق الدماغ بما في ذلك الحصين 8 و 9 و القشرة البصرية 10، 11، المخطط البطني 12، 13، وكذلكوظيفة neuroimmune على نطاق الدماغ (إعادة النظر في 14). وقد وضعت أهمية خاصة من الدراسات حول الحصين بعد أن تبين لها أن الاتحاد الأوروبي يمكن أن تزيد من معدل البقاء على قيد الحياة من الخلايا الحبيبية المولد الكبار من التلفيف المسنن من خلال اللدونة شجيري 9 و 13. وقد جمعت هذه النقطة الأخيرة الكثير من الاهتمام نظرا لمجموعة متزايدة من الأدبيات تشير إلى أن ممارسة القلب والأوعية الدموية وتشجع تكوين الخلايا العصبية الكبار في كل من صحية وتلف الدماغ 15، 16، 17، 18. تشغيل عجلة (WR) هو وسيلة سهلة لتنفيذ شكل من أشكال النشاط الطوعي القلب والأوعية الدموية التي ثبت أن يكون مفيدا في نماذج القوارض من اضطرابات عصبية أو الشيخوخة 17، 19، 20. WR يؤثر على التعبير من عوامل النمو في كل من النظام المركزي والمحيطي العصبي 21، 22، 23.

الجمع بين (لاحقا) WR والمفوضية الأوروبية إلى "superintervention" (WR-EC) (أي 12 يوما من WR تليها 30 يوما في EC) يوفر زيادة قوية في تكوين الخلايا العصبية الكبار قرن آمون وزيادة بقاء الخلايا انتشرت حديثا 8، أثر ذلك في نموذج حيواني من FASD لم يتحقق من قبل المكونات الفردية (أنظر أدناه). لأن كلا من مكونات WR-EC تؤثر مجموعة متنوعة من الهياكل داخل الدماغ 13 (WR استعراضها في 22، والمفوضية الأوروبية التي استعرضت في 24)، ويمكن بسهولة أن تطبق تنفيذ هذا التدخل إلى نماذج القوارض في كل من الحياة نماذج الظهور التنموية وفي وقت لاحق من العصبية انخفاض (على سبيل المثال، تعرض الكحول الأطفال حديثي الولادة، والشيخوخة، والإجهاد الحياة في وقت مبكر).

الإقليم الشمالي "> دمج WR-EC في فترات المراهقة وأوائل الكبار (أي أيام بعد الولادة 30-72) يمكن أن يخفف من بعض الآثار السلبية للنموذج الفئران من اضطرابات الكحول الطيف الجنين (FASDs) 8 مجموعة من الدراسات. أثبتت أن القوارض يتعرض لالكحول من يوم ما بعد الولادة (PD) من 4 إلى عجز كبير 9 العرض في التدابير تشريحي عصبي مثل تعقيد شجيري 25، والتنمية المخيخ 26 و 27 و الاستجابة neuroimmune 28 وكذلك مظاهر ضعف في التعلم والذاكرة 29، 30، 31 وحتى خفض كمية من التعرض للكحول ضمن هذا الإطار الوقت (أي PD 7 إلى 9) يمكن أن يؤدي إلى عجز في التعلم والذاكرة في المراهقين والكبار الفئران 32 في حين أن بعض الهياكل لم تعد ترى سيجnificant ضعف تشريحي عصبي 27. تم تخفيفها بعد التعرض لهذا النموذج WR-EC 8، 33 أو WR وحدها 25، 31 - كثير من هذه العجوزات - بالإضافة إلى ضعف السلوكية في المهام التي تعتمد على الحصين. على الرغم من أن WR وحدها كانت تدخل المستخدمة على نطاق واسع، لم تستخدم مزيج من WR-EC في الأدب على الرغم من قدرته على الحفاظ على الفوائد قصيرة الأجل نسبيا من WR 8. هذه المادة سوف يناقش تنفيذ تدخل WR-EC خلال فترة المراهقة. على الرغم من أن يستخدم هذا النموذج في سياق أوائل التعرض للكحول بعد الولادة، يمكن أن تكون على قدم نماذج مختلفة من القوارض لتقييم إمكانات الدماغ عن المرونة العصبية في نماذج من اضطرابات الدماغ.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

بيان الأخلاق: تمت الموافقة على البروتوكول التالي لجنة رعاية واستخدام الحيوان المؤسسي (IACUC) من جامعة ولاية ديلاوير.

1. التعرض التنموي (أو نموذج لمثل الشراهة عند التعرض الإيثانول)

  1. على PD3، تحديد جنس كل حيوان وعبر تشجيع أي الحيوانات إذا لزم الأمر للحفاظ على حجم القمامة (8 الحيوانات)، وتوزيع الجنس (4 ذكور: 4 إناث) ثابت في كل بطن.
    ملاحظة: من المهم للحفاظ على حجم القمامة وتوزيع الجنس ثابت قدر الإمكان لتجنب يفند التجريبية. على الرغم من أن هذا البروتوكول يستخدم 8 الجراء (4 ذكور و 4 إناث) في القمامة، والقمامة أحجام بديلة أو توزيعات الجنس قد يكون متلائما مع احتياجات التصميم التجريبي.
  2. تحت الجلد حقن كمية صغيرة من الهند الحبر الاسود في الكفوف لتحديد الحيوانات في كل بطن.
  3. شبه عشوائي تعيين الفضلات كما التجريبية (التي تحتوي على 50٪ ضبط تنبيب صورية (AE المعرضة للكحول) و 50٪ (SI) الجروق) أو يرضع التحكم (SC) (الحيوانات التي لا تخضع لأية التنبيب، لقطة الذيل، أو بروتوكولات الانفصال عن PD 4-9 باستثناء وزنها يوميا والأذن واللكم).
    1. للاحتفاظ ثابت حجم المجموعة، تعيين مرتين العديد من الفضلات التجريبية كما الفضلات SC.
  4. وزن كل حيوان ثم إعادته إلى قفص وطنه. وزن الحيوان يجب أن تحدث يوميا خلال الفترة التنبيب (PD 4-9).
    1. إزالة القمامة كاملة من السد.
    2. ضع الجراء على لوحة ساخنة.
    3. تسجيل وزن كل الجرو الفردية.
  5. على PD4، بعد وزنها كل حيوان حساب كمية الكحول اللازمة ليصبح المجموع 5.25 جم / كجم / يوم لكل حيوان (على أساس الوزن الجرو من الخطوة 1.4) 8.
    1. إدارة الكحول كما 11.9٪ من الإيثانول في والحليب البديل (المجلد / المجلد).
  6. ابتداء من الساعة 09:00، إزالة أحد الجراء القمامة من الأم في وقت واحد.
  7. إدارة الايثانول في الحليب إلى كل الجرو AE
  8. الشام تدخله كل الجرو SI 8.
  9. كرر الخطوات من 1.5. من خلال 1.8. لكل القمامة التجريبية.
  10. ساعتين بعد الجرعة الأولى، كرر الإجراء الجرعات (الخطوات 1.5 خلال 1.8) لجرعة الكحول الثانية.
  11. بعد ساعة ونصف جرعة الكحول الثانية (النقطة التي يتحقق ذروة محتوى الكحول في الدم اليومي)، وجمع والدم أجهزة الطرد المركزي من الجراء AE وSI عبر ذيل قطة لتحليل المحتوى في المستقبل الكحول في الدم 35.
    1. جمع 60 ميكرولتر من الدم.
    2. وضع الدم في أنبوب microcentrifuge 1 مل. الدم أجهزة الطرد المركزي عند 1.5 x ج لمدة 25 دقيقة.
    3. بعناية جمع المصل طاف من أنبوب الطرد المركزي وحفظ لتحليل محتوى الكحول في الدم في المستقبل.
  12. كرر الإجراء الجرعات (الخطوات 1.5 خلال 1.8) باستخدام الحليب بدلا من الايثانول في الحليب لمنع نقص التغذية من عجز التمريض في AEالجراء.
    1. أداء ما مجموعه 2 جرعات الحليب تكميلية 2 ح بصرف النظر عن PD 4.
  13. كرر الخطوات 1.4 خلال 1.12 (باستثناء الخطوة 1.11) على PD 5-9.
  14. بعد الجرعة الحليب تكميلية النهائية على PD9 والأذن لكمة جميع الجراء لتحديد الهوية في قفص EC.
    1. تنسيق الأذن لكمات مع قدر من عدد القمامة أو معرف (على سبيل المثال، فإن الفضلات الوتر ضمن فوج الحصول على الأذن اليسرى لكمات في حين الحيوانات من الفضلات زوجية سيحصل على آذانهم اليمنى لكمات). وهذا سيجعل من الأسهل تحديد الحيوانات في قفص EC يجب حيوانات متعددة من الفضلات المختلفة لها نفس النمط pawmark.

2. الفطام

  1. على PD 23، بيت جميع الحيوانات في أقفاص من 2-3.
    1. التأكد من أن جميع الحيوانات الموجودة في نفس القفص هي نفس الجنس.
    2. تشمل SC احد، واحد SI، والحيوان AE واحد في قفص عندما يكون ذلك ممكنا.
    3. تقليل عدد من زملائه في قفص عشرفي هي من نفس القمامة.
    4. تأكد من أن جميع الحيوانات قادرة على الحصول على الغذاء والماء.

الجري 3. العجلة

  1. على PD30، تخصيص نصف أقفاص مع الحيوانات لWR. منزل هذه الحيوانات في أقفاص مع حرية الوصول إلى تعلق عجلة الفولاذ المقاوم للصدأ على التوالي.
    1. تأكد من أن العجلات لها عداد لتقييم عدد من الثورات.
  2. تزن كل الحيوانات على PD 30 و PD 36.
  3. التحقق من عدد من الثورات في كل عجلة في 09:00 كل يوم.
  4. ترك الحيوانات في حالة المساكن الخاصة بهم لمدة 12 يوما.

4. التعقيد البيئي

  1. إعداد قفص EC قبل 09:00 في اليوم الذي يتوافق مع PD 42 لحيوانات التجارب.
    1. الحصول على 30 "× 18" × 36 "قفص من الصلب المجلفن.
      ملاحظة: يجب أن يكون القفص مستويات متعددة، تكون قادرة على دعم وزن الفئران متعددة، تكون مليئة القياسيةالفراش، ولها مواقع متعددة لتوصيل زجاجات المياه وموزعات الغذاء.
    2. وضع الرواية، والأشياء الملونة من الأحجام والأشكال المتغيرة في القفص.
      1. وضع 6 اللعب كبيرة في قفص EC. تأكد من أن كل لعبة كبيرة بما يكفي لمدة 3 أو أكثر من الفئران للتفاعل مع متزامن.
      2. وضع 6 اللعب المتوسطة في قفص EC. تأكد من أن كل لعبة كبيرة بما يكفي ل3-4 الفئران للتفاعل مع متزامن.
      3. وضع الكثير (20 على الأقل) من اللعب الصغيرة في قفص EC.
      4. تستخدم اللعب من الألوان مختلفة، والأشكال، حجم، الخ الجدة أمر بالغ الأهمية لهذا التدخل (انظر المناقشة).
    3. وضع طبقين من الطعام على طرفي نقيض من القفص.
    4. وضع اثنين من زجاجات المياه على طرفي نقيض من القفص.
  2. في 09:00 على PD 42، تزن كل الحيوانات ونقل الحيوانات WR إلى القفص EC. وينبغي أن يتضمن كل قفص EC 9-12 الحيوانات.
    1. تأكد من أن أي الحيوانات على حد سواء في نفس pawmark والأذن التوريةأنماط CH.
  3. تحقق من كل الطعام والماء يوميا.
  4. كل يومين، وإزالة اللعب من القفص EC وتحل محلها (وفقا لخطوة 4.1.2).
  5. كل ثلاثة أيام، وتنظيف القفص EC.
    1. إزالة الحيوانات من القفص EC ووضعها في أقفاص التخزين المؤقت من 2-3 الحيوانات.
    2. إزالة كافة الفراش من الجزء السفلي من القفص.
    3. إرجاع نفس اللعب إلى القفص ما لم يتزامن هذا اليوم مع الجدول الزمني لعبة استبدال (وفقا إلى الخطوة 4.4).
    4. استبدال كل من الغذاء والماء.
    5. استبدال الفئران في قفص EC.

5. الأنسجة اجمع

ملاحظة: جمع الأنسجة (على سبيل المثال، نضح مع امتصاص العرق) والتخزين (على سبيل المثال، تجميد، البارافين التضمين) لا يمكن أن يؤديها مع مجموعة متنوعة من الطرق. وفيما يلي شرح عملية نضح مع 4٪ لامتصاص العرق في 0.1 M الفوسفات مخزنة المالحة (4٪ امتصاص العرق في برنامج تلفزيوني) حل 8.

تحذير: لامتصاص العرق هو مادة مسرطنة، ويمكن أيضا أن يسبب تهيج الجلد، حساسية رد فعل الجلد، أو الأضرار التي تصيب العين. استخدام المناسبة لحماية العين / الجلد.

  1. كشف الفئران في وقت واحد لالأيزوفلورين لتخدير طفيفة الحيوان.
  2. البريتونى حقن الفئران مع 2 مل / كغ من خليط الكيتامين / زيلازين (1.5 مل زيلازين مختلطة مع 10 مل من الكيتامين).
    ملاحظة: الكيتامين وزيلازين على حد سواء في تركيزات الأسهم من 100 ملغ / مل قبل الجمع بين لخليط الحقن.
  3. مرة واحدة الفئران لم يعد يستجيب، يروي الحيوان مع 0.1 M الفوسفات مخزنة المالحة (PBS، ودرجة الحموضة = 7.2)، يليه بنسبة 4٪ لامتصاص العرق في برنامج تلفزيوني (الرقم الهيدروجيني = 7.2).
  4. إزالة المخ وتخزينها في 4٪ امتصاص العرق في برنامج تلفزيوني في 4 درجة مئوية لمدة 48 ساعة.
  5. بعد 2 أيام، ونقل إلى حل 30٪ سكروز تضاف إلى 4٪ لامتصاص العرق في برنامج تلفزيوني في 4 درجات مئوية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

من أجل تقييم أثر التدخل عظمى، يجب أن ننظر إلى آثار كل العناصر المكونة لها - WR وEC - على اجراءاتنا من الفائدة. أرقام من 1 إلى 3 (أدناه) ظهرت في منشور سابق باستخدام هذا النموذج 8. الشكل (4) ظهرت في أطروحة الدكتوراه (36). وتوضح هذه البيانات تأثير WR-EC على تكوين الخلايا العصبية الكبار الحصين في التلفيف المسنن. جميع الرسوم البيانية توضح الوسائل المجموعة، مع أشرطة الخطأ تشير إلى الخطأ المعياري واحد من المتوسط. الشكل 1 يوضح زيادة في تكاثر الخلايا التالية الجزء WR تدخلنا، مشيرا إلى أن عنصر WR قادر بقوة لزيادة انتشار الخلوي في المديرية العامة للقرن آمون في العادة النامية، وأكدت في وقت مبكر الحياة، والحيوانات المعرضة للكحول. الشكل 2يدل على قدرة الاتحاد الأوروبي على زيادة البقاء على قيد الحياة من خلايا بالغة ولدت في المديرية العامة في الحيوانات التي تعرضت إلى أي إجهاد أو الكحول neonatally. يوضح الشكل (3) الزيادة في الخلايا التي تفرق في النمط الظاهري العصبية، مشيرا إلى أن WR-EC يمكن أن تزيد من انتشار وبقاء الخلايا الحبيبية المسنن التلفيف المولد الكبار في الحيوانات التي تخضع تعرض الرضع لالكحول أو التوتر التنبيب، تورط أنها العلاجية ل العجز الإنقاذ في تكوين الخلايا العصبية الكبار قرن آمون. وأخيرا، الشكل (4) يؤكد تأثير WR-EC على اللدونة شجيري: طول التشعبات-doublecortin إيجابي من الخلايا الحبيبية التلفيف المسنن "في الفئران AE لا يختلف يعد من السيطرة. كان محتوى الكحول في الدم (BAC) على PD 4 321.19 ± 14.03 ملجم / ديسيلتر (يعني ± SEM)، مماثلا لدراسات أخرى باستخدام هذا التعرض نموذج 28، 37. وقد أظهرت دراسات سابقة أن الحيوانات لعبور هذه المجموعات المعاملة لا تختلف في مسافات تشغيل خلال WR 15.

شكل 1
الشكل 1. WR الزيادات بقوة انتشار الخلايا في الحصين DG. Photomicrographs توضح الاختلافات في تكاثر الخلايا في المديرية العامة على PD42 (وقف WR) كما وصفت مع برومو-deoxyuridine (BrdU) في الحيوانات AE التالية WR (A) والسكن الاجتماعي (B). WR يزيد بقوة انتشار الاسلحة الخلية بغض النظر عن العلاج حديثي الولادة (C). كشفت اتجاهين أنوفا تأثير الرئيسي لحالة الإسكان (WR مقابل SH) (F 1،40 = 19.703، P <0.001)، في حين أن أي تأثير الرئيسي كبيرا من العلاج بعد الولادة (SC مقابل. SI مقابل. AE) أو التفاعل بين اثنين من العوامل لوحظ. وأجريت مقارنات خاصة بعد عن اختبارات توكي و. كل القيم ممثلى أعضاءأرسلت يعني ± الخطأ المعياري للمتوسط ​​(SEM). * ف <0.05، #P <0.01. وقد تم استنساخ هذا الرقم من هاميلتون وآخرون. 2012 8. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. WR تلاه العجز EC الإنقاذ في بقاء الخلية بعد التعرض حديثي الولادة الكحول أو الإجهاد الشام. Photomicrographs توضح الاختلافات في الخلايا المسمى مع BrdU في الحيوانات AE من WR-EC (A) وظروف إيواء الاجتماعية (B) حقن مع BrdU على PD41. عرض الحيوانات يضم اجتماعيا انخفاض بعد التعرض للكحول النسبي ليرضع الضوابط. الحيوانات التي تمر WR-EC superintervention زيادة عرض معدلات البقاء على قيد الحياة من الخلايا المتكاثرة بعد PD41 في كل من المجموعتين SI وAE (C). كشفت اتجاهين أنوفا تأثير الرئيسي لحالة الإسكان (WR مقابل SH) (F 1،29 = 11.402، P <0.01) وتفاعل كبير بين العلاج بعد الولادة وحالة السكن (F 1،29 = 3.870، ف < 0.05)، في حين لم يلاحظ أي تأثير الرئيسي كبيرا من العلاج بعد الولادة (SC مقابل SI مقابل AE). وفي اتجاه واحد أنوفا داخل الحيوانات SH كشفت عن وجود تأثير الرئيسي للعلاج بعد الولادة (F 1،19 = 3.727، P <0.05) في حين أن في اتجاه واحد كشفت أنوفا داخل الحيوانات WREC عدم وجود فروق ذات دلالة إحصائية بين العلاجات ما بعد الولادة. وأجريت مقارنات خاصة بعد عن اختبارات توكي و. وتمثل كل القيم يعني ± SEM. * ف <0.05، #P <0.01. وقد تم استنساخ هذا الرقم من هاميلتون وآخرون. 2012 8. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا فيقوإعادة.

الشكل (3)
الشكل 3. العجز WR-EC الإنقاذ في تكوين الخلايا العصبية بعد التعرض حديثي الولادة الكحول أو الإجهاد الشام. شارك في توطين (الأخضر) التعبير BrdU وNeuN (الحمراء) في الخلايا الحبيبية الحصين. تم الحصول على الصور مبائر الفلورسنت وفقا للإجراءات المناعى. تم حقن BrdU على الأنسجة PD41 تم جمعها على PD72. وقد لوحظت على حد سواء BrdU وNeuN في DG (A، B). على الرغم من أن الحيوانات SC لم تظهر زيادة كبيرة في عدد من تكاثر الخلايا العصبية، وأظهرت كل من AE وSI الحيوانات زيادة في الخلايا العصبية (كما هو مبين من خلال وضع العلامات مزدوج مع BrdU وNeuN) التالية نموذج WR-EC بالمقارنة مع الحيوانات يضم اجتماعيا (C) . كشفت اتجاهين أنوفا تأثير الرئيسي لحالة الإسكان (WR مقابل SH) (F 1،28 = 20.48، ف <0.001)، في حين لا EFFE الرئيسي الكبيروقد لوحظت ط العلاج بعد الولادة (SC مقابل SI مقابل AE) أو التفاعل بين اثنين من العوامل. وأجريت مقارنات خاصة بعد عن اختبارات توكي و. وتمثل كل القيم يعني ± SEM. * ف <0.05، #P <0.01. وقد تم استنساخ هذا الرقم من هاميلتون وآخرون. 2012 8. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الشكل 4. العجز WR-EC الإنقاذ في الجذعية تعقد خلايا الحصين DG الحبيبة. Sholl تحليل التقاطعات شجيري توضيح الآثار WR-المفوضية الأوروبية تحسينية على تعقيدات الشجيرية في التلفيف المسنن من الفئران الكبار بعد التعرض الكحول حديثي الولادة. في ظروف السكن الاجتماعي، والحيوانات AE لديها انخفاض عدد الخلايا الحبيبية DG التقاطعات التغصنات النسبية للسيطرة على الحيوانات (أ). السكن في WREC يزيد من عدد من التقاطعات في الحيوانات AE النسبي لضوابط يضم اجتماعيا (ب). الحيوانات AE تربى في منطقتنا نموذج WREC عرض أرقام مماثلة من التقاطعات النسبية للسيطرة على الحيوانات الموجودة في WREC (ج). أجريت ANOVAs قياس المتكررة على البيانات في كل رسم بياني. الفريق يدل على الأثر الرئيسي من العلاج بعد الولادة (F 1،11 = 6.265، ع = 0.029). توضح لوحة ب اتجاها نحو التأثير الرئيسي بين ظروف السكن (F 1،6 = 4.181، ع = 0.087). لوحة ج توضح لا يوجد فرق كبير بين SC والحيوانات AE ضمن حالة السكن WREC. تم تنفيذ جميع المقارنات خاصة بعد عن اختبارات توكي و. وتمثل كل القيم يعني ± SEM. ^ ف <0.01، * ف <0.05. وقد تم استنساخ هذا الرقم من هاملتون، 2012 36.خريج "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

في البروتوكول أعلاه، أثبتنا التدخل المناسب لانقاذ عجز تشريحي عصبي بعد التعرض الكحول حديثي الولادة. هذا التدخل يمكن أن تستخدم العلاجية في النماذج الحيوانية الأخرى نظرا لمتانة كل عنصر من العناصر للتدخل. وقد تبين نشاط القلب والأوعية الدموية الطوعي في شكل WR للاستفادة عدة نتائج سلوكية 38 و 39 و لحث على التعديلات البلاستيك وظيفية في مناطق الدماغ مثل الحصين (استعرضت في 40). هذا ويرجع ذلك جزئيا إلى التعبير من عوامل النمو والآليات اعصاب أخرى في لحمة الدماغ في كل من القوارض والبشر 21، 41. المكمل هذه الآثار، يمكن EC لحث مفيد الخلوي 6، 11، 42، 43الإنشائي (2) والدوائية 12، 44 تغيير في القوارض.

من أجل WR لتكون فعالة الى اقصى حد ممكن في هذا نموذج معين من متلازمة الإنسان، فمن الأهمية بمكان بالنسبة للحيوانات في الحصول الطوعي إلى عجلة دوارة الوظيفية؛ وصول عجلة اليومي يجب أن يستمر لفترة طويلة من الزمن 45 10-12 ساعة على الأقل يوميا، ويفضل 24 ساعة (تم الإبلاغ عن بعض الآثار الضارة الناجمة عن الانسحاب من عجلة دوارة). يستمر هذا النموذج WR لمدة 12 يوما للسماح لمجموعة من WR والمفوضية الأوروبية لتناسب مرحلة المراهقة والبلوغ المبكر. مدة والعمر عند التعرض، وطريقة ممارسة (بين عوامل أخرى) يمكن أن تؤثر على فعالية ممارسة باعتبارها تدخل علاجي 46، وينبغي النظر إلى هذه العوامل الحاسمة عند التخطيط لتنفيذ هذا البروتوكول أو أي نموذج WREC الآخرين. ومن المكونات الرئيسية لهذا النموذج EC هو لاvelty من كائنات متعددة في بيئة والتفاعل الاجتماعي (إعادة النظر في 14، 47). لذا، فمن الأهمية بمكان للعناصر الموجودة في هذا النموذج أن تستبدل كل 48 ساعة. على أساس الحاجة للسلع المتعددة، والتفاعل مع العناصر واستكشافهم، والتفاعل الاجتماعي، نجد أن لدينا عدد من عناصر فريدة، وتواتر استبدال البند، وعدد من زملائه في قفص غير كافية لإحداث النتائج العلاجية على التدابير تشريحي عصبي أن نقيم. وجدنا أن التعرض المستمر لمدة 30 يوما هو أكثر ملاءمة للتغلب على العجز الناجم عن التعرض للكحول حديثي الولادة من محدودية التفاعل التعرض لبيئة جديدة.

والهدف من هذا البروتوكول هو تقديم نموذج WREC أن يعالج كلا من ممارسة القلب والأوعية الدموية ومكونات الجدة البيئية للتدخل من البلاستيك. لهذا السبب، سوف نتطرق التعديل التي يمكن تقديمها إلى paradigم ولكن أحذر استخدام التعديلات التي قد تغير بطرق الحيوانات تتفاعل في إطار النموذج وكذلك الاستنتاجات التجريبية التي يمكن استخلاصها. واحد من شأنه تغيير الممكن أن تكون مقدمة لتشغيل العجلات للبيئة EC. وبذلك، سيكون من الصعب تحديد المساهمات النسبية لكل عنصر. سيكون من الصعب بالإضافة إلى ذلك للتأكد من أن جميع الحيوانات تشارك في كل مكونات WR ومكونات EC للنموذج كما الإسكان من 8-10 الحيوانات معا هو مطلوب لEC. ومع ذلك، منذ وصول طويلة الأجل لممارسة أمر بالغ الأهمية في فعالية هذا التدخل 45، إجراء مزيد من البحوث قد تعالج النسبة المثلى من الوصول WR للوصول EC (على الرغم من الأساليب في هذا البروتوكول أظهرت آثار تشريحي عصبي والسلوكية قوية 8، 33) . تعديلات على البنود الفردية المستخدمة في بيئة EC مقبولة، لكنها حرجةل للمادة أن تكون مثيرة للاهتمام ومعقدة، رواية، تحفيز، وكثيرا ما استرجعت 14.

هذا النموذج لا تحتوي على العديد من القيود الفطرية في أيدينا، والتي ينبغي أخذها في الاعتبار عند التخطيط لتنفيذ هذا "التدخل السوبر". واحد على سبيل الحصر، المكون WR من النموذج هو عدم القدرة على تقييم المسافة التي تديرها الحيوانات الفردية. ويتمثل أحد الحلول واضحة ومباشرة يكون السكن الفردي للحيوانات خلال عنصر WR. ومع ذلك، فإنه يحتاج إلى التأكيد على أن المساكن الفردية مقبولة على نطاق واسع تضر الحيوانات وحتى يمكن أن تتعارض بشكل مباشر على الآثار المفيدة للعجلة دوارة 48. بديل إضافية (على الرغم من والكمال تستغرق وقتا طويلا) سيكون لتسجيل الفيديو على عجلة دوارة في جميع الأوقات أن الحيوانات لديها إمكانية الوصول. وهذا يتطلب معرف فريد لكل حيوان في قفص (على سبيل المثال، لوحة الألوان فريدة من نوعها أو patteRNS على الفراء من كل حيوان) 49. أن هذه التقنية لا يزال يخضع ليفند الحيوانات متعددة باستخدام عجلة متزامن. وثمة صعوبة مماثلة تحمل لEC حيث يصبح من الصعب على الغذاء تقييد الحيوانات الفردية (دون تحديد فترة زمنية من الاستهلاك الغذائي). للحد من تأثير ذلك، فإننا نوصي السكن في المفوضية الأوروبية لكامل 30 يوما تليها نموذج تقييد المواد الغذائية على الفور. يمكن أن كميات طويلة من الوقت للخروج من المفوضية الأوروبية تمنع يسببها المطاوعة أن يحدث خلال هذا النموذج.

كما ذكر سابقا، فإن أهمية هذه المادة هو السماح لتوصيف ثابت من النموذج الأوروبي وتنفيذها بعد ممارسة القلب والأوعية الدموية في شكل WR. كشفت السابقة نماذج EC الحيوانات في السكن EC دون التعرض لWR 12، 50، WR داخل القفص EC لأقصر فترة من الزمن 51أو مع أقل الحيوانات 52، أو الحيوانات تعرضوا لبيئة EC لفترة أطول من الوقت مع تغيير أقل تواترا من البنود قفص 13. فمن المرجح أن تأثيرات مفيدة من المفوضية الأوروبية تتطلب ليونة الناجم من WR في إطار الوقت المناسب زمنيا لإظهار فائدة على المدى الطويل. في هذه الطريقة، ونحن نعتقد أن اقتران WR والمفوضية الأوروبية لمدة 12 و 30 يوما على التوالي يسمح لتدخل المفيد الى اقصى حد ممكن وموجزة.

في هذه المرحلة، واستخدام هذا النموذج قد اقتصر على الفترات الزمنية الكبار في سن المراهقة وأوائل. مزيد من الدراسة من متانة هذا التدخل في مراحل مختلفة، وتطور الجنين من فائدة المرونة العصبية ينبغي مواصلة دراستها في المستقبل. بالإضافة إلى ذلك، يتم تشجيع استخدام العجز تنموية مختلفة إلى حد كبير، لأن هذا سيساعد في تطوير التدخلات العلاجية الفعالة للأفراد المتضررين من مثل هذه الاضطرابات. وعلى فك الدراسات السابقةmonstrated التأثيرات مستقلة عن WR أو EC على تكوين الخلايا العصبية الكبار والتعلم والذاكرة، أو السلوكيات للقلق مثل في نموذج الفأر الجيني للقلق 53. متانة هذه التدخلات اثنين وتأثير متناغم من المفوضية الأوروبية للحفاظ على الآثار على المدى القصير لزيادة الفوائد الناجمة عن WR (أي قرن آمون تكاثر الخلايا وتكوين الخلايا العصبية) يجعل من يستعد جيدا للاندماج في مجموعة متنوعة من الأسئلة البحثية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Female Time-pregnant Long Evans Rats Envigo (Formerly: Harlan, Inc.) Average litter size is 8 - 10 pups
Black India Ink Higgins (Chartpak, Inc.) 44201
Syringes and Injection Needles Becton, Dickinson and Company (BD) Assorted For injection of pawmarking ink, administration of milk-alcohol solution
Ear Punch Kent Scientific Corporation INS750076
Running Wheels Wahmann Labs Wahmann Running Wheel is discontinued. One per cage.
EC Cage Martin's Cages, Inc. R-695
Small EC Toys Assorted
Medium EC Toys Assorted Should be able to fit 1 - 2 rats inside of/on top of object
Large EC Toys Assorted Should be able to fit 3 or more rats inside of/on top of object

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Diamond, M. C., et al. Increases in cortical depth and glia numbers in rats subjected to enriched environment. J Comp Neurol. 128 (1), 117-126 (1966).
  2. Rosenzweig, M. R., Bennett, E. L., Hebert, M., Morimoto, H. Social grouping cannot account for cerebral effects of enriched environments. Brain Res. 153 (3), 563-576 (1978).
  3. Greenough, W. T. Experiential modification of the developing brain. Am Sci. 63 (1), 37-46 (1975).
  4. Volkmar, F. R., Greenough, W. T. Rearing complexity affects branching of dendrites in the visual cortex of the rat. Science. 176 (4042), 1445-1447 (1972).
  5. Greenough, W. T., Volkmar, F. R., Juraska, J. M. Effects of rearing complexity on dendritic branching in frontolateral and temporal cortex of the rat. Exp Neurol. 41 (2), 371-378 (1973).
  6. Sampedro-Piquero, P., Zancada-Menendez, C., Begega, A. Housing condition-related changes involved in reversal learning and its c-Fos associated activity in the prefrontal cortex. Neuroscience. 307, 14-25 (2015).
  7. Sirevaag, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. III. Neuronal and glial nuclei, boutons, dendrites, and capillaries. Brain Res. 424 (2), 320-332 (1987).
  8. Hamilton, G. F., Boschen, K. E., Goodlett, C. R., Greenough, W. T., Klintsova, A. Y. Housing in environmental complexity following wheel running augments survival of newly generated hippocampal neurons in a rat model of binge alcohol exposure during the third trimester equivalent. Alcohol Clin Exp Res. 36 (7), 1196-1204 (2012).
  9. Kempermann, G., Kuhn, H. G., Gage, F. H. More hippocampal neurons in adult mice living in an enriched environment. Nature. 386 (6624), 493-495 (1997).
  10. Juraska, J. M., Greenough, W. T., Elliott, C., Mack, K. J., Berkowitz, R. Plasticity in adult rat visual cortex: an examination of several cell populations after differential rearing. Behav Neural Biol. 29 (2), 157-167 (1980).
  11. Turner, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. I. Synaptic and neuronal density and synapses per neuron. Brain Res. 329 (1-2), 195-203 (1985).
  12. Brenes, J. C., Rodriguez, O., Fornaguera, J. Differential effect of environment enrichment and social isolation on depressive-like behavior, spontaneous activity and serotonin and norepinephrine concentration in prefrontal cortex and ventral striatum. Pharmacol Biochem Behav. 89 (1), 85-93 (2008).
  13. Kolb, B., Gorny, G., Soderpalm, A. H., Robinson, T. E. Environmental complexity has different effects on the structure of neurons in the prefrontal cortex versus the parietal cortex or nucleus accumbens. Synapse. 48 (3), 149-153 (2003).
  14. Singhal, G., Jaehne, E. J., Corrigan, F., Baune, B. T. Cellular and molecular mechanisms of immunomodulation in the brain through environmental enrichment. Front Cell Neurosci. 8, 97 (2014).
  15. Helfer, J. L., Goodlett, C. R., Greenough, W. T., Klintsova, A. Y. The effects of exercise on adolescent hippocampal neurogenesis in a rat model of binge alcohol exposure during the brain growth spurt. Brain Res. 1294, 1-11 (2009).
  16. van Praag, H., et al. Functional neurogenesis in the adult hippocampus. Nature. 415 (6875), 1030-1034 (2002).
  17. van Praag, H., Shubert, T., Zhao, C., Gage, F. H. Exercise enhances learning and hippocampal neurogenesis in aged mice. J Neurosci. 25 (38), 8680-8685 (2005).
  18. Vivar, C., Peterson, B. D., van Praag, H. Running rewires the neuronal network of adult-born dentate granule cells. Neuroimage. 1 (131), 29-41 (2015).
  19. Mustroph, M. L., et al. Increased adult hippocampal neurogenesis is not necessary for wheel running to abolish conditioned place preference for cocaine in mice. Eur J Neurosci. 41 (2), 216-226 (2015).
  20. Patten, A. R., et al. Long-term exercise is needed to enhance synaptic plasticity in the hippocampus. Learn Mem. 20 (11), 642-647 (2013).
  21. Carro, E., Nunez, A., Busiguina, S., Torres-Aleman, I. Circulating insulin-like growth factor I mediates effects of exercise on the brain. J Neurosci. 20 (8), 2926-2933 (2000).
  22. Cotman, C. W., Berchtold, N. C. Exercise: a behavioral intervention to enhance brain health and plasticity. Trends Neurosci. 25 (6), 295-301 (2002).
  23. Praag, H., Fleshner, M., Schwartz, M. W., Mattson, M. P. Exercise, energy intake, glucose homeostasis, and the brain. J Neurosci. 34 (46), 15139-15149 (2014).
  24. van Praag, H., Kempermann, G., Gage, F. H. Neural consequences of environmental enrichment. Nat Rev Neurosci. 1 (3), 191-198 (2000).
  25. Hamilton, G. F., Criss, K. J., Klintsova, A. Y. Voluntary exercise partially reverses neonatal alcohol-induced deficits in mPFC layer II/III dendritic morphology of male adolescent rats. Synapse. 69 (8), 405-415 (2015).
  26. Goodlett, C. R., Thomas, J. D., West, J. R. Long-term deficits in cerebellar growth and rotarod performance of rats following "binge-like" alcohol exposure during the neonatal brain growth spurt. Neurotoxicol Teratol. 13 (1), 69-74 (1991).
  27. Goodlett, C. R., Lundahl, K. R. Temporal determinants of neonatal alcohol-induced cerebellar damage and motor performance deficits. Pharmacol Biochem Behav. 55 (4), 531-540 (1996).
  28. Boschen, K., Ruggiero, M., Klintsova, A. Neonatal binge alcohol exposure increases microglial activation in the developing rat hippocampus. Neuroscience. 324, 355-366 (2016).
  29. Goodlett, C. R., Peterson, S. D. Sex differences in vulnerability to developmental spatial learning deficits induced by limited binge alcohol exposure in neonatal rats. Neurobiol Learn Mem. 64 (3), 265-275 (1995).
  30. Murawski, N. J., Klintsova, A. Y., Stanton, M. E. Neonatal alcohol exposure and the hippocampus in developing male rats: effects on behaviorally induced CA1 c-Fos expression, CA1 pyramidal cell number, and contextual fear conditioning. Neuroscience. 206, 89-99 (2012).
  31. Thomas, J. D., Sather, T. M., Whinery, L. A. Voluntary exercise influences behavioral development in rats exposed to alcohol during the neonatal brain growth spurt. Behav Neurosci. 122 (6), 1264-1273 (2008).
  32. Hamilton, G. F., et al. Neonatal alcohol exposure disrupts hippocampal neurogenesis and contextual fear conditioning in adult rats. Brain Res. 1412, 88-101 (2011).
  33. Hamilton, G. F., et al. Exercise and environment as an intervention for neonatal alcohol effects on hippocampal adult neurogenesis and learning. Neuroscience. 265, 274-290 (2014).
  34. Kelly, S. J., Lawrence, C. R. Alcohol: Methods and Protocols. Nagy, L. E. , (2008).
  35. Helfer, J. L., et al. Binge-like postnatal alcohol exposure triggers cortical gliogenesis in adolescent rats. J Comp Neurol. 514 (3), 259-271 (2009).
  36. Hamilton, G. F. Behavioral Interventions to Alleviate the Impact of Neonatal Alcohol Exposure on Cell Morphology in the Rodent Hippocampus and Medial Prefrontal Cortex. Doctor of Philosophy thesis. , University of Delaware. (2012).
  37. Klintsova, A. Y., et al. Persistent impairment of hippocampal neurogenesis in young adult rats following early postnatal alcohol exposure. Alcohol Clin Exp Res. 31 (12), 2073-2082 (2007).
  38. Brockett, A. T., LaMarca, E. A., Gould, E. Physical exercise enhances cognitive flexibility as well as astrocytic and synaptic markers in the medial prefrontal cortex. PLoS One. 10 (5), e0124859 (2015).
  39. Creer, D. J., Romberg, C., Saksida, L. M., van Praag, H., Bussey, T. J. Running enhances spatial pattern separation in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (5), 2367-2372 (2010).
  40. Patten, A. R., et al. The benefits of exercise on structural and functional plasticity in the rodent hippocampus of different disease models. Brain Plast. 1 (1), 97-127 (2015).
  41. Van der Borght, K., et al. Physical exercise leads to rapid adaptations in hippocampal vasculature: temporal dynamics and relationship to cell proliferation and neurogenesis. Hippocampus. 19 (10), 928-936 (2009).
  42. Johansson, B. B., Belichenko, P. V. Neuronal plasticity and dendritic spines: effect of environmental enrichment on intact and postischemic rat brain. J Cereb Blood Flow Metab. 22 (1), 89-96 (2002).
  43. Sirevaag, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. II. Synaptic morphometry. Brain Res. 351 (2), 215-226 (1985).
  44. Pham, T. M., Winblad, B., Granholm, A. C., Mohammed, A. H. Environmental influences on brain neurotrophins in rats. Pharmacol Biochem Behav. 73 (1), 167-175 (2002).
  45. Patten, A. R., et al. Long-term exercise is needed to enhance synaptic plasticity in the hippocampus. Learn Mem. 20 (11), 642-647 (2013).
  46. Patten, A. R., et al. The Benefits of Exercise on Structural and Functional Plasticity in the Rodent Hippocampus of Different Disease Models. Brain Plasticity. 1 (1), 97-127 (2015).
  47. Abou-Ismail, U. A. Are the effects of enrichment due to the presence of multiple items or a particular item in the cages of laboratory rat? Appl Ani Behav Sci. 134 (1-2), 72-82 (2011).
  48. Stranahan, A. M., Khalil, D., Gould, E. Social isolation delays the positive effects of running on adult neurogenesis. Nat Neurosci. 9 (4), 526-533 (2006).
  49. Boschen, K. E., Hamilton, G. F., Delorme, J. E., Klintsova, A. Y. Activity and social behavior in a complex environment in rats neonatally exposed to alcohol. Alcohol. 48 (6), 533-541 (2014).
  50. Artola, A., et al. Long lasting modulation of the induction of LTD and LTP in rat hippocampal CA1 by behavioural stress and environmental enrichment. Eur J Neurosci. 23 (1), 261-272 (2006).
  51. Bergami, M., et al. A critical period for experience-dependent remodeling of adult-born neuron connectivity. Neuron. 85 (4), 710-717 (2015).
  52. Fréchette, M., Rennie, K., Pappas, B. A. Developmental forebrain cholinergic lesion and environmental enrichment: behaviour, CA1 cytoarchitecture and neurogenesis. Brain Res. 1252, 172-182 (2009).
  53. Rogers, J., et al. Dissociating the therapeutic effects of environmental enrichment and exercise in a mouse model of anxiety with cognitive impairment. Transl Psychiatry. 6, e794 (2016).

Tags

السلوك، العدد 120، المرونة العصبية والجرذان، وممارسة، الخلايا العصبية، والكحول، والتنمية، والجدة
تشغيل عجلة وتعقيد البيئة باعتبارها تدخل علاجي في نموذج حيواني من FASD
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Gursky, Z. H., Klintsova, A. Y.… More

Gursky, Z. H., Klintsova, A. Y. Wheel Running and Environmental Complexity as a Therapeutic Intervention in an Animal Model of FASD. J. Vis. Exp. (120), e54947, doi:10.3791/54947 (2017).

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