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Behavior

Corrida roda e complexidade ambiental como uma intervenção terapêutica em um modelo animal de FASD

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

Summary

O exercício cardiovascular e estimulantes experiências em um ambiente complexo ter benefícios positivos em várias medidas de neuroplasticidade dentro do cérebro de roedores. Este artigo irá discutir a implementação destas intervenções como um "superintervention", que combina corrida roda e complexidade ambiental e abordará as limitações dessas intervenções.

Abstract

O exercício aeróbico (por exemplo, roda de corrida (WR) amplamente utilizado em pesquisas com animais) impacta positivamente muitas medidas de potencial neuroplastic no cérebro, tais como taxas de neurogênese adulta, angiogênese e expressão de factores neurotróficos em roedores. Esta intervenção também foi mostrado para mitigar os aspectos comportamentais e neuroanatômicos de os impactos negativos da teratogens (ou seja, a exposição de desenvolvimento a álcool) e neurodegeneração relacionada com a idade em roedores. complexidade Ambiental (CE) foi mostrado para produzir inúmeros benefícios neuroplásticas em estruturas corticais e sub-corticais e pode ser acoplado com a roda de corrida para aumentar a proliferação e sobrevivência de novas células do hipocampo de adulto. A combinação destas duas intervenções fornece um "superintervention" robusto (WR-CE), que pode ser implementada numa variedade de modelos de roedores de distúrbios neurológicos. Vamos discutir a implementação de WR / CE e seu constituinteintervenções para utilização como uma intervenção terapêutica mais forte em ratos utilizando o modelo animal de exposição pré-natal ao álcool em humanos. Também vamos discutir quais elementos dos procedimentos são absolutamente necessários para as intervenções e quais podem ser alterados dependendo da pergunta ou instalações do experimentador.

Introduction

Elevando em diferentes ambientes tem sido conhecido por causar mudanças em várias medidas de bem-estar neurológica. Muitos estudos olhar para os efeitos benéficos da criação em um ambiente complexo (CE) começando com uma pesquisa inovadora pela Diamond e Rosenzweig (por exemplo, 1, 2) e Greenough (Por exemplo, 3, 4). CE foi demonstrada para ter um efeito positivo sobre inegáveis alterações sinápticas e celulares no cérebro 5, 6, 7. CE pode afectar uma multiplicidade de regiões do cérebro, incluindo o hipocampo 8, 9 e córtex visual 10, 11, estriado ventral 12, 13, bemcomo função neuroimune ampla-cérebro (revisto em 14). Interesse particular tem desenvolvido a partir dos estudos sobre hipocampo quando foi demonstrado que a CE, pode aumentar a taxa de sobrevivência de células de grânulos de nascidos de adultos do giro denteado através de plasticidade dendrítica 9, 13. Este último ponto reuniu muito interesse devido ao crescente corpo de literatura indicando que o exercício cardiovascular promove neurogênese adulta, tanto no cérebro saudável e danificou 15, 16, 17, 18. Execução de rodas (W) é um fácil de implementar forma de atividade cardiovascular voluntário que tem sido mostrado para ser benéfico em modelos de roedores de distúrbios neurológicos ou envelhecimento 17, 19, 20. WR afecta a expressão de factores de crescimento tanto no sistema nervoso central e periférico 21, 22, 23.

Combinando (subsequentemente) WR e CE numa "superintervention" (WR-CE) (isto é, 12 dias de WR seguido por 30 dias em CE) proporciona um aumento robusto em adultos neurogenesis hipocampo e aumento da sobrevivência das células recém-proliferadas 8, o efeito que, no modelo animal de SAF não é alcançada pelos componentes individuais (ver abaixo). Desde ambos os componentes do WR-CE afectam uma diversidade de estruturas dentro do cérebro 13 (WR revisto em 22, CE revisto em 24), a execução dessa intervenção pode ser facilmente aplicada a modelos de roedores de ambos os modelos início da vida de desenvolvimento e posteriores do neurológica impairment (por exemplo, álcool exposição neonatal, envelhecimento, estresse precoce).

nt "> Integração da WR-CE nos períodos adolescente e início de adultos (ou seja, dias pós-natal 30 - 72) pode melhorar alguns dos efeitos negativos de um modelo de rato de perturbações do espectro do alcoolismo fetal (FASDs) 8 Uma coleção de estudos. demonstraram que os roedores expostos ao álcool a partir do dia pós-natal (PD) de 4 a 9 de exibição déficits significativos em medidas neuroanatómicos como complexidade dendrítica 25, o desenvolvimento do cerebelo 26, 27 e capacidade de resposta neuroimmune 28, bem como manifestações de prejuízo no aprendizado e na memória 29, 30, 31 . Mesmo uma quantidade reduzida de exposição ao álcool dentro desta janela de tempo (ou seja, PD 7 a 9) pode levar a déficits de aprendizagem e memória em ratos adolescentes e adultos 32 enquanto algumas estruturas já não vê sigimpairment neuroanatômica signi- 27. Muitos desses déficits -, além de deficiências comportamentais em tarefas dependentes do hipocampo - foram atenuados após a exposição a este paradigma WR-CE 8, 33 ou WR sozinho 25, 31. Embora WR sozinho tem sido amplamente utilizada uma intervenção, a combinação de WR-CE ainda não foi utilizado na literatura, apesar da sua capacidade de manter os benefícios relativamente mais curto prazo de WR 8. Este artigo irá discutir a implementação da intervenção WR-CE durante a adolescência. Embora este paradigma é usado no contexto da exposição precoce álcool pós-natal, que pode ser introduzido para vários modelos de roedores para avaliar o potencial para o cérebro neuroplasticidade nos modelos de perturbações cerebrais.

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Protocol

Declaração de Ética: O protocolo seguinte foi aprovado pelo Comitê Institucional de Animal Care and Use (IACUC) da Universidade de Delaware.

1. Exposição do Desenvolvimento (ou Modelo de Binge-como a exposição ao etanol)

  1. Em PD3, determinar o sexo de cada animal e cross-promover quaisquer animais se necessário para manter o tamanho da leitegada (8 animais) e distribuição por sexo (4 machos: 4 fêmeas) consistente dentro de cada ninhada.
    NOTA: É importante para manter o tamanho da leitegada e distribuição por sexo tão consistente quanto possível, para evitar problemas metodológicos. Embora este protocolo usa 8 filhotes (4 homens e 4 mulheres) por ninhada, os tamanhos da maca alternativos ou distribuições de sexo pode ser adaptado às necessidades do projeto experimental.
  2. Por via subcutânea injetar uma pequena quantidade de tinta preta Índia nas patas para identificar os animais dentro de cada ninhada.
  3. Pseudo-aleatoriamente atribuir ninhadas como experimentais (contendo 50% de controlo da entubado simulada (AE exposta-álcool) e 50% (SI) pups) ou mamar controle (SC) (animais que não sejam objecto de nenhuma intubação, recorte cauda, ​​ou protocolos de separação de PD 4-9, exceto para a pesagem diária e orelha-perfuração).
    1. Para manter o tamanho do grupo consistente, atribuir o dobro de ninhadas experimentais como ninhadas SC.
  4. Pesar cada animal, em seguida, devolvê-lo à sua gaiola. Pesagem de animais deve ocorrer diariamente durante o período de intubação (DP 4-9).
    1. Remova todo o lixo da barragem.
    2. Coloque filhotes na almofada aquecida.
    3. Grave o peso de cada filhote individual.
  5. Em PD4, depois de pesar cada animal calcular a quantidade de álcool necessária para um total de 5,25 g / kg / dia por cada animal (com base no peso das crias a partir do passo 1.4) 8.
    1. Administrar álcool como 11,9% de etanol-em-substituto do leite (vol / vol).
  6. A partir de 09:00, remover um filhotes de maca da mãe de cada vez.
  7. Administrar o etanol-in-leite para cada filhote AE
  8. Sham-entubar cada filhote SI 8.
  9. Repita os passos 1.5. através de 1.8. para cada ninhada experimental.
  10. Duas horas após a primeira dose, repetir o procedimento de dosagem (1,5 passos através de 1,8) para uma segunda dose de álcool.
  11. Uma hora e meia após a segunda dose de álcool (o ponto em que o conteúdo de álcool no sangue diária de pico é alcançada), recolher e sangue centrífuga dos filhotes AE e SI através da cauda de recorte para o futuro de álcool no sangue de análise de conteúdo 35.
    1. Recolha de 60 mL de sangue.
    2. Coloque sangue num tubo de microcentrífuga de 1 mL. sangue centrífuga de 1,5 g durante 25 min.
    3. Recolher cuidadosamente o soro sobrenadante do tubo de centrífuga e poupar para a análise de conteúdo de álcool no sangue futuro.
  12. Repita o procedimento de dosagem (passos 1.5 através de 1.8) usando leite em vez de etanol no leite para evitar déficits nutricionais de incapacidade de enfermagem em AEfilhotes.
    1. Execute um total de 2 doses de leite suplementares 2 h separados no PD 4.
  13. Repita os passos 1.4 a 1.12 (excepto para o passo 1.11) em DP 5-9.
  14. Após a dose de leite suplementar final sobre PD9, orelha perfurar todos os filhotes para a identificação na gaiola CE.
    1. Coordenar ouvido perfurado com alguma medida de número de maca ou identificador (por exemplo, ninhadas ímpares dentro de uma coorte seria obter a sua orelha esquerda perfurada enquanto os animais de ninhadas de número par iria ficar orelha direita perfurada). Isto tornará mais fácil para identificar os animais na gaiola CE deverá vários animais de ninhadas diferentes têm o mesmo padrão pawmark.

2. O desmame

  1. Em PD 23, casa todos os animais em gaiolas de 2-3.
    1. Assegurar que todos os animais alojados na mesma gaiola são do mesmo sexo.
    2. Incluir um SC, um SI, e um animal por gaiola AE quando possível.
    3. Minimize o número de companheiros de gaiola thAT são da mesma ninhada.
    4. Certifique-se de todos os animais são capazes de acesso a alimentos e água.

Corrida 3. Roda

  1. No PD30, destinar metade das gaiolas com animais a WR. Casa estes animais em gaiolas com livre acesso à roda de corrida de aço inoxidável anexado.
    1. Certifique-se de que as rodas têm um contador para avaliar o número total de rotações.
  2. Pesar todos os animais em PD 30 e PD 36.
  3. Verifique o número de voltas de cada roda às 9 da manhã todos os dias.
  4. Deixar os animais em sua respectiva condição de habitação para 12 dias.

4. Complexidade Ambiental

  1. Prepare a gaiola CE, antes de 09:00 no dia que corresponde ao PD 42 para animais experimentais.
    1. Obter um 30 "x 18" x 36 "gaiola de aço galvanizado.
      NOTA: A gaiola deve ter vários níveis, ser capaz de suportar o peso de vários ratos, ser preenchido com padrãoroupa de cama, e tem vários locais para prender garrafas de água e dispensadores de alimentos.
    2. Coloque novela, objetos coloridos de tamanhos variáveis ​​e formas na gaiola.
      1. Coloque 6 grandes brinquedos na gaiola CE. Assegurar que cada brinquedo é grande o suficiente para 3 ou mais ratos para interagir com simultaneamente.
      2. Coloque 6 brinquedos médias na gaiola CE. Assegurar que cada brinquedo é grande o suficiente para 3 - 4 ratos para interagir com simultaneamente.
      3. Coloque um lote (pelo menos 20) de brinquedos mais pequenos na gaiola CE.
      4. Use brinquedos de cores diferentes, formas, tamanho, etc. novidade é crítico para esta intervenção (ver discussão).
    3. Coloque dois pratos de comida em extremidades opostas da gaiola.
    4. Colocar duas garrafas de água em extremidades opostas da gaiola.
  2. Às 9 horas da manhã de PD 42, pesar todos os animais e realocar os animais WR para a gaiola CE. Cada gaiola CE deve conter 9 - 12 animais.
    1. Certifique-se de que nenhum animal têm ambos o mesmo pawmark e orelha-punpadrões ch.
  3. Verifique todos os alimentos e água diariamente.
  4. De dois em dois dias, remover os brinquedos da gaiola CE e substituí-los (de acordo com o passo 4.1.2.).
  5. A cada três dias, limpar a gaiola CE.
    1. Retire os animais da jaula CE e colocá-los em gaiolas de detenção temporária de 2 - 3 animais.
    2. Remover tudo do leito a partir do fundo da gaiola.
    3. Retornam os mesmos brinquedos para a gaiola, a menos que este dia coincide com o cronograma de substituição brinquedo (de acordo com o passo 4.4.).
    4. Substitua toda a comida e água.
    5. Substitua os ratos na gaiola CE.

5. Tissue Collect

NOTA: recolha de tecidos (por exemplo, a perfusão com paraformaldeído) e de armazenamento (por exemplo, congelamento, embebidos em parafina) pode ser realizada com uma variedade de métodos. A seguir irá explicar o processo de perfusão com 4% de paraformaldeído em 0,1 M de solução salina tamponada com fosfato (4% de paraformaldeído em PBS) Solução a 8.

Atenção: O paraformaldeído é cancerígeno e pode também causar irritação da pele, reacção alérgica cutânea ou lesões oculares. Use proteção para os olhos / pele adequado.

  1. Expor um rato de cada vez ao isoflurano para anestesiar levemente o animal.
  2. Injectar por via intraperitoneal a ratos com 2 ml / kg de mistura de cetamina / xilazina (1,5 mL xilazina misturado com 10 mL de cetamina).
    NOTA: A cetamina e xilazina são ambos em concentrações de estoque de 100 mg / mL antes de combinar para mistura de injecção.
  3. Depois de rato não é mais sensível, perfundir o animal com fosfato 0,1 M de solução salina tamponada (PBS; pH = 7,2) seguido por paraformaldeído a 4% em PBS (pH = 7,2).
  4. Remover cérebro e armazenar em paraformaldeído a 4% em PBS a 4 ° C durante 48 h.
  5. Após 2 dias, a transferência de solução de sacarose a 30% adicionado a 4% de paraformaldeído em PBS a 4 ° C.

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Representative Results

A fim de avaliar o efeito da intervenção super, temos de olhar para os efeitos de cada um dos seus elementos constitutivos - WR e CE - em nossas medidas de interesse. As Figuras 1 a 3 (abaixo) apareceu em uma publicação anterior utilizando este paradigma 8. Figura 4 apareceu em uma tese de doutoramento 36. Estes dados ilustram o impacto da WR-CE sobre a neurogênese adulta hipocampal no giro dentado. Todos os gráficos ilustram as médias do grupo, com barras de erro indicando um único erro padrão da média. A Figura 1 demonstra o aumento na proliferação de células após a porção WR da nossa intervenção, o que indica que o componente é WR robusta capaz de aumentar a proliferação celular na DG do hipocampo em desenvolvimento normal, no início de vida forçado, e animais expostos ao álcool. Figura 2demonstra a capacidade da EC para aumentar a sobrevivência de células adultas gerado na DG em animais que foram expostos a stress ou álcool neonatal. A Figura 3 demonstra o aumento em células que se diferenciam num fenótipo neuronal, indicando que o WR-CE pode aumentar a proliferação e sobrevivência de células de grânulos de giro dentado nascidos de adultos em animais submetidos a exposição neonatal ao álcool ou stress intubação, implicando-lo como um agente terapêutico para déficits salvamento na neurogênese adulta do hipocampo. Finalmente, a Figura 4 confirma o efeito WR-CE na plasticidade dendrítica: o comprimento dos dendritos duplacortina-positivo de células de grânulos do giro denteado 'em ratos AE já não é diferente do controlo. Teor de álcool no sangue (TAS) sobre PD 4 foi 321,19 ± 14,03 mg / dl (média ± SEM), comparáveis a outros estudos utilizando este paradigma de exposição 28, 37. Estudos anteriores demonstraram que os animais umaatravessar esses grupos de tratamento não diferem em distâncias executados durante WR 15.

figura 1
Figura 1. WR robustamente aumenta a proliferação celular na DG do hipocampo. As fotomicrografias ilustram diferenças na proliferação celular na DG em PD42 (a cessação do WR) como marcado com bromo-desoxiuridina (BrdU) em animais AE seguintes WR (A) e habitação social (B). WR robustamente aumenta a proliferação de células, independentemente do tratamento neonatal (C). A ANOVA de duas vias revelou um efeito principal da condição de moradia (WR vs. SH) (F 1,40 = 19,703, p <0,001), enquanto nenhum efeito significativo do tratamento pós-natal (SC vs. SI vs. AE) ou interação entre os dois factores foram observadas. As comparações post-hoc foram realizadas como testes de Tukey. Todos os valores represenenviado média ± erro padrão da média (SEM). * P <0,05, #p <0,01. Esta figura foi reproduzida de Hamilton et al. 2012 8. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2
Figura 2. WR Seguido por défices salvamentos CE na sobrevivência das células após a exposição Neonatal álcool ou stress Sham. As fotomicrografias ilustram diferenças de células marcadas com BrdU em animais de AE WR-CE (A) e alojados condições sociais (B) injectados com BrdU em PD41. animais socialmente alojados exibida uma diminuição após a exposição do álcool em relação ao mamar controles. Animais submetidos a tela aumentou as taxas de sobrevivência superintervention WR-CE das células em proliferação após PD41 em ambos os grupos SI e AE (C). A ANOVA de duas vias revelou um efeito principal da condição de moradia (WR vs. SH) (F 1,29 = 11,402, p <0,01) e uma interação significativa entre o tratamento pós-natal e condição de moradia (F 1,29 = 3,870, p < 0,05), enquanto que foi observado nenhum efeito principal significativo do tratamento pós-natal (SC vs vs SI AE). A one-way ANOVA dentro animais SH revelou um efeito principal do tratamento pós-natal (F 1,19 = 3,727, p <0,05), enquanto que um one-way ANOVA dentro animais WREC não revelou diferenças significativas entre os tratamentos pós-natais. As comparações post-hoc foram realizadas como testes de Tukey. Todos os valores representam a média ± SEM. * P <0,05, #p <0,01. Esta figura foi reproduzida de Hamilton et al. 2012 8. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figuré.

Figura 3
Figura 3. WR-CE salvamentos défices na neurogênese após a exposição Neonatal álcool ou stress Sham. Co-localização de BrdU expressão (verde) e NeuN (vermelho) em células granulares do hipocampo. imagens confocal fluorescentes foram adquiridos seguindo os procedimentos de imuno-histoquímica. BrdU foi injectado no tecido PD41 foi recolhido em PD72. Ambos BrdU e NeuN foram observados no DG (A, B). Embora os animais SC não mostraram um aumento significativo no número de proliferação de neurónios, ambos os animais AE e SI mostraram um aumento na neurogénese (como indicado pela dupla marcação com BrdU e NeuN) seguindo o paradigma WR-CE em comparação com animais socialmente alojados (C) . A ANOVA de duas vias revelou um efeito principal da condição de moradia (WR vs. SH) (F 1,28 = 20,48, p <0,001), enquanto não effe principal significativaForam observadas CT de tratamento pós-natal (SC vs vs SI AE) ou a interacção entre os dois factores. As comparações post-hoc foram realizadas como testes de Tukey. Todos os valores representam a média ± SEM. * P <0,05, #p <0,01. Esta figura foi reproduzida de Hamilton et al. 2012 8. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4
Figura 4. Os déficits WR-CE salvamentos em dendríticas Complexidade de células do hipocampo DG grânulo. Sholl análises de cruzamentos dendríticas ilustram efeitos melhoradores da WR-CE sobre a complexidade dendrítica no giro dentado de ratos adultos após a exposição neonatal álcool. Em condições de habitação social, animais AE têm uma diminuição do número de células granulares DG intersecções dendríticos relativos aos animais de controlo (A). Residência em WREC aumenta o número de cruzamentos em animais de EA em relação a controlos socialmente alojados (b). Animais AE criados em nosso paradigma WREC exibir números semelhantes de cruzamentos em relação ao controlo animais alojados em WREC (c). ANOVA de medidas repetidas foram realizados com os dados em cada gráfico. Painel A demonstra um efeito principal do tratamento pós-natal (F 1,11 = 6,265, p = 0,029). Painel b demonstra uma tendência para um efeito principal entre as condições de habitação (F 1,6 = 4.181, p = 0,087). Painel c demonstra nenhuma diferença significativa entre SC e animais AE dentro da condição de moradia WREC. Todas as comparações post hoc foram realizadas como testes de Tukey. Todos os valores representam a média ± SEM. ^ P <0,01, * p <0,05. Esta figura foi reproduzida de Hamilton de 2012 36.pg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

No protocolo anterior, nós demonstramos uma intervenção oportuno resgatar déficits neuroanatómicos após exposição neonatal álcool. Esta intervenção poderá ser usado como um agente terapêutico em outros modelos animais, devido à robustez de cada um dos componentes da intervenção. Actividade cardiovascular voluntária sob a forma de WR foi mostrado para beneficiar várias resultados comportamentais 38, 39 e induzir alterações plásticas funcionais em regiões do cérebro tais como o hipocampo (revisto em 40). Isto é em parte devido a expressão de factores de crescimento e outros mecanismos neuroprotectores no parênquima cerebral em roedores e humanos 21, 41. Completando esses efeitos, CE pode induzir benéfica celular 6, 11, 42, 43, Estrutural e farmacológica 2 12, 44 mudança de roedores.

A fim de WR ser maximamente eficaz neste modelo particular da síndrome humano, é crítica para que os animais tenham acesso voluntário para uma roda de corrida funcional; acesso roda diária deve durar por um longo período de tempo de 45, pelo menos, 10-12 h por dia e de preferência 24 h (foram relatados alguns efeitos adversos da retirada da roda de corrida). Este paradigma WR tem a duração de 12 dias, para permitir a combinação de WR e CE para caber na adolescência e início da idade adulta. A duração, a idade de exposição e modalidade de exercício (entre outros fatores) podem afetar a eficácia do exercício como uma intervenção terapêutica 46, e tais fatores críticos devem ser considerados quando se está planejando implementar este protocolo ou qualquer outro paradigma WREC. Um componente-chave deste paradigma CE é o nãovelty dos vários objetos no ambiente e interação social (revisto em 14, 47). Portanto, é fundamental para os itens neste paradigma a ser substituído a cada 48 h. Com base na necessidade de vários itens, a interação com os itens e sua exploração e interação social, descobrimos que o nosso número de itens exclusivos, frequência de substituição do item, o número de companheiros de gaiola é suficiente para induzir resultados terapêuticos sobre as medidas neuroanatómicos que nós avaliamos. Descobrimos que a exposição contínua por 30 dias é mais adequado para superar os défices induzidos pela exposição ao álcool neonatal do que a interação limitada exposição a um ambiente novo.

O objetivo deste protocolo é a introdução de um paradigma WREC que aborda tanto o exercício cardiovascular e componentes novidade ambientais de intervenção plástico. Por esta razão, iremos abordar a modificação que pode ser feita para o paradigm, mas teria cuidado uso de modificações que podem alterar as formas que os animais interagem dentro do paradigma, bem como as conclusões experimentais que podem ser extraídas. Uma possível alteração seria a introdução de rodas de correr para o meio ambiente CE. Ao fazê-lo, seria difícil determinar as contribuições relativas de cada componente. Seria, adicionalmente, ser difícil assegurar que todos os animais participar em ambas as componentes WR e componentes CE do paradigma como habitação de 8 - 10 animais em conjunto é necessário para CE. No entanto, dado que o acesso de longo prazo para o exercício é fundamental na eficácia desta intervenção 45, novas pesquisas podem abordar a relação óptima de acesso WR ao acesso CE (embora os métodos neste protocolo têm mostrado implicações neuroanatômicos e comportamentais robustos 8, 33) . Modificações itens individuais utilizados dentro do ambiente CE são aceitáveis, mas é critical para os itens a ser interessante, complexo, novela, estimulando e frequentemente atualizado 14.

Este paradigma contém várias limitações inatas em nossas mãos, que devem ser considerados quando se está planejando implementar este "super intervenção". Uma limitação para o componente WR do paradigma é a incapacidade para avaliar a distância percorrida pelos animais individuais. Uma das soluções óbvias e simples seria um invólucro individual dos animais durante o componente WR. No entanto, é necessário salientar que a habitação individual é amplamente aceito como prejudicial para os animais e pode até mesmo neutralizar diretamente os efeitos benéficos da roda de corrida 48. Uma alternativa adicional (embora demorado e imperfeita) seria a gravação de vídeo a roda de corrida em todos os momentos que os animais têm acesso. Isso exigiria um identificador único para cada animal em uma gaiola (por exemplo, pintar as cores originais ou patterns na pele de cada animal) 49. Esta técnica ainda estaria sujeito a fatores de confusão de vários animais que utilizam a roda simultaneamente. Uma dificuldade semelhante carrega a CE em que se torna difícil de alimentos restringir animais individuais (sem limitar o período de tempo de consumo de alimentos). Para reduzir o impacto disso, nós recomendamos habitação na CE para um total de 30 dias, seguido de um paradigma de restrição alimentar imediata. longo período de tempo fora do CE poderia inibir induzida plasticidade que ocorre durante este paradigma.

Como mencionado anteriormente, a importância deste artigo é o de permitir a caracterização consistente do paradigma CE e sua implementação após o exercício cardiovascular na forma de WR. Paradigmas anteriores CE expuseram os animais a uma habitação CE, sem exposição a WR 12, 50, WR interior da gaiola CE, por um curto período de tempo 51ou com animais menos 52, ou os animais foram expostos a um ambiente de CE por um longo período de tempo com menos mudança frequente de elementos de gaiola 13. É provável que os efeitos benéficos da CE requerem a plasticidade induzida a partir de WR numa janela de tempo relevante temporalmente para apresentar beneficio a longo prazo. Desta forma, acreditamos que o acoplamento WR e EC por 12 e 30 dias, respectivamente, permite uma intervenção maximamente benéfica e concisa.

Neste ponto, o uso deste modelo tem sido limitada aos períodos de tempo adolescentes e adultos precoces. Uma análise mais aprofundada da robustez desta intervenção em diferentes estágios, e a ontogenia do benefício neuroplastic deve ser examinado ainda mais no futuro. Além disso, o uso de diferentes déficits de desenvolvimento é muito encorajado, pois isso irá ajudar no desenvolvimento de intervenções terapêuticas eficazes para as pessoas atingidas por tais distúrbios. literatura anterior minimizarammonstrou efeitos independentes da WR ou EC sobre a neurogênese adulta, aprendizagem e memória, ou comportamentos de ansiedade-como em um modelo genético do rato da ansiedade 53. A robustez destas duas intervenções e o efeito sinérgico do CE para sustentar os efeitos de curto prazo de benefícios induzida por WR aumento (ou seja, proliferação de células do hipocampo e neurogénese) deixa bem posicionada para integração em uma variada gama de questões de pesquisa.

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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).

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Corrida roda e complexidade ambiental como uma intervenção terapêutica em um modelo animal de FASD
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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).

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