Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Social isolationsmodel: En ikke-invasiv gnavermodel af stress og 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

Præsenteret her er en social isolation (SI) -induceret angstmusemodel, der bruger vildtype C56BL / 6J mus til at fremkalde stress og angstlignende adfærd med minimal håndtering og ingen invasive procedurer. Denne model afspejler moderne livsmønstre for social isolation og er ideel til at studere angst og relaterede lidelser.

Abstract

Angstlidelser er en af de førende årsager til handicap i USA (USA). Nuværende behandlinger er ikke altid effektive, og mindre end 50% af patienterne opnår fuld remission. Et kritisk skridt i udviklingen af en ny angstdæmpende virkning er at udvikle og udnytte en dyremodel, såsom mus, til at studere patologiske ændringer og teste lægemiddelmål, effektivitet og sikkerhed. Nuværende tilgange omfatter genetisk manipulation, kronisk administration af angstfremkaldende molekyler eller administration af miljøstress. Disse metoder afspejler dog muligvis ikke realistisk angst induceret gennem det daglige liv. Denne protokol beskriver en ny angstmodel, der efterligner de forsætlige eller utilsigtede mønstre af social isolation i det moderne liv. Den sociale isolationsinducerede angstmodel minimerer opfattede distraktioner og invasivitet og bruger vildtype C57BL / 6 mus. I denne protokol er 6- til 8-ugers gamle mus (han og hun) enkeltvis anbragt i uigennemsigtige bure for visuelt at blokere det ydre miljø, såsom nabomus, i 4 uger. Der gives ingen miljøberigelser (såsom legetøj), strøelsesmateriale reduceres med 50%, enhver behandling af lægemiddel administreres som en agarform, og eksponeringen / håndteringen af musene minimeres. Socialt isolerede mus genereret ved hjælp af denne protokol udviser større angstlignende adfærd, aggression samt nedsat kognition.

Introduction

Angstlidelser repræsenterer den største klasse og byrde af psykiske sygdomme i USA (USA), med relaterede årlige omkostninger, der overstiger US $ 42 milliarder 1,2,3. I de senere år har angst og stress øget forekomsten af selvmord og selvmordstanker med over 16%4. Patienter med kroniske sygdomme er særligt sårbare over for utilsigtede sekundære virkninger af psykisk lidelse eller nedsat kognitiv funktion5. Nuværende behandlinger for angst omfatter psykoterapi, medicin eller en kombination af begge6. På trods af denne krise opnår mindre end 50% af patienterne imidlertid fuld remission 6,7. Anxiolytika såsom benzodiazepiner (BZ'er) og selektive serotonin genoptagelseshæmmere (SSRI'er) har betydelige ulemper eller producerer ringe eller ingen umiddelbare virkninger8. Desuden er der en relativ mangel på nye anxiolytika under udvikling, udfordret af den dyre og tidskrævende proces med lægemiddeludvikling 9,10.

Et kritisk skridt i lægemiddeludviklingsprocessen er etablering og anvendelse af en dyremodel, såsom mus, til at studere patologiske ændringer og teste lægemiddelsikkerhed og effektivitet11. Nuværende tilgange til etablering af angstdyrmodeller omfatter 1) genetisk manipulation, såsom at slå serotoninreceptorer (5-HT1A) eller γ-aminosmørsyre A-receptor (GABAAR) α underenheder12; 2) kronisk administration af angstfremkaldende såsom kortikosteron eller lipopolysaccharider (LPS)13,14; eller 3) administration af miljøbelastning, herunder socialt nederlag og moderlig adskillelse15. Disse metoder afspejler muligvis ikke realistisk angst induceret i hele det daglige liv og er derfor muligvis ikke egnede til at undersøge den underliggende mekanisme eller teste nye lægemidler.

Ligesom mennesker er mus og rotter meget sociale væsner16,17,18. Social kontakt og sociale interaktioner er afgørende for optimal hjernesundhed og er afgørende for korrekt neuroudvikling i opdrætsperioden19. Således resulterer moderens adskillelse eller social isolation i opdrætsperioden i mus, der viser mere angst, depression og ændringer i neurotransmission20. Desuden er social pleje eller allogrooming en almindelig form for binding eller trøstende adfærd blandt mus og rotter, der lever sammen21. Socialisering er således en integreret del af gnaverlivet, og isolation påvirker deres helbred negativt.

I denne sammenhæng beskriver den nuværende protokol en ny angstmodel for at efterligne de forsætlige eller utilsigtede mønstre for social isolation i det moderne liv. Denne sociale isolationsmodel (SI) minimerer opfattede distraktioner og invasivitet og bruger voksne vildtype C57BL / 6 mus og Sprague-Dawley (SD) rotter. Protokollen, der præsenteres her, fokuserer på angstmusmodellen baseret på vores offentliggjorte beviser, som viste øget angstlignende adfærd, aggression, nedsat kognition og øget neuroinflammation som følge af social isolation22,23,24. Angstlignende adfærd bekræftes af de forhøjede plus labyrint (EPM) og open field (OF) tests, mens kognitiv funktion måles ved test af ny objektgenkendelse (NOR) og ny kontekstgenkendelse (NCR). Denne model er nyttig til at undersøge angst og relaterede lidelser, men kan også tilpasses eller modificeres for at studere den naturlige progression og udvikling af mild kognitiv svækkelse samt metaboliske ændringer på grund af stress.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle dyreforsøg udføres i henhold til de protokoller, der er godkendt af University of Southern California (USC) Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC), og alle metoder udføres i overensstemmelse med relevante retningslinjer, regler og anbefalinger.

1. Dyr

  1. Få godkendelse fra relevante dyreplejeudvalg til undersøgelsen.
  2. Vivarium indstilles til en 12 timers mørk lyscyklus med kontrolleret temperatur og fugtighed mellem henholdsvis 24 ± 2 °C og 50 %-60 %.
  3. Få han- og/eller hun-vildtype C57BL/6-mus i alderen 6-8 uger. Efter stratificering af dyrene efter køn skal du tilfældigt tildele dem til en af følgende grupper: 1) gruppehus med køretøjsbehandling; 2) gruppehus med stofbehandling 3) social isolation med køretøjsbehandling eller 4) social isolation med stofbehandling. Sigt efter mindst fire mus pr. gruppe pr. køn (ideelt set seks mus pr. gruppe).
  4. Ved ankomsten af musene akklimatiserer dem til vivarium i mindst 24 timer. Musene skal ankomme enkeltopstaldet.

2. Opsætning af bur

  1. For sociale isolationsdyr skal du tage et standard musebur (75 i 2 gulvplads) og tilføje halvdelen af mængden af strøelse og et 1 i2 stykke bomuld (eller tilsvarende) til nesting.
  2. Pak burenes ydervægge ind i uigennemsigtige, sorte plastikposer (eller tilsvarende) og fastgør dem med tape. Sørg for, at musene ikke kan se det ydre miljø eller de omkringliggende dyr.
    1. Lad toppen og bunden af buret være uindpakket, medmindre musene kan se nabodyr gennem dem.
    2. Ved indpakning skal du sikre dig, at der ikke er noget segment af posen tilgængeligt fra indersiden af buret. Dette er for at forhindre dyret i at rive posen fra hinanden.
    3. Medtag ikke nogen form for miljøberigelse, såsom legetøj eller løbehjul.
  3. Placer forsigtigt og forsigtigt musene i de forberedte bur. Sørg for mad og vand ad libitum.
  4. Huskontrolmus i grupper på to eller tre under normale burforhold (dvs. i et standard musebur [75 i 2 gulvplads], en fuld mængde strøelse, en 2 i2 stykker bomuld eller tilsvarende til nesting og ingen indpakning af uigennemsigtige poser).
    1. Sørg for, at de gruppehusede mus er kompatible med hinanden (dvs. der er ingen kampe / konflikter mellem dem). Hvis der opstår konflikt, skal du fjerne aggressoren og udelukke fra analysen.
    2. Adskil han- og hunmus, der huser, og hold afstand mellem hanner og hunner for at undgå muligheden for at påvirke de endokrine niveauændringer hos hunmus på grund af deres evne til at lugte.

3. Pleje og behandling i den sociale isolationsperiode

  1. Forstyr musene så minimalt som muligt i den sociale isolationsperiode. Udfør alle procedurer og aktiviteter, såsom burskift og behandlingsadministration, i deres aktive periode (dvs. under den mørke cyklus) og under minimale støjforstyrrelser.
  2. Skift burene kun en gang om ugen i den mørke cyklus. Den samme plastikpose kan fjernes og pakkes ind igen til nye bure, medmindre der er betydelig skade.
    1. For kontrol (gruppehusede) mus skal du skifte burene to gange om ugen eller mere efter behov i den mørke cyklus.
  3. Sørg for, at musene har masser af vand og mad til at vare mindst 1 uge.
  4. Fortsæt med at isolere (eller gruppere) musene i mindst 4 uger for at se optimale resultater.

4. Agar stof / behandlingspræparat - en ikke-invasiv lægemiddelbehandling

  1. Hvis behandlinger (f.eks. lægemidler under undersøgelse) er involveret i undersøgelsen, skal du ideelt administrere behandlingen med så lidt håndtering som muligt ved at anvende agarformer. Ruter som injektion og oral sonde påfører musene yderligere stress, der kan blive en forvirrende faktor for angst.
  2. Juster timingen og hyppigheden af behandlingen baseret på arten af det anvendte lægemiddel.
    BEMÆRK: I denne undersøgelse blev 2 mg/kg dihydromyricetin (DHM, [(2R,3R)-3,5,7-trihydroxy-2-(3,4,5-trihydroxyphenyl)-2,3-dihydrochromen-4-one]) anvendt som behandling. DHM blev administreret dagligt i en enkelt dosis i den mørke fase af de sidste 2 uger af isolationsperioden (eller gruppehuset).
  3. For at forberede behandlingen tilsættes 3% (w / v) agar i deioniseret (DI) vand og varme til ~ 90 ° C for at opløse. Løsningen bobler. Undgå spild eller kogning over.
    BEMÆRK: Opvarm opløsningen i en glaskolbe via korte 10 s intervaller af mikrobølgeovn.
    FORSIGTIG: Glasvarerne bliver varme. Brug passende personlige værnemidler (PPE), når du håndterer opløsningen.
  4. Hvirvl opløsningen og visuelt sikre en homogen opløsning.
    BEMÆRK: Opløsningen skal være gennemskinnelig og lysegul til lysebrun i farven.
  5. Mens opløsningen stadig er varm, tilsættes 5% (w/v) saccharose og den ønskede dosis behandling. Tilsæt kun saccharose og tilføj ikke behandlingen af interesse til køretøjets kontrol.
  6. Hvirvl opløsningen og visuelt sikre en homogen opløsning. Hæld derefter opløsningen i en form og lad afkøle ved stuetemperatur for at størkne. Hvis behandlingen er lysfølsom, skal du sørge for at beskytte den mod lys.
    BEMÆRK: Opløsningen skal være lidt tyktflydende.
  7. Når agaren er størknet, skæres den i terninger på 0,5 cm x 0,5 cm og opbevares ved 4 °C indtil administration.
  8. For at administrere behandlingen skal du placere en enkelt terning på en lille vejebåd. I den mørke fase af den lyse-mørke cyklus skal du stille og forsigtigt placere agar-vejebåden i individuelle bure uden at røre musen. Lad musen forbruge agaren.
    BEMÆRK: Mus bruger typisk 15-45 minutter på helt at indtage agaren.
  9. Bekræft fuldstændigt forbrug af agar og fjern derefter forsigtigt vejebåden fra buret. Gentag efter behov.
  10. Forbered agar terninger ugentligt for at holde sig friske og undgå forurening.

5. Adfærdsanalyse

  1. Udfør adfærdstest 24 timer efter den sidste dag i den 4 ugers (eller mere) isolationsperiode. Udfør test i den mørke fase under indirekte rød belysning og optag med et videokamera.
  2. Arranger mindst tre personer til at udføre manuel offline scoring på en dobbeltblindet måde for at minimere bias og fejl.
  3. Forhøjet plus labyrint (EPM)
    1. Forbered EPM-apparatet. Apparatet, der blev anvendt i denne protokol, blev opnået kommercielt (se Materialetabel) og lavet af uigennemsigtig plast med to åbne arme og to lukkede arme (33 cm x 5 cm hver, åbne arme vinkelret på de lukkede arme) med en centerplatform på 5 cm x 5 cm. Løft apparatet 50 cm over gulvet.
    2. Placer dyret på midten af apparatet, der vender mod en åben arm. Lad dyret udforske i 5 minutter og optage deres aktivitet ved hjælp af et videokamera.
      1. Rengør apparatet efter hvert dyr ved grundigt at tørre alle overflader med desinfektionsmiddel (70% ethylalkohol). Sørg for, at alle gnaverdråber tørres af.
    3. Scor musenes adfærd offline baseret på tid brugt i åbne arme, lukkede arme og centerplatformen ved hjælp af et stopur. Start stopuret, når musen placerer mindst tre poter i den respektive arm eller platform.
  4. Test af åbent felt (OF)
    1. Forbered AF-apparatet. Apparatet, der blev anvendt i denne protokol (se Materialetabel), var fremstillet af uigennemsigtig plast, der måler 50 cm x 50 cm x 38 cm (længde x bredde x højde).
    2. Tegn firkantede gitre (10 cm x 10 cm hver) på marken til i alt 25 gitre.
    3. Placer dyret på midten af marken og lad det udforske i 10 minutter. Optag deres aktivitet på et videokamera.
      1. Rengør apparatet efter hvert dyr ved grundigt at tørre hele overfladen af med desinfektionsmiddel (70% ethylalkohol). Sørg for, at alle gnaverdråber tørres af.
    4. Scor musenes adfærd offline baseret på den tid, der bruges i den centrale zone, tid brugt i hjørnerne, den samlede tilbagelagte afstand og antallet af gange, musen opdrættede.
      1. Brug et stopur til at registrere den tid, der bruges i midten eller hjørnet. Start stopuret, når musen placerer mindst tre poter i det respektive område.
      2. Brug en tæller til at registrere den tilbagelagte afstand og hyppigheden af opdræt. Tæl antallet af firkanter, musen indtaster (når musen placerer mindst tre poter i firkanten). Tæl opdræt, når musen tydeligt står op på bagpoterne. Tæl ikke, når musen står op og læner sig mod væggene, eller når den står op for at pleje.
  5. Test af ny objektgenkendelse (NOR)
    1. Udfør denne test over 3 dage. På dag 1 skal du forberede et åbent feltapparat på 50 cm x 50 cm x 38 cm (længde x bredde x højde). Placer dyret i midten af det åbne felt og lad det gøre det bekendt i 5 minutter. Placer derefter dyret tilbage i sit hjemmebur.
      1. Rengør apparatet efter hvert dyr ved grundigt at tørre alle overflader med desinfektionsmiddel (70% ethylalkohol). Sørg for, at alle gnaverdråber tørres af.
    2. På dag 2 skal du forberede det samme åbne feltapparat og placere to identiske genstande, såsom en lille terning. Placer dem symmetrisk med ca. 20 cm mellemrum. Placer dyret i midten af apparatet og lad det udforske i 5 minutter. Placer derefter dyret tilbage i sit hjemmebur.
      1. Rengør apparatet efter hvert dyr ved grundigt at tørre alle overflader med desinfektionsmiddel (70% ethylalkohol). Sørg for, at alle gnaverdråber tørres af.
    3. På dag 3 skal du forberede det samme åbne feltapparat og et af objekterne fra dag 2 (dvs. lille terning), som fungerer som det velkendte objekt. Placer et andet, forskelligt nyt objekt, såsom en træpyramide, symmetrisk fra det velkendte objekt omkring 20 cm fra hinanden. Lad dyret udforske i 3 minutter og optage deres aktivitet på et videokamera.
      1. Rengør apparatet efter hvert dyr ved grundigt at tørre alle overflader med desinfektionsmiddel (70% ethylalkohol). Sørg for, at alle gnaverdråber tørres af.
    4. Scor musenes adfærd offline baseret på den tid, der bruges på at udforske det velkendte objekt og det nye objekt. Beregn objektgenkendelsesindekset (ORI%), hvor Equation 1; tf og tn repræsenterer tidspunkterne for udforskning af henholdsvis de velkendte og nye objekter.
  6. Test af ny kontekstgenkendelse (NCR)
    1. Udfør denne test over 2 dage. Forbered to tydeligt formede åbne felter og to par tydeligt formede objekter. OF-apparatet kan bruges som en af konteksterne (åbent felt). Den anden sammenhæng skal være af samme størrelse, men forskellig form, såsom et rundt åbent felt.
    2. På dag 1 skal du placere et par identiske objekter (dvs. to terninger) i den firkantede kontekst og det andet par identiske objekter (dvs. to pyramider) i den runde kontekst. Objekter skal placeres symmetrisk 15-20 cm fra hinanden.
    3. Placer dyret i midten og lad det udforske i 5 minutter i en sammenhæng. Gentag i den anden sammenhæng. Placer derefter dyret tilbage i sit hjemmebur.
      1. Rengør apparatet efter hvert dyr ved grundigt at tørre alle overflader med desinfektionsmiddel (70% ethylalkohol). Sørg for, at alle gnaverdråber tørres af.
    4. På dag 2 skal du bytte et af objekterne fra den ene kontekst med den anden (dvs. placere en terning og en pyramide i den firkantede kontekst og en terning og en pyramide i den runde kontekst).
    5. Placer dyret i midten og lad det udforske i 3 min. Optag deres aktivitet på et videokamera. Dyrene behøver ikke at blive registreret i begge sammenhænge.
      1. Rengør apparatet efter hvert dyr ved grundigt at tørre alle overflader med desinfektionsmiddel (70% ethylalkohol). Sørg for, at alle gnaverdråber tørres af.
    6. Scor musenes adfærd offline baseret på den tid, der bruges på at udforske de forskellige objekter. Beregn genkendelsesindekset (RI%) som andelen af tid brugt på at undersøge det nye "ude af kontekst" objekt (dvs. pyramiden i den firkantede kontekst) versus det velkendte "in-context" objekt (dvs. terningen i den firkantede kontekst). Equation 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Alle repræsentative resultater og tal blev ændret fra vores seneste publikationer22,23. For at evaluere virkningerne af social isolation på angst og sonderende adfærd blev EPM- og OF-test udført 24 timer efter slutdatoen for den 4 ugers sociale isolationsperiode. Socialt isolerede mus brugte signifikant mindre tid i den åbne arm (1,28 ± 0,17 min) sammenlignet med kontrollen (2,31 ± 0,27 min) og en signifikant længere tid i den lukkede arm (3,31 ± 0,27 min) sammenlignet med kontrollen (2,24 ± 0,31 min) (figur 1). Ligeledes rejste socialt isolerede mus i OF-testen mindre (2.176 ± 146 cm vs. kontrol [2.765 ± 161 cm]), opdrættede mindre (28,25 ± 2,07 vs. kontrol [46,63 ± 1,52]), brugte mere tid i hjørnerne (73,00 ± 4,31 s vs. kontrol [28,25 ± 2,07 s]) og tilbragte mindre tid i det centrale område (7,63 ± 0,86 s vs. kontrol [19,63 ± 0,71 s]), indikerer forbedret angstlignende adfærd (figur 2).

Desuden blev virkningerne af social isolation på kognition vurderet, da angstlidelser typisk også viser symptomer på kognitiv svækkelse, såsom hukommelsestab og koncentrationsbesvær25,26. To tests blev brugt: ny objektgenkendelse (NOR) og ny kontekstgenkendelse (NCR), som beskrevet tidligere23, for at vurdere musenes evne til at genkende nye objekter under lignende kontekst (NOR) og ny kontekst med lignende objekter (NCR). Socialt isolerede mus viste både reduceret ny objektgenkendelse (55,3 ± 4,1% vs. kontrol [66,3 ± 4,7%]) (figur 3A) samt reduceret ny kontekstgenkendelse (51,5 ± 6,5% vs. kontrol [68,6 ± 2,8%]), hvilket tyder på kognitiv svækkelse (figur 3B).

Figure 1
Figur 1: Ændringer i angstlignende adfærd målt ved den forhøjede pluslabyrint (EPM). Tid brugt i (A) åben arm og (B) lukket arm på EPM-apparatet. Data repræsenteret som middel ± SEM. Envejs ANOVA efterfulgt af flere sammenligninger, Holm-Sidak-metoden. N = 11 pr. gruppe. * p ≤ 0,05. Dette tal er blevet ændret fra Al Omran et al.22 (åben adgang under en Creative Commons Attribution 4.0 International License). Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 2
Figur 2: Ændringer i angstlignende adfærd og bevægelsesaktivitet målt ved open field (OF) testen. Data vist som (A) samlet tilbagelagt afstand, (B) antal gange musene opdrættede, (C) samlet tid brugt i hjørnet og (D) samlet tid brugt i midten af OF-apparatet. Data repræsenteret som middel ± SEM. Envejs ANOVA efterfulgt af flere sammenligninger, Holm-Sidak-metoden. N = 11 pr. gruppe. * s≤ 0,05. Dette tal er blevet ændret fra Al Omran et al.22 (åben adgang under en Creative Commons Attribution 4.0 International License). Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 3
Figur 3: Ændringer i kognition målt ved test af ny objektgenkendelse (NOR) og ny kontekstgenkendelse (NCR). (A) ORI = objektgenkendelsesindeks. (B) RI = (ny kontekst) genkendelsesindeks. Data repræsenteret som middel ± SEM. Envejs ANOVA efterfulgt af flere sammenligninger, Holm-Sidak-metoden. N = 9 pr. gruppe. * p ≤ 0,05. Dette tal er blevet ændret fra Watanabe et al.23 (åben adgang under en Creative Commons Attribution 4.0 International License). Klik her for at se en større version af denne figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Kritiske trin i protokollen omfatter korrekt opsætning af de sociale isolationsbure (dvs. indpakning af uigennemsigtige poser og reduktion af mængden af strøelse), minimering af håndtering og forstyrrelse af mus i hele isolationsperioden og sikring af, at musene får og indtager agar med lægemiddel fuldstændigt. Det er afgørende, at vivarium- eller boligtilstanden opretholdes ved konstant temperatur og fugtighed samt minimerede eksterne interferenser. Der bør gøres en betydelig indsats for at reducere så mange af disse forstyrrende faktorer som muligt, herunder, men ikke begrænset til, støjforstyrrelser (f.eks. samtaler, udstyrsstøj osv.), overhåndtering og forstyrrelse af dyrene i lysfasen af mørkelyscyklussen. Den tid, det tager at skifte bur, genopfylde mad og / eller vand, give behandling og alle andre funktioner i isolationsperioden, bør også minimeres. Selvom det er sjældent, har vi tidligere observeret kampe blandt gruppehusede hanmus. For de gruppehusede mus (kontrol eller lignende) er der således behov for omhyggelig observation for at sikre, at der ikke er konflikter mellem musene, da dette ville indgå som en anden confounder af angst eller stress. I tilfælde af at der opstår kampe, skal den mistænkte aggressor byttes med en anden gruppe-husede modpart og fortsat observeres. Hvis aggressoren fortsætter med at skabe konflikter, foreslås det at udelukke aggressoren såvel som mus, der har lidt skader fra aggressoren fra undersøgelsen.

Den beskrevne protokol anbefaler 4 ugers isolation, men denne tidsramme kan øges. Den længste periode med social isolation, som vi har udført, er 8 uger, og vi har også udført gentagen social isolation (isolation, gruppehus, genisolation) som en model for akkumuleret angst / stress. Tidspunktet for og længden af disse isolationsperioder kan ændres, så de passer til eksperimentelle behov eller formål. Det anbefales dog ikke at reducere isolationsperioden til mindre end 4 uger, da det måske ikke er nok tid for musene at udvise angstlignende adfærd eller hjernepatologiske ændringer. Tidspunktet og hyppigheden af behandlingen/behandlingerne kan også ændres.

Med hensyn til eksisterende metoder til etablering af angstdyrmodeller har denne model flere fordele. For det første kræver det ikke omfattende fænotypeselektion (selektiv avl) eller genetisk manipulation, såsom at slå ud eller dæmpe receptorer i hjernen. Mens genetisk modificerede mus er nyttige til at undersøge modtagelige gener, kan de ikke helt fange angstpatogenese12. Endvidere kan gen knockouts være dødelige eller undlade nøjagtigt at efterligne angst observeret hos mennesker27. Genmanipulation tager tid og kræfter, hvilket kræver embryonal stamcelleekstraktion, DNA-injektion, dyrkning, implantation i livmoderen og opdræt27. Derudover afspejler disse genetiske dyr muligvis ikke virkelig lægemiddeleffekter til udvikling af lægemidler. Denne sociale isolationsmodel, selvom den kræver mindst 4 ugers isolation, er fordelagtig med hensyn til tid, kræfter og pålidelighed. For det andet behøver musene ikke at blive kronisk administreret med angstfremkaldende som kortikosteron eller lipopolysaccharider (LPS)13,14. Der er ikke behov for efterforskere at gennemgå daglige injektionsprocedurer, og den sociale isolationsmodel afspejler mere præcist angst hos mennesker, da de fleste individer ikke modtager daglige injektioner for at opleve angst. Endelig behøver mus ikke at være konditionerede (såsom i sociale nederlagsparadigmer), hvilket tager tid og muligvis ikke genererer reproducerbare niveauer af angst (dvs. betydelig variation blandt mus)15.

Mange af de aktuelt tilgængelige sociale isolationsmodeller begynder isolationsperioden i tidlig udvikling, mellem neonatal til ungdoms- og ungdomsperioder. Sådanne isolationsmodeller i det tidlige liv fremkalder depressiv og angstlignende adfærd, social undgåelsesadfærd og andre neuropsykiatriske symptomer, der afspejler angstlidelser, depression, autisme og relaterede psykiske lidelser28. Mens den tidlige sociale isolationsmetode er veletableret og almindeligt anvendt, afspejler den ikke helt udviklingen af psykiske lidelser, da ikke alle individer oplever moderlig adskillelse (social isolation) i løbet af deres ungdomsår29. Desuden varierer deres virkninger afhængigt af art, stamme, køn og hyppighed/varighed af isolationen28. For eksempel har nogle undersøgelser fundet social isolation efter fravænning for at øge aggressiv adfærd hos C57BL / 6J-mus, mens andre kun har vist en lille eller ingen effekt28. Denne variation skyldes sandsynligvis små forskelle i isolationsperiodens hyppighed, varighed eller boligopsætning. En anden undersøgelse med mus i voksen- eller senlivsstadiet fandt social isolation for at øge hyperaktiviteten uden tilsyneladende depressiv eller angstlignende adfærd30. Disse mus kunne ikke se nabomus, svarende til vores model, men brugte kvindelige F1 hybrid C57BL / 6J x 129S6 / SvEvTac mus30, hvilket tyder på variabiliteten mellem stammer og køn. Denne undersøgelse håber at minimere disse variationer ved at foreslå en konsekvent metode.

En ulempe ved denne teknik er, at lydfaktoren ikke elimineres. Fordi burene ikke er lydisolerede, er dyrene stadig i stand til at høre hinanden og er derfor muligvis ikke i absolut isolation. Det kan være af interesse at indarbejde et lydisoleret bur i protokollen og undersøge virkningerne af auditiv isolation på angst og kognition. Med henblik på denne model er imidlertid kun visuelle sanser og interaktioner blokeret, da denne model ikke er en sensorisk deprivationsmodel, men snarere en model til at forbyde ansigt til ansigt social interaktion. Modellen har til hensigt at efterligne de personlige sociale interaktioner, da auditiv stimulus typisk er til stede i menneskelivet. En anden ulempe er, at denne protokol kun er blevet testet i C57BL/6 mus og Sprague Dawley rotter. Som tidligere nævnt kan virkningerne af social isolation variere afhængigt af art og stamme. Selvom reproducerbarheden af denne protokol i andre gnaverarter / stammer ikke kan garanteres, kan det bekræftes, at denne model konsekvent kan genskabes i disse to dyr.

Da dyrene udviste nedsat kognition og hukommelse, kan denne model udvikles som en mild kognitiv svækkelsesmodel. Selvom der er behov for yderligere optimering, kan modellen være nyttig til at undersøge mekanismen for social isolationsinduceret kognitiv svækkelse, måske fra akkumulerede episoder af stress og angst. Modellen kan også bruges til at studere effekten af senere liv social isolation på social adfærd, aggression eller vold.

Samlet set kan den sociale isolationsinducerede angstmusemodel anvendes til at undersøge angst og relaterede lidelser på en ikke-invasiv, minimalt håndteret måde og sigter mod nøjagtigt at efterligne angst induceret af social isolation og ensomhed.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen interessekonflikter.

Acknowledgments

Dette arbejde blev finansieret af National Institute of Health-bevillingen AA17991 (til J.L.), Carefree Biotechnology Foundation (til J.L.), University of Southern California (USC), USC Graduate School Travel / Research Award (til S.W.) Saudi-Arabien Cultural Mission Scholarship (til AAO) og Army Health Professions Scholarship Program (til ASS).

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

Neurovidenskab udgave 189
Social isolationsmodel: En ikke-invasiv gnavermodel af stress og 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