Waiting
Traitement de la connexion…

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

Neuroscience

Sosial isolasjonsmodell: En ikke-invasiv gnagermodell for 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

Presentert her er en sosial isolasjon (SI) -indusert angstmusmodell som bruker villtype C56BL / 6J-mus for å indusere stress og angstlignende oppførsel med minimal håndtering og ingen invasive prosedyrer. Denne modellen gjenspeiler moderne livsmønstre av sosial isolasjon og er ideell for å studere angst og relaterte lidelser.

Abstract

Angstlidelser er en av de viktigste årsakene til funksjonshemming i USA (US). Nåværende behandlinger er ikke alltid effektive, og mindre enn 50% av pasientene oppnår full remisjon. Et kritisk skritt i å utvikle en ny anxiolytisk er å utvikle og utnytte en dyremodell, for eksempel mus, for å studere patologiske endringer og teste legemiddelmål, effekt og sikkerhet. Nåværende tilnærminger inkluderer genetisk manipulasjon, kronisk administrering av angstfremkallende molekyler eller administrering av miljøstress. Disse metodene kan imidlertid ikke realistisk reflektere angst indusert gjennom dagliglivet. Denne protokollen beskriver en ny angstmodell, som etterligner de forsettlige eller utilsiktede mønstrene av sosial isolasjon i det moderne liv. Den sosiale isolasjonsinduserte angstmodellen minimerer oppfattede distraksjoner og invasivitet og bruker villtype C57BL / 6 mus. I denne protokollen er 6- til 8 uker gamle mus (mann og kvinne) enkeltvis plassert i ugjennomsiktige bur for å visuelt blokkere det ytre miljøet, for eksempel nabomus, i 4 uker. Ingen miljøberikelser (for eksempel leker) er gitt, sengetøymateriale reduseres med 50%, enhver behandling av stoffet administreres som en agarform, og eksponeringen / håndteringen av musene minimeres. Sosialt isolerte mus generert ved hjelp av denne protokollen viser større angstlignende oppførsel, aggresjon, samt redusert kognisjon.

Introduction

Angstlidelser representerer den største klassen og byrden av psykiske lidelser i USA (USA), med relaterte årlige kostnader som overstiger US $ 42 milliarder 1,2,3. De siste årene har angst og stress økt forekomsten av selvmord og selvmordstanker med over 16%4. Pasienter med kroniske sykdommer er spesielt sårbare for utilsiktede sekundære effekter av psykiske plager eller redusert kognitiv funksjon5. Nåværende behandlinger for angst inkluderer psykoterapi, medisiner eller en kombinasjon av begge6. Til tross for denne krisen oppnår mindre enn 50% av pasientene full remisjon 6,7. Anxiolytika som benzodiazepiner (BZ) og selektive serotoninreopptakshemmere (SSRI) har betydelige ulemper eller gir liten eller ingen umiddelbare effekter8. Videre er det en relativ mangel på nye anxiolytika under utvikling, utfordret av den kostbare og tidkrevende prosessen med narkotikautvikling 9,10.

Et kritisk skritt i legemiddelutviklingsprosessen er etablering og bruk av en dyremodell, for eksempel mus, for å studere patologiske endringer og teste legemiddelsikkerhet og effekt11. Nåværende tilnærminger til å etablere angstdyrmodeller inkluderer 1) genetisk manipulasjon, for eksempel å slå ut serotoninreseptorer (5-HT1A) eller γ-aminosmørsyre A-reseptor (GABAAR) α underenheter12; 2) kronisk administrering av angstinduktorer som kortikosteron eller lipopolysakkarider (LPS)13,14; eller 3) administrere miljøbelastning, inkludert sosialt nederlag og mors separasjon15. Disse metodene kan imidlertid ikke realistisk gjenspeile angst indusert gjennom dagliglivet, og kan derfor ikke være egnet til å undersøke den underliggende mekanismen eller teste nye stoffer.

Som mennesker er mus og rotter svært sosiale skapninger16,17,18. Sosial kontakt og sosiale interaksjoner er avgjørende for optimal hjernehelse og er avgjørende for riktig nevroutvikling i oppdrettsperioden19. Dermed resulterer mors separasjon eller sosial isolasjon i oppdrettsperioden i mus som viser mer angst, depresjon og endringer i nevrotransmisjon20. Videre er sosial grooming eller allogrooming en vanlig form for binding eller trøstende oppførsel blant mus og rotter som bor sammen21. Dermed er sosialisering en integrert del av gnagerlivet, og isolasjon påvirker helsen negativt.

I denne sammenheng beskriver den nåværende protokollen en ny angstmodell for å etterligne de forsettlige eller utilsiktede mønstrene for sosial isolasjon i det moderne liv. Denne sosiale isolasjonsmodellen (SI) minimerer oppfattede distraksjoner og invasivitet og bruker voksne villtype C57BL / 6 mus og Sprague-Dawley (SD) rotter. Protokollen som presenteres her fokuserer på angstmusmodellen basert på vårt publiserte bevis, som viste økt angstlignende oppførsel, aggresjon, redusert kognisjon og økt nevroinflammasjon som følge av sosial isolasjon22,23,24. Angstlignende atferd bekreftes av de forhøyede pluss labyrint (EPM) og åpne felt (OF) testene, mens kognitiv funksjon måles ved nye objektgjenkjenning (NOR) og nye kontekstgjenkjenningstester (NCR). Denne modellen er nyttig for å undersøke angst og relaterte lidelser, men kan også tilpasses eller modifiseres for å studere den naturlige progresjonen og utviklingen av mild kognitiv svekkelse samt metabolske endringer på grunn av stress.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle dyreforsøk utføres i henhold til protokollene godkjent av University of Southern California (USC) Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC), og alle metoder utføres i samsvar med relevante retningslinjer, forskrifter og anbefalinger.

1. Dyr

  1. Få godkjenning fra passende dyrepleiekomiteer for studien.
  2. Sett vivariumet til en mørk lys 12 timers syklus med kontrollert temperatur og fuktighet mellom henholdsvis 24 ± 2 °C og 50% -60%.
  3. Få mannlige og / eller kvinnelige villtype C57BL / 6 mus i alderen 6-8 uker. Etter å ha stratifisert dyrene etter kjønn, tilordne dem tilfeldig til en av følgende grupper: 1) gruppehus med kjøretøybehandling; 2) gruppehus med narkotikabehandling; 3) sosial isolasjon med kjøretøybehandling; eller 4) sosial isolasjon med narkotikabehandling. Sikt på minst fire mus per gruppe per kjønn (ideelt sett seks mus per gruppe).
  4. Ved ankomst av musene, akklimatiserer dem til vivariumet i minst 24 timer. Musene skal ankomme enkeltvis.

2. Oppsett av bur

  1. For sosiale isolasjonsdyr, ta et standard musebur (75 i 2 gulvplass) og legg til halvparten av mengden sengetøy og et 1 i2 stykke bomull (eller tilsvarende) for hekking.
  2. Pakk inn burets yttervegger i ugjennomsiktige, svarte plastposer (eller tilsvarende) og fest med tape. Pass på at musene ikke kan se utemiljøet eller dyrene rundt.
    1. La toppen og bunnen av buret være pakket ut, med mindre musene kan se nabodyr gjennom dem.
    2. Når du pakker inn, må du sørge for at ingen segment av posen er tilgjengelig fra innsiden av buret. Dette er for å forhindre at dyret posen fra hverandre.
    3. Ikke inkluder noen form for miljøberikelse, for eksempel leker eller løpehjul.
  3. Legg musene forsiktig og forsiktig i de forberedte burene. Gi mat og vann ad libitum.
  4. Huskontrollmus i grupper på to eller tre under normale oppsamlingsforhold (dvs. i et standard musebur [75 i 2 gulvplass], en full mengde sengetøy, en 2 i2 stykke bomull eller tilsvarende for hekking, og ingen innpakning av ugjennomsiktige poser).
    1. Forsikre deg om at musene i gruppehuset er kompatible med hverandre (dvs. det er ingen kamper / konflikter mellom dem). Hvis det oppstår en konflikt, fjerner du aggressoren og ekskluderer fra analysen.
    2. Skill mannlige og kvinnelige mus og hold avstand mellom hannene og hunnene for å unngå muligheten for å påvirke de endokrine nivåendringene hos hunnmus på grunn av deres evne til å lukte.

3. Omsorg og behandling i den sosiale isolasjonsperioden

  1. Forstyrr musene så minimalt som mulig i løpet av den sosiale isolasjonsperioden. Utfør eventuelle prosedyrer og aktiviteter, for eksempel burskift og behandlingsadministrasjon, i løpet av den aktive perioden (dvs. under den mørke syklusen) og under minimale støyforstyrrelser.
  2. Bytt burene bare en gang i uken i løpet av den mørke syklusen. Den samme plastposen kan fjernes og pakkes inn til nye bur, med mindre det er betydelig skade.
    1. For kontroll (gruppehus) mus, bytt burene to ganger i uken eller mer etter behov under den mørke syklusen.
  3. Sørg for at musene har rikelig med vann og mat for å vare minst 1 uke.
  4. Fortsett å isolere (eller gruppehus) musene i minst 4 uker for å se optimale resultater.

4. Agar narkotika / behandling forberedelse-en ikke-invasiv medikamentell behandling

  1. Hvis behandlinger (f.eks. Legemidler under utredning) er involvert i studien, bør behandlingen ideelt sett administreres med så lite håndtering som mulig, ved å bruke agarformer. Ruter som injeksjon og oral gavage påfører musene ekstra stress som kan bli en forvirrende faktor for angst.
  2. Juster tidspunktet og hyppigheten av behandlingen basert på arten av stoffet som brukes.
    MERK: I denne studien ble 2 mg/kg dihydromyricetin (DHM, [(2R,3R)-3,5,7-trihydroksy-2-(3,4,5-trihydroksyfenyl)-2,3-dihydrokromen-4-en]) brukt som behandling. DHM ble administrert daglig, i en enkelt dose, i den mørke fasen av de siste 2 ukene av isolasjonsperioden (eller gruppehuset).
  3. For å forberede behandlingen, tilsett 3% (w / v) agar i avionisert (DI) vann og varme til ~ 90 ° C for å oppløse. Løsningen vil boble. Forhindre søl eller koking over.
    MERK: Varm opp oppløsningen i en glassflaske via korte intervaller på 10 s mikrobølgeovn.
    FORSIKTIG: Glasset vil være varmt. Bruk egnet personlig verneutstyr (PPE) når du håndterer løsningen.
  4. Virvle løsningen og visuelt sikre en homogen løsning.
    MERK: Løsningen skal være gjennomsiktig og lysegul til lysebrun i fargen.
  5. Mens oppløsningen fortsatt er varm, tilsett 5 % (w/v) sukrose og ønsket behandlingsdose. Bare legg til sukrose og ikke legg til behandling av interesse for kjøretøykontrollen.
  6. Virvle løsningen og visuelt sikre en homogen løsning. Hell deretter løsningen i en form og la avkjøles ved romtemperatur for å størkne. Hvis behandlingen er lysfølsom, sørg for å beskytte den mot lys.
    MERK: Løsningen skal være litt viskøs.
  7. Når den er størknet, skjærer du agaren i terninger på 0,5 cm x 0,5 cm x 0,5 cm og oppbevares ved 4 °C til administrering.
  8. For å administrere behandlingen, legg en enkelt kube på en liten veiebåt. Under den mørke fasen av lys-mørk syklus, plasser stille og forsiktig agar-veiebåten i individuelle bur uten å berøre musen. La musen konsumere agar.
    MERK: Mus bruker vanligvis 15-45 minutter på å konsumere agaren helt.
  9. Bekreft fullstendig forbruk av agar og fjern deretter veiebåten forsiktig fra buret. Gjenta etter behov.
  10. Forbered agarkuber ukentlig for å holde deg frisk og unngå forurensning.

5. Atferdsanalyse

  1. Utfør atferdstester 24 timer etter den siste dagen i isolasjonsperioden på 4 uker (eller mer). Utfør tester i den mørke fasen under indirekte rød belysning og ta opp med et videokamera.
  2. Ordne minst tre personer til å gjennomføre manuell offline scoring på en dobbeltblindet måte for å minimere skjevhet og feil.
  3. Forhøyet pluss labyrint (EPM)
    1. Klargjør EPM-apparatet. Apparatet som brukes i denne protokollen ble oppnådd kommersielt (se materialtabell) og laget av ugjennomsiktig plast med to åpne armer og to lukkede armer (33 cm x 5 cm hver, åpne armer vinkelrett på de lukkede armene) med en senterplattform på 5 cm x 5 cm. Løft apparatet 50 cm over gulvet.
    2. Plasser dyret på midten av apparatet, vendt mot en åpen arm. La dyret utforske i 5 minutter og ta opp aktiviteten ved hjelp av et videokamera.
      1. Rengjør apparatet etter hvert dyr ved å tørke alle overflater grundig med desinfeksjonsmiddel (70% etylalkohol). Forsikre deg om at alle gnagere blir tørket av.
    3. Score musens oppførsel offline basert på tid brukt i åpne armer, lukkede armer og senterplattformen ved hjelp av stoppeklokke. Start stoppeklokken når musen plasserer minst tre poter i den respektive armen eller plattformen.
  4. Test av åpent felt (OF)
    1. Forbered OF-apparatet. Apparatet som ble brukt i denne protokollen (se materialtabell) var laget av ugjennomsiktig plast som måler 50 cm x 50 cm x 38 cm (lengde x bredde x høyde).
    2. Tegn firkantede rutenett (10 cm x 10 cm hver) på feltet for totalt 25 rutenett.
    3. Plasser dyret på midten av feltet og la det utforske i 10 minutter. Ta opp aktiviteten deres på et videokamera.
      1. Rengjør apparatet etter hvert dyr ved å tørke hele overflaten grundig med desinfeksjonsmiddel (70% etylalkohol). Forsikre deg om at alle gnagere blir tørket av.
    4. Score musens oppførsel offline basert på tiden brukt i den sentrale sonen, tid brukt i hjørnene, total tilbakelagt avstand og antall ganger musen oppdrettet.
      1. Bruk stoppeklokke til å registrere tiden som brukes i midten eller hjørnet. Start stoppeklokken når musen plasserer minst tre poter i det respektive området.
      2. Bruk en teller for å registrere tilbakelagt avstand og hyppighet av oppdrett. Tell antall firkanter musen kommer inn (når musen plasserer minst tre poter i torget). Tell oppdrett når musen tydelig står opp på bakpotene. Ikke tell når musen står opp og lener seg mot veggene eller når den står opp for å stelle.
  5. Test av ny objektgjenkjenning (NOR)
    1. Utfør denne testen over 3 dager. På dag 1, lag et åpent feltapparat på 50 cm x 50 cm x 38 cm (lengde x bredde x høyde). Plasser dyret i midten av det åpne feltet og la det bli kjent i 5 minutter. Plasser deretter dyret tilbake i hjemmeburet.
      1. Rengjør apparatet etter hvert dyr ved å tørke alle overflater grundig med desinfeksjonsmiddel (70% etylalkohol). Forsikre deg om at alle gnagere blir tørket av.
    2. På dag 2 forbereder du det samme åpne feltapparatet og plasserer to identiske gjenstander, for eksempel en liten terning. Plasser dem symmetrisk ca 20 cm fra hverandre. Plasser dyret i midten av apparatet og la det utforske i 5 minutter. Plasser deretter dyret tilbake i hjemmeburet.
      1. Rengjør apparatet etter hvert dyr ved å tørke alle overflater grundig med desinfeksjonsmiddel (70% etylalkohol). Forsikre deg om at alle gnagere blir tørket av.
    3. På dag 3 forbereder du det samme åpne feltapparatet og en av gjenstandene fra dag 2 (dvs. liten kube), som vil fungere som det kjente objektet. Plasser et annet, ulikt nytt objekt, for eksempel en trepyramide, symmetrisk fra det kjente objektet ca. 20 cm fra hverandre. La dyret utforske i 3 minutter og ta opp aktiviteten på et videokamera.
      1. Rengjør apparatet etter hvert dyr ved å tørke alle overflater grundig med desinfeksjonsmiddel (70% etylalkohol). Forsikre deg om at alle gnagere blir tørket av.
    4. Score musens oppførsel offline basert på tiden som brukes på å utforske det kjente objektet og det nye objektet. Beregn objektgjenkjenningsindeksen (ORI%), der Equation 1; tf og tn representerer tidene for å utforske henholdsvis de kjente og nye objektene.
  6. Test av ny kontekstgjenkjenning (NCR)
    1. Utfør denne testen over 2 dager. Forbered to tydelig formede åpne felt og to par tydelig formede gjenstander. OF-apparatet kan brukes som en av kontekstene (åpent felt). Den andre konteksten skal være av lignende størrelse, men forskjellig form, for eksempel et rundt åpent felt.
    2. På dag 1 plasserer du ett par identiske objekter (dvs. to kuber) i den firkantede konteksten og det andre paret med identiske objekter (dvs. to pyramider) i den runde konteksten. Objekter skal plasseres symmetrisk 15-20 cm fra hverandre.
    3. Plasser dyret i sentrum og la det utforske i 5 minutter i en sammenheng. Gjenta i den andre konteksten. Deretter plasserer du dyret tilbake i hjemmeburet.
      1. Rengjør apparatet etter hvert dyr ved å tørke alle overflater grundig med desinfeksjonsmiddel (70% etylalkohol). Forsikre deg om at alle gnagere blir tørket av.
    4. På dag 2 bytter du et av objektene fra den ene konteksten med den andre (dvs. plasserer en kube og en pyramide i den firkantede konteksten, og en kube og en pyramide i den runde konteksten).
    5. Plasser dyret i midten og la det utforske i 3 minutter. Ta opp aktiviteten deres på et videokamera. Dyrene trenger ikke registreres i begge sammenhenger.
      1. Rengjør apparatet etter hvert dyr ved å tørke alle overflater grundig med desinfeksjonsmiddel (70% etylalkohol). Forsikre deg om at alle gnagere blir tørket av.
    6. Score musens oppførsel offline basert på tiden brukt på å utforske de forskjellige objektene. Beregn gjenkjenningsindeksen (RI%) som andelen tid brukt på å undersøke det nye "out-of-context" -objektet (dvs. pyramiden i kvadratkonteksten) versus det kjente "in-context" -objektet (dvs. kuben i kvadratkonteksten). Equation 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Alle representative resultater og tall ble endret fra våre siste publikasjoner22,23. For å evaluere effekten av sosial isolasjon på angst og utforskende atferd, ble EPM- og OF-tester utført 24 timer etter sluttdatoen for den 4 ukers sosiale isolasjonsperioden. Sosialt isolerte mus brukte signifikant mindre tid i den åpne armen (1,28 ± 0,17 min) sammenlignet med kontrollen (2,31 ± 0,27 min), og betydelig lengre tid i den lukkede armen (3,31 ± 0,27 min) sammenlignet med kontrollen (2,24 ± 0,31 min) (figur 1). På samme måte, i OF-testen, reiste sosialt isolerte mus mindre (2,176 ± 146 cm vs. kontroll [2,765 ± 161 cm]), oppdrettet mindre (28,25 ± 2,07 mot kontroll [46,63 ± 1,52]), tilbrakte mer tid i hjørnene (73,00 ± 4,31 s vs. kontroll [28,25 ± 2,07 s]), og brukte mindre tid i det sentrale området (7,63 ± 0,86 s vs. kontroll [19,63 ± 0,71 s]), indikerer økt angstlignende atferd (figur 2).

Videre ble effektene av sosial isolasjon på kognisjon vurdert, da angstlidelser vanligvis også viser symptomer på kognitiv svekkelse, som hukommelsestap og konsentrasjonsvansker25,26. To tester ble benyttet: novel object recognition (NOR) og novel context recognition (NCR), som beskrevet tidligere23, for å vurdere musenes evne til å gjenkjenne nye objekter under lignende kontekst (NOR) og novel context with similar objects (NCR). Sosialt isolerte mus viste både redusert gjenkjennelse av nye objekter (55,3 ± 4,1 % vs. kontroll [66,3 ± 4,7 %]) (figur 3A) samt redusert gjenkjenning av ny kontekst (51,5 ± 6,5 % vs. kontroll [68,6 ± 2,8 %]), noe som tyder på kognitiv svikt (figur 3B).

Figure 1
Figur 1: Endringer i angstlignende atferd målt ved forhøyet pluss labyrint (EPM). Tid brukt i (A) åpen arm og (B) lukket arm av EPM-apparatet. Data representert som gjennomsnitt ± SEM. Enveis ANOVA etterfulgt av flere sammenligninger, Holm-Sidak-metoden. N = 11 per gruppe. * s ≤ 0,05. Dette tallet er modifisert fra Al Omran et al.22 (open access under a Creative Commons Attribution 4.0 International License). Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Endringer i angstlignende atferd og bevegelsesaktivitet målt ved åpen felt-testen (OF). Data vist som (A) total tilbakelagt distanse, (B) antall ganger musene oppdrettet, (C) total tid brukt i hjørnet, og (D) total tid brukt i midten av OF-apparatet. Data representert som gjennomsnitt ± SEM. Enveis ANOVA etterfulgt av flere sammenligninger, Holm-Sidak-metoden. N = 11 per gruppe. * s≤ 0,05. Dette tallet er modifisert fra Al Omran et al.22 (open access under a Creative Commons Attribution 4.0 International License). Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: Endringer i kognisjon målt ved tester for ny objektgjenkjenning (NOR) og ny kontekstgjenkjenning (NCR). (A) ORI = objektgjenkjenningsindeks. (B) RI = (roman kontekst) anerkjennelsesindeks. Data representert som gjennomsnitt ± SEM. Enveis ANOVA etterfulgt av flere sammenligninger, Holm-Sidak-metoden. N = 9 per gruppe. * s ≤ 0,05. Dette tallet er modifisert fra Watanabe et al.23 (open access under en Creative Commons Attribution 4.0 International License). Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Kritiske trinn i protokollen inkluderer riktig oppsett av de sosiale isolasjonsburene (dvs. innpakning av ugjennomsiktige poser og reduksjon av mengden sengetøy), minimering av håndtering og forstyrrelse av mus gjennom hele isolasjonsperioden, og sørg for at musene får og forbruker agar med stoffet helt. Det er kritisk at vivarium eller boligtilstand opprettholdes ved konstant temperatur og fuktighet, samt minimert eksterne forstyrrelser. Det bør legges stor vekt på å redusere så mye av disse forstyrrende faktorene som mulig, inkludert, men ikke begrenset til, støyforstyrrelser (f.eks. Samtaler, utstyrslyder osv.), overhåndtering og forstyrrelse av dyrene i lysfasen av mørkelyssyklusen. Tiden det tar å bytte bur, fylle på mat og/eller vann, gi behandling, og alle andre funksjoner i isolasjonsperioden bør også minimeres. Selv om det er sjeldent, har vi observert kamper blant gruppehusede hannmus tidligere. For de gruppeplasserte musene (kontroll eller lignende) er det derfor nødvendig med nøye observasjon for å sikre at det ikke er noen konflikter mellom musene, da dette vil faktor i som en annen confounder av angst eller stress. I tilfelle kampene oppstår, bør den mistenkte aggressoren byttes med en annen gruppeplassert motpart og fortsette å bli observert. Hvis aggressoren fortsetter å skape konflikter, foreslås det å utelukke aggressoren så vel som mus som har hatt skader fra aggressoren fra studien.

Den beskrevne protokollen anbefaler 4 ukers isolasjon, men denne tidsrammen kan økes. Den lengste perioden med sosial isolasjon som vi har utført er 8 uker, og vi har også utført gjentatt sosial isolasjon (isolasjon, gruppehus, re-isolasjon) som en modell for akkumulert angst / stress. Tidspunktet og lengden på disse isolasjonsperiodene kan endres for å passe til eksperimentelle behov eller formål. Det anbefales imidlertid ikke å redusere isolasjonsperioden til mindre enn 4 uker, da det kanskje ikke er nok tid for musene å utvise angstlignende oppførsel eller hjernepatologiske endringer. Tidspunktet og hyppigheten av behandlingen (e) kan også endres.

Med hensyn til eksisterende metoder for å etablere angstdyrmodeller, har denne modellen flere fordeler. For det første krever det ikke omfattende fenotypevalg (selektiv avl) eller genetisk manipulasjon, for eksempel å slå ut eller dempe reseptorer i hjernen. Mens genmodifiserte mus er nyttige for å undersøke følsomme gener, kan de ikke helt fange angstpatogenese12. Videre kan gen knockouts være dødelige eller ikke nøyaktig etterligne angst observert hos mennesker27. Genetisk manipulasjon tar tid og krefter, og krever embryonal stamcelleekstraksjon, DNA-injeksjon, dyrking, implantasjon i livmoren og oppdrett27. I tillegg kan disse genetiske dyrene ikke virkelig gjenspeile narkotikaeffekter for utvikling av narkotika. Denne sosiale isolasjonsmodellen, selv om den krever minst 4 ukers isolasjon, er fordelaktig når det gjelder tid, krefter og pålitelighet. For det andre trenger ikke musene kronisk administreres med angstinduktorer som kortikosteron eller lipopolysakkarider (LPS)13,14. Det er ikke nødvendig for etterforskere å gå gjennom daglige injeksjonsprosedyrer, og den sosiale isolasjonsmodellen gjenspeiler mer nøyaktig angst hos mennesker, da de fleste individer ikke mottar daglige injeksjoner for å oppleve angst. Til slutt trenger ikke mus å være betinget (for eksempel i sosiale nederlagsparadigmer), noe som tar tid og kanskje ikke genererer reproduserbare nivåer av angst (dvs. signifikant variasjon blant mus)15.

Mange av de tilgjengelige sosiale isolasjonsmodellene begynner isolasjonsperioden i tidlig utvikling, mellom neonatal til ungdoms- og ungdomsperioder. Slike isolasjonsmodeller tidlig i livet induserer depressiv og angstlignende atferd, sosial unngåelsesadferd og andre nevropsykiatriske symptomer som speiler angstlidelser, depresjon, autisme og relaterte psykiske lidelser28. Mens den sosiale isolasjonsmetoden tidlig i livet er veletablert og ofte brukt, gjenspeiler den ikke helt utviklingen av psykiske lidelser, da ikke alle individer opplever mors separasjon (sosial isolasjon) i ungdomsårene29. Videre varierer deres effekter basert på art, belastning, kjønn og frekvens / varighet av isolasjonen28. For eksempel har noen studier funnet sosial isolasjon etter avvenning for å øke aggressiv oppførsel hos C57BL / 6J-mus, mens andre bare har vist en liten eller ingen effekt28. Denne variasjonen skyldes sannsynligvis små forskjeller i hyppigheten, varigheten eller boligoppsettet i isolasjonsperioden. En annen studie med mus i voksen- eller senfasestadiet fant sosial isolasjon for å øke hyperaktiviteten, uten tilsynelatende depressiv eller angstlignende atferd30. Disse musene var ikke i stand til å se nabomus, lik vår modell, men benyttet kvinnelig F1 hybrid C57BL / 6J x 129S6 / SvEvTac mus30, noe som tyder på variasjonen mellom stammer og kjønn. Denne studien håper å minimere disse variasjonene ved å foreslå en konsistent metode.

En ulempe med denne teknikken er at lydfaktoren ikke elimineres. Fordi burene ikke er lydisolerte, er dyrene fortsatt i stand til å høre hverandre, og kan dermed ikke være i absolutt isolasjon. Det kan være av interesse å innlemme et lydisolert bur i protokollen og undersøke effekten av auditiv isolasjon på angst og kognisjon. I forbindelse med denne modellen blokkeres imidlertid bare visuelle sanser og interaksjoner, da denne modellen ikke er en sensorisk deprivasjonsmodell, men snarere en modell for å forby ansikt til ansikt sosial interaksjon. Modellen har til hensikt å etterligne de personlige sosiale interaksjonene, da auditiv stimulans vanligvis er tilstede i menneskelivet. En annen ulempe er at denne protokollen bare er testet på C57BL/6-mus og Sprague Dawley-rotter. Som nevnt tidligere kan effekter av sosial isolasjon variere basert på art og belastning. Selv om reproduserbarheten av denne protokollen i andre gnagerarter / stammer ikke kan garanteres, kan det bekreftes at denne modellen konsekvent kan gjenskapes i disse to dyrene.

Ettersom dyrene viste redusert kognisjon og minne, kan denne modellen utvikles som en mild kognitiv svekkelsesmodell. Selv om ytterligere optimalisering er nødvendig, kan modellen være nyttig for å undersøke mekanismen for sosial isolasjonsindusert kognitiv svekkelse, kanskje fra akkumulerte episoder av stress og angst. Modellen kan også brukes til å studere effekten av sosial isolasjon senere i livet på sosial atferd, aggresjon eller vold.

Samlet sett kan den sosiale isolasjonsinduserte angstmusmodellen brukes til å undersøke angst og relaterte lidelser på en ikke-invasiv, minimalt håndtert måte, og har som mål å nøyaktig etterligne angst indusert fra sosial isolasjon og ensomhet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne oppgir ingen interessekonflikter.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble finansiert av National Institute of Health grant AA17991 (til JL), Carefree Biotechnology Foundation (til JL), University of Southern California (USC), USC Graduate School Travel / Research Award (til SW) Saudi-Arabia 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

Nevrovitenskap utgave 189
Sosial isolasjonsmodell: En ikke-invasiv gnagermodell for 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