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 isoleringsmodell: En icke-invasiv gnagarmodell av stress och ångest

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

Här presenteras en social isolering (SI) -inducerad ångestmusmodell som använder vildtyp C56BL / 6J-möss för att inducera stress och ångestliknande beteende med minimal hantering och inga invasiva procedurer. Denna modell återspeglar moderna livsmönster för social isolering och är idealisk för att studera ångest och relaterade störningar.

Abstract

Ångestsyndrom är en av de främsta orsakerna till funktionshinder i USA (USA). Nuvarande behandlingar är inte alltid effektiva och mindre än 50% av patienterna uppnår full remission. Ett kritiskt steg i utvecklingen av en ny ångestdämpande är att utveckla och använda en djurmodell, såsom möss, för att studera patologiska förändringar och testa läkemedelsmål, effekt och säkerhet. Nuvarande tillvägagångssätt inkluderar genetisk manipulation, kronisk administrering av ångestframkallande molekyler eller administrering av miljöstress. Dessa metoder kan dock inte realistiskt återspegla ångest som induceras under hela det dagliga livet. Detta protokoll beskriver en ny ångestmodell, som efterliknar de avsiktliga eller oavsiktliga mönstren för social isolering i det moderna livet. Den sociala isoleringsinducerade ångestmodellen minimerar upplevda distraktioner och invasivitet och använder vildtyp C57BL / 6-möss. I detta protokoll är 6- till 8 veckor gamla möss (manliga och kvinnliga) ensamma inrymda i ogenomskinliga burar för att visuellt blockera den yttre miljön, såsom angränsande möss, i 4 veckor. Inga miljöberikningar (t.ex. leksaker) tillhandahålls, strömaterialet reduceras med 50%, all behandling av läkemedel administreras som agarform och exponeringen/hanteringen av mössen minimeras. Socialt isolerade möss som genereras med hjälp av detta protokoll uppvisar större ångestliknande beteende, aggression samt minskad kognition.

Introduction

Ångestsyndrom utgör den största klassen och bördan av psykiska sjukdomar i USA (USA), med relaterade årliga kostnader som överstiger 42 miljarder US-dollar 1,2,3. Under de senaste åren har ångest och stress ökat förekomsten av självmord och självmordstankar med över 16%4. Patienter med kroniska sjukdomar är särskilt sårbara för oavsiktliga sekundära effekter av psykisk nöd eller nedsatt kognitiv funktion5. Nuvarande behandlingar för ångest inkluderar psykoterapi, mediciner eller en kombination av båda6. Trots denna kris uppnår dock mindre än 50% av patienterna full remission 6,7. Anxiolytika såsom bensodiazepiner (BZ) och selektiva serotoninåterupptagshämmare (SSRI) har signifikanta nackdelar eller ger små eller inga omedelbara effekter8. Dessutom finns det en relativ brist på nya anxiolytika under utveckling, som utmanas av den kostsamma och tidskrävande processen för läkemedelsutveckling 9,10.

Ett kritiskt steg i läkemedelsutvecklingsprocessen är etableringen och användningen av en djurmodell, såsom möss, för att studera patologiska förändringar och testa läkemedelssäkerhet och effekt11. Nuvarande metoder för att etablera ångestdjurmodeller inkluderar 1) genetisk manipulation, såsom att slå ut serotoninreceptorer (5-HT1A) eller γ-aminosmörsyra A-receptor (GABAAR) α underenheter12; 2) kroniskt administrerande ångestinducerare såsom kortikosteron eller lipopolysackarider (LPS)13,14; eller 3) administrera miljöstress inklusive socialt nederlag och moderns separation15. Dessa metoder kan dock inte realistiskt återspegla ångest som induceras under hela det dagliga livet och kan därför inte vara lämpliga för att undersöka den underliggande mekanismen eller testa nya läkemedel.

Liksom människor är möss och råttor mycket sociala varelser16,17,18. Social kontakt och sociala interaktioner är avgörande för optimal hjärnhälsa och är avgörande för korrekt neuroutveckling under uppfödningsperioden19. Således resulterar moderns separation eller social isolering under uppfödningsperioden hos möss som visar mer ångest, depression och förändringar i neurotransmission20. Dessutom är social grooming eller allogrooming en vanlig form av bindning eller tröstande beteende bland möss och råttor som lever tillsammans21. Således är socialisering en integrerad del av gnagarnas liv, och isolering påverkar deras hälsa negativt.

I detta sammanhang beskriver detta protokoll en ny ångestmodell för att efterlikna de avsiktliga eller oavsiktliga mönstren för social isolering i det moderna livet. Denna modell för social isolering (SI) minimerar upplevda distraktioner och invasivitet och använder vuxna vilda typ C57BL/6-möss och Sprague-Dawley (SD) råttor. Protokollet som presenteras här fokuserar på ångestmössmodellen baserat på våra publicerade bevis, som visade ökat ångestliknande beteende, aggression, minskad kognition och ökad neuroinflammation som ett resultat av social isolering22,23,24. Ångestliknande beteende bekräftas av de förhöjda plus labyrint (EPM) och öppna fält (OF) testerna, medan kognitiv funktion mäts med nya objektigenkänning (NOR) och nya kontextigenkänningstester (NCR). Denna modell är användbar för att undersöka ångest och relaterade störningar men kan också anpassas eller modifieras för att studera den naturliga utvecklingen och utvecklingen av mild kognitiv försämring samt metaboliska förändringar på grund av stress.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alla djurförsök utförs enligt de protokoll som godkänts av University of Southern California (USC) Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC), och alla metoder utförs i enlighet med relevanta riktlinjer, föreskrifter och rekommendationer.

1. Djur

  1. Få godkännande från lämpliga djurvårdskommittéer för studien.
  2. Ställ in vivarium på en mörk-ljus 12 h cykel med kontrollerad temperatur och fuktighet mellan 24 ± 2 ° C respektive 50% -60%.
  3. Skaffa manliga och / eller kvinnliga vilda typ C57BL / 6 möss i åldern 6-8 veckor. Efter stratifiering av djuren efter kön, tilldela dem slumpmässigt till en av följande grupper: 1) grupphus med fordonsbehandling; 2) grupphus med läkemedelsbehandling; 3) social isolering med fordonsbehandling; eller 4) social isolering med missbruksbehandling. Sikta på minst fyra möss per grupp och kön (helst sex möss per grupp).
  4. Vid ankomsten av mössen, acklimatisera dem till vivarium i minst 24 timmar. Mössen ska komma ensamma inhysta.

2. Bur inställning

  1. För sociala isoleringsdjur, ta en vanlig musbur (75 i 2 golvyta) och lägg till hälften av mängden sängkläder och en 1 i2 bit bomull (eller motsvarande) för häckning.
  2. Slå in burarnas ytterväggar i ogenomskinliga, svarta plastpåsar (eller motsvarande) och säkra med tejp. Se till att mössen inte kan se utemiljön eller omgivande djur.
    1. Lämna toppen och botten av buret uppackat, såvida inte mössen kan se angränsande djur genom dem.
    2. När du förpackar, se till att inget segment av påsen är tillgängligt från insidan av buret. Detta för att förhindra att djuret sliter sönder påsen.
    3. Ta inte med någon form av miljöberikning, till exempel leksaker eller löphjul.
  3. Placera mössen försiktigt och försiktigt i de förberedda burarna. Ge mat och vatten ad libitum.
  4. Huskontrollmöss i grupper om två eller tre under normala placeringar i kasse (dvs. i en vanlig musbur [75 i 2 golvyta], en hel mängd sängkläder, en 2 i2 bitar bomull eller motsvarande för häckning och ingen inslagning av ogenomskinliga påsar).
    1. Se till att de gruppinrymda mössen är kompatibla med varandra (dvs. det finns inga strider / konflikter mellan dem). Om konflikt uppstår, ta bort aggressorn och uteslut från analysen.
    2. Separera manliga och kvinnliga möss som bor och håll avståndet mellan män och kvinnor för att undvika möjligheten att påverka de endokrina nivåförändringarna hos kvinnliga möss på grund av deras förmåga att lukta.

3. Vård och behandling under den sociala isoleringsperioden

  1. Stör mössen så minimalt som möjligt under den sociala isoleringsperioden. Utför alla procedurer och aktiviteter, såsom burbyten och behandlingsadministration, under deras aktiva period (dvs. under den mörka cykeln) och under minimala bullerstörningar.
  2. Byt burarna bara en gång i veckan under den mörka cykeln. Samma plastpåse kan tas bort och packas om till nya burar, såvida det inte finns betydande skador.
    1. För kontroll (gruppinrymda) möss, byt burarna två gånger i veckan eller mer efter behov under den mörka cykeln.
  3. Se till att mössen har mycket vatten och mat för att hålla minst 1 vecka.
  4. Fortsätt isolera (eller gruppboende) mössen i minst 4 veckor för att se optimala resultat.

4. Agar läkemedel / behandlingspreparat - en icke-invasiv läkemedelsbehandling

  1. Om behandlingar (t.ex. läkemedel som undersöks) är involverade i studien, administrera helst behandlingen med så lite hantering som möjligt genom att använda agarformer. Vägar som injektion och oral sondmatning orsakar ytterligare stress på mössen som kan bli en förvirrande faktor för ångest.
  2. Justera tidpunkten och frekvensen av behandlingen baserat på arten av det använda läkemedlet.
    OBS: I denna studie användes 2 mg/kg dihydromyricetin (DHM, [(2R,3R)-3,5,7-trihydroxi-2-(3,4,5-trihydroxifenyl)-2,3-dihydrokromn-4-on]) som behandling. DHM administrerades dagligen, i en enda dos, under den mörka fasen av de sista 2 veckorna av isoleringsperioden (eller grupphuset).
  3. För att förbereda behandlingen, tillsätt 3% (w / v) agar i avjoniserat (DI) vatten och värm till ~ 90 ° C för att lösa upp. Lösningen kommer att bubbla. Förhindra spill eller kokning över.
    OBS: Värm lösningen i en glaskolv med korta, 10 s intervall av mikrovågsugn.
    VARNING: Glaset blir varmt. Använd lämplig personlig skyddsutrustning (PPE) vid hantering av lösningen.
  4. Virvla lösningen och visuellt säkerställa en homogen lösning.
    OBS: Lösningen ska vara genomskinlig och ljusgul till ljusbrun i färg.
  5. Medan lösningen fortfarande är varm, tillsätt 5% (w / v) sackaros och önskad dos av behandlingen. Lägg bara till sackaros och lägg inte till behandlingen av intresse för fordonskontrollen.
  6. Virvla lösningen och visuellt säkerställa en homogen lösning. Häll sedan lösningen i en form och låt svalna vid rumstemperatur för att stelna. Om behandlingen är ljuskänslig, se till att skydda den från ljus.
    OBS: Lösningen ska vara något viskös.
  7. När agarn har stelnat skär den i kuber på 0,5 cm x 0,5 cm x 0,5 cm och förvara den vid 4 °C tills den har administrerats.
  8. För att administrera behandlingen, placera en enda kub på en liten vägbåt. Under den mörka fasen av den ljus-mörka cykeln, placera tyst och försiktigt agar-vägbåten i enskilda burar, utan att röra musen. Låt musen konsumera agar.
    OBS: Möss spenderar vanligtvis 15-45 minuter för att helt konsumera agar.
  9. Bekräfta fullständig konsumtion av agar och ta sedan försiktigt bort vägbåten från buret. Upprepa vid behov.
  10. Förbered agarkuber varje vecka för att hålla dig fräsch och undvika kontaminering.

5. Beteendeanalys

  1. Utför beteendetester 24 timmar efter den sista dagen i 4 veckors (eller mer) isoleringsperioden. Utför tester under den mörka fasen under indirekt röd belysning och spela in med en videokamera.
  2. Ordna minst tre personer för att utföra manuell offline-poängsättning på ett dubbelblindat sätt för att minimera partiskhet och fel.
  3. Förhöjd plus labyrint (EPM)
    1. Förbered EPM-apparaten. Apparaten som används i detta protokoll erhölls kommersiellt (se materialtabell) och tillverkad av ogenomskinlig plast med två öppna armar och två slutna armar (33 cm x 5 cm vardera, öppna armar vinkelrätt mot de slutna armarna) med en mittplattform på 5 cm x 5 cm. Lyft apparaten 50 cm över golvet.
    2. Placera djuret på mitten av apparaten, vänd mot en öppen arm. Låt djuret utforska i 5 minuter och spela in sin aktivitet med en videokamera.
      1. Rengör apparaten efter varje djur genom att torka av alla ytor noggrant med desinfektionsmedel (70% etylalkohol). Se till att all gnagarespillning torkas av.
    3. Gör mål på mössens beteende offline baserat på tid i öppna armar, slutna armar och mittplattformen med hjälp av ett stoppur. Starta stoppuret när musen placerar minst tre tassar i respektive arm eller plattform.
  4. Test med öppet fält (OF)
    1. Förbered OF-apparaten. Apparaten som användes i detta protokoll (se materialtabell) var tillverkad av ogenomskinlig plast som mäter 50 cm x 50 cm x 38 cm (längd x bredd x höjd).
    2. Rita fyrkantiga rutnät (10 cm x 10 cm vardera) på fältet för totalt 25 rutnät.
    3. Placera djuret på mitten av fältet och låt utforska i 10 min. Spela in deras aktivitet på en videokamera.
      1. Rengör apparaten efter varje djur genom att torka av hela ytan noggrant med desinfektionsmedel (70% etylalkohol). Se till att all gnagarespillning torkas av.
    4. Gör mössens beteende offline baserat på tiden i den centrala zonen, tiden i hörnen, det totala avståndet och antalet gånger musen föddes.
      1. Använd ett stoppur för att registrera tiden i mitten eller hörnet. Starta stoppuret när musen placerar minst tre tassar i respektive område.
      2. Använd en räknare för att registrera tillryggalagd sträcka och uppfödningsfrekvens. Räkna antalet rutor musen går in i (när musen placerar minst tre tassar i torget). Räkna uppfostran när musen tydligt står upp på baktassarna. Räkna inte när musen står upp och lutar sig mot väggarna eller när den står upp för att sköta sig.
  5. Test för igenkänning av nya objekt (NOR)
    1. Utför detta test under 3 dagar. På dag 1, förbered en öppen fältapparat på 50 cm x 50 cm x 38 cm (längd x bredd x höjd). Placera djuret i mitten av det öppna fältet och låt bekanta sig i 5 min. Placera sedan djuret tillbaka i sin hembur.
      1. Rengör apparaten efter varje djur genom att torka av alla ytor noggrant med desinfektionsmedel (70% etylalkohol). Se till att all gnagarespillning torkas av.
    2. På dag 2, förbered samma öppna fältapparat och placera två identiska föremål, till exempel en liten kub. Placera dem symmetriskt ca 20 cm från varandra. Placera djuret i mitten av apparaten och låt utforska i 5 min. Placera sedan djuret tillbaka i sin hembur.
      1. Rengör apparaten efter varje djur genom att torka av alla ytor noggrant med desinfektionsmedel (70% etylalkohol). Se till att all gnagarespillning torkas av.
    3. På dag 3, förbered samma öppna fältapparat och ett av föremålen från dag 2 (dvs liten kub), som kommer att fungera som det välbekanta objektet. Placera ett annat, annorlunda romanobjekt, till exempel en träpyramid, symmetriskt från det välbekanta objektet ca 20 cm från varandra. Låt djuret utforska i 3 minuter och spela in sin aktivitet på en videokamera.
      1. Rengör apparaten efter varje djur genom att torka av alla ytor noggrant med desinfektionsmedel (70% etylalkohol). Se till att all gnagarespillning torkas av.
    4. Gör mössens beteende offline baserat på den tid som spenderas på att utforska det välbekanta objektet och det nya objektet. Beräkna objektigenkänningsindexet (ORI%), där Equation 1; tf ocht n representerar tiderna för att utforska de bekanta respektive nya objekten.
  6. Test av ny kontextigenkänning (NCR)
    1. Utför detta test över 2 dagar. Förbered två tydligt formade öppna fält och två par tydligt formade föremål. OF-apparaten kan användas som ett av sammanhangen (öppet fält). Det andra sammanhanget ska ha samma storlek men annan form, till exempel ett runt öppet fält.
    2. På dag 1, placera ett par identiska objekt (dvs. två kuber) i kvadratiskt sammanhang och det andra paret identiska objekt (dvs två pyramider) i det runda sammanhanget. Föremål ska placeras symmetriskt 15-20 cm från varandra.
    3. Placera djuret i mitten och låt utforska i 5 minuter i ett sammanhang. Upprepa i det andra sammanhanget. Placera sedan djuret tillbaka i sin hembur.
      1. Rengör apparaten efter varje djur genom att torka av alla ytor noggrant med desinfektionsmedel (70% etylalkohol). Se till att all gnagarespillning torkas av.
    4. På dag 2, byt ett av objekten från ett sammanhang med det andra (dvs. placera en kub och en pyramid i det fyrkantiga sammanhanget och en kub och en pyramid i det runda sammanhanget).
    5. Placera djuret i mitten och låt utforska i 3 min. Spela in deras aktivitet på en videokamera. Djuren behöver inte registreras i båda sammanhangen.
      1. Rengör apparaten efter varje djur genom att torka av alla ytor noggrant med desinfektionsmedel (70% etylalkohol). Se till att all gnagarespillning torkas av.
    6. Poängsätt mössens beteende offline baserat på den tid som spenderas på att utforska de distinkta objekten. Beräkna igenkänningsindexet (RI%) som andelen tid som spenderas på att undersöka det nya "out-of-context" -objektet (dvs. pyramiden i kvadratsammanhanget) kontra det välbekanta "in-context" -objektet (dvs. kuben i kvadratkontexten). Equation 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Alla representativa resultat och siffror ändrades från våra senaste publikationer22,23. För att utvärdera effekterna av social isolering på ångest och utforskande beteende utfördes EPM- och OF-tester 24 timmar efter slutdatumet för den 4 veckors sociala isoleringsperioden. Socialt isolerade möss tillbringade betydligt mindre tid i den öppna armen (1,28 ± 0,17 min) jämfört med kontrollen (2,31 ± 0,27 min) och en betydligt längre tid i den slutna armen (3,31 ± 0,27 min) jämfört med kontrollen (2,24 ± 0,31 min) (figur 1). På samma sätt, i OF -testet, reste socialt isolerade möss mindre (2 176 ± 146 cm mot kontroll [2 765 ± 161 cm]), uppfödde mindre (28,25 ± 2,07 mot kontroll [46,63 ± 1,52]), tillbringade mer tid i hörnen (73,00 ± 4,31 s mot kontroll [28,25 ± 2,07 s]) och tillbringade mindre tid i det centrala området (7,63 ± 0,86 s vs. kontroll [19,63 ± 0,71 s]), vilket indikerar förbättrat ångestliknande beteende (figur 2).

Dessutom bedömdes effekterna av social isolering på kognition, eftersom ångeststörningar vanligtvis också visar symtom på kognitiv försämring, såsom minnesförlust och koncentrationssvårigheter25,26. Två tester användes: novel object recognition (NOR) och novel context recognition (NCR), som beskrivits tidigare23, för att bedöma mössens förmåga att känna igen nya objekt under liknande sammanhang (NOR) och romankontext med liknande objekt (NCR). Socialt isolerade möss visade både minskad ny objektigenkänning (55,3 ± 4,1% jämfört med kontroll [66,3 ± 4,7%]) (figur 3A) samt minskad ny kontextigenkänning (51,5 ± 6,5% jämfört med kontroll [68,6 ± 2,8%]), vilket tyder på kognitiv försämring (figur 3B).

Figure 1
Figur 1: Förändringar i ångestliknande beteende mätt med den förhöjda pluslabyrinten (EPM). Tid i EPM-apparatens (A) öppna arm och (B) slutna arm. Data som representeras som medelvärde ± SEM. Enkelriktad ANOVA följt av flera jämförelser, Holm-Sidak-metoden. N = 11 per grupp. * p ≤ 0,05. Denna siffra har modifierats från Al Omran et al.22 (open access under en Creative Commons Attribution 4.0 International License). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: Förändringar i ångestliknande beteende och rörelseaktivitet mätt med testet med öppet fält (OF). Data som visas som (A) totalt tillryggalagd sträcka, (B) antal gånger mössen fötts upp, (C) total tid i hörnet och (D) total tid i mitten av OF-apparaten. Data som representeras som medelvärde ± SEM. Enkelriktad ANOVA följt av flera jämförelser, Holm-Sidak-metoden. N = 11 per grupp. * p≤ 0,05. Denna siffra har modifierats från Al Omran et al.22 (open access under en Creative Commons Attribution 4.0 International License). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: Förändringar i kognition mätt med tester för ny objektigenkänning (NOR) och ny kontextigenkänning (NCR). (A) ORI = objektigenkänningsindex. (B) RI = (nytt sammanhang) igenkänningsindex. Data som representeras som medelvärde ± SEM. Enkelriktad ANOVA följt av flera jämförelser, Holm-Sidak-metoden. N = 9 per grupp. * p ≤ 0,05. Denna siffra har modifierats från Watanabe et al.23 (open access under en Creative Commons Attribution 4.0 International License). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Kritiska steg i protokollet inkluderar korrekt inställning av de sociala isoleringsburarna (dvs. inslagning av ogenomskinliga påsar och minskning av mängden sängkläder), minimering av hantering och störning av möss under hela isoleringsperioden och att se till att mössen får och konsumerar agar med läkemedel helt. Det är viktigt att vivarium eller bostadsförhållanden upprätthålls vid konstant temperatur och fuktighet, liksom minimerade yttre störningar. Betydande ansträngningar bör göras för att minska så mycket av dessa förvirrande faktorer som möjligt, inklusive men inte begränsat till bullerstörningar (t.ex. samtal, utrustningsljud etc.), överhantering och störningar av djuren under ljusfasen i den mörka ljuscykeln. Den tid det tar att byta burar, fylla på mat och/eller vatten, ge behandling och alla andra funktioner under isoleringsperioden bör också minimeras. Även om det är sällsynt har vi observerat strider bland gruppinhysta hanmöss tidigare. För de gruppinhysta mössen (kontroll eller liknande) krävs således noggrann observation för att säkerställa att det inte finns några konflikter mellan mössen, eftersom detta skulle betraktas som en annan förvirring av ångest eller stress. Om strider inträffar bör den misstänkta aggressorn bytas ut med en annan gruppinrymd motsvarighet och fortsätta att observeras. Om aggressorn fortsätter att skapa konflikter, föreslås att utesluta aggressorn såväl som möss som har lidit skador från aggressorn från studien.

Det beskrivna protokollet rekommenderar 4 veckors isolering, men denna tidsram kan ökas. Den längsta perioden av social isolering som vi har utfört är 8 veckor, och vi har också utfört upprepad social isolering (isolering, grupphus, återisolering) som en modell av ackumulerad ångest / stress. Tidpunkten för och längden på dessa isoleringsperioder kan ändras för att passa experimentella behov eller syften. Att minska isoleringsperioden till mindre än 4 veckor rekommenderas dock inte, eftersom det kanske inte är tillräckligt med tid för mössen att uppvisa ångestliknande beteende eller hjärnpatologiska förändringar. Tidpunkten och frekvensen för behandlingen (erna) kan också ändras.

Med avseende på befintliga metoder för att etablera ångestdjurmodeller har denna modell flera fördelar. För det första kräver det inte omfattande fenotypval (selektiv avel) eller genetisk manipulation, såsom att slå ut eller tysta receptorer i hjärnan. Även om genetiskt modifierade möss är användbara för att undersöka mottagliga gener, kanske de inte helt fångar ångestpatogenes12. Vidare kan genutslag vara dödliga eller misslyckas med att exakt efterlikna ångest som observerats hos människor27. Genmanipulation tar tid och ansträngning, vilket kräver extraktion av embryonala stamceller, DNA-injektion, odling, implantation i livmodern och uppfödning27. Dessutom kan dessa genetiska djur inte riktigt återspegla läkemedelseffekter för utveckling av läkemedel. Denna sociala isoleringsmodell, även om den kräver minst 4 veckors isolering, är fördelaktig när det gäller tid, ansträngning och tillförlitlighet. För det andra behöver mössen inte administreras kroniskt med ångestinducerare såsom kortikosteron eller lipopolysackarider (LPS)13,14. Det finns inget behov av utredare att gå igenom dagliga injektionsprocedurer, och den sociala isoleringsmodellen återspeglar mer exakt ångest hos människor, eftersom de flesta individer inte får dagliga injektioner för att uppleva ångest. Slutligen behöver möss inte konditioneras (t.ex. i sociala nederlagsparadigmer), vilket tar tid och kanske inte genererar reproducerbara ångestnivåer (dvs. signifikant variation bland möss)15.

Många av de för närvarande tillgängliga sociala isoleringsmodellerna börjar isoleringsperioden i tidig utveckling, mellan neonatal till juvenil och ungdomsperioder. Sådana isoleringsmodeller tidigt i livet inducerar depressiva och ångestliknande beteenden, sociala undvikande beteenden och andra neuropsykiatriska symtom som speglar ångeststörningar, depression, autism och relaterade psykiska störningar28. Även om den tidiga sociala isoleringsmetoden är väletablerad och vanligt förekommande, återspeglar den inte helt utvecklingen av psykiska störningar, eftersom inte alla individer upplever moderns separation (social isolering) under sina ungdomsår29. Dessutom varierar deras effekter beroende på art, stam, kön och frekvens/varaktighet av isoleringen28. Till exempel har vissa studier funnit social isolering efter avvänjning för att öka aggressivt beteende hos C57BL / 6J-möss, medan andra bara har visat en liten eller ingen effekt28. Denna variation beror sannolikt på små skillnader i frekvens, varaktighet eller bostadsinställning för isoleringsperioden. En annan studie med möss i vuxen- eller sent livsstadium fann social isolering för att öka hyperaktiviteten, utan några uppenbara depressiva eller ångestliknande beteenden30. Dessa möss kunde inte se angränsande möss, liknande vår modell, men använde kvinnlig F1-hybrid C57BL / 6J x 129S6 / SvEvTac-möss30, vilket tyder på variationen mellan stammar och kön. Denna studie hoppas kunna minimera dessa variationer genom att föreslå en konsekvent metod.

En nackdel med denna teknik är att ljudfaktorn inte elimineras. Eftersom burarna inte är ljudisolerade kan djuren fortfarande höra varandra och kan därför inte vara i absolut isolering. Det kan vara av intresse att införliva en ljudisolerad bur i protokollet och undersöka effekterna av hörselisolering på ångest och kognition. I denna modell blockeras dock endast visuella sinnen och interaktioner eftersom denna modell inte är en sensorisk deprivationsmodell, utan snarare en modell för att förbjuda social interaktion ansikte mot ansikte. Modellen avser att efterlikna de personliga sociala interaktionerna, eftersom hörselstimulans vanligtvis finns i mänskligt liv. En annan nackdel är att detta protokoll endast har testats på C57BL/6-möss och Sprague Dawley-råttor. Som tidigare nämnts kan effekterna av social isolering variera beroende på art och stam. Även om reproducerbarheten av detta protokoll hos andra gnagararter/stammar inte kan garanteras, kan det bekräftas att denna modell konsekvent kan återskapas hos dessa två djur.

Eftersom djuren uppvisade minskad kognition och minne kan denna modell utvecklas som en mild kognitiv försämringsmodell. Även om ytterligare optimering behövs kan modellen vara användbar för att undersöka mekanismen för social isoleringsinducerad kognitiv försämring, kanske från ackumulerade episoder av stress och ångest. Modellen kan också användas för att studera effekten av social isolering senare i livet på sociala beteenden, aggression eller våld.

Sammantaget kan den sociala isoleringsinducerade ångestmusmodellen tillämpas för att undersöka ångest och relaterade störningar på ett icke-invasivt, minimalt hanterat sätt och syftar till att exakt efterlikna ångest inducerad från social isolering och ensamhet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar inga intressekonflikter.

Acknowledgments

Detta arbete finansierades av National Institute of Health-bidraget AA17991 (till J.L.), Carefree Biotechnology Foundation (till J.L.), University of Southern California (USC), USC Graduate School Travel/Research Award (till SW) Saudiarabiens kulturella missionsstipendium (till A.A.O.) och Army Health Professions Scholarship Program (till 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

Neurovetenskap utgåva 189
Social isoleringsmodell: En icke-invasiv gnagarmodell av stress och ångest
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