כאן אנו מציגים פרוטוקול להשראת אנורקסיה מבוססת פעילות (ABA) בעכברים מתבגרים. ABA הוא מצב של היפראקטיביות המתעורר על ידי הטלת הגבלת מזון על מכרסמים עם גישה לגלגל ריצה. תופעה זו משמשת כמודל לחקר הנוירוביולוגיה הבסיסית של אנורקסיה נרבוזה.
מאמר שיטה
כאן אנו מציגים פרוטוקול להשראת אנורקסיה מבוססת פעילות (ABA) בעכברים מתבגרים. ABA הוא מצב של היפראקטיביות המתעורר על ידי הטלת הגבלת מזון על מכרסמים עם גישה לגלגל ריצה. תופעה זו משמשת כמודל לחקר הנוירוביולוגיה הבסיסית של אנורקסיה נרבוזה.
אנורקסיה נרבוזה () היא מחלה פסיכיאטרית מאופיינת בצריכת קלוריות מוגבלת יתר על המידה ורמות גבוהות באופן חריג של פעילות גופנית. מחלה מאתגרת לטיפול, בשל חוסר הבנה של נוירוביולוגיה שבבסיס, יש שיעור התמותה הגבוה ביותר בקרב מחלות פסיכיאטריות. כדי לענות על צורך זה, מדעני המוח משתמשים במודל חיה ללמוד איך עצבי מעגלים עשויים לתרום לפגיעות ולעשויות להיות מושפע. אנורקסיה (ABA) המבוסס על פעילות היא תופעה ביו-ההתנהגות המתוארת במכרסמים שמודלי התסמינים העיקריים של אנורקסיה נרבוזה. כאשר מכרסמים עם גישה חופשית למימוש רצון על הגבלת מזון ניסיון גלגל ריצה, הם הופכים היפראקטיביים - פועלים יותר מחיות עם גישה חופשית למזון. כאן, אנו מתארים את ההליכים שבי ABA מושרה בC57BL / 6 נקבות עכברים מתבגרים. ביום שלאחר הלידה 36 (P36), בעלי החיים שוכן עם גישה לתרגיל מרצון על ריצהגלגל. לאחר 4 ימים של הסתגלות לגלגל הריצה, על P40, כל המזון הוא להסיר את הכלוב. במשך 3 הימים הבאים, מזון מוחזר לכלוב (המאפשר גישת בעלי חיים אוכל חינם) לשעה 2 ביום. לאחר היום הרביעי של הגבלת מזון, גישה חופשית למזון הוא חזר וגלגל הריצה הוא להסיר את הכלוב כדי לאפשר לבעלי החיים להתאושש. ניתוח רב-יום רצוף של ריצת פעילות גלגל מראה כי העכברים הפכו היפראקטיבי בתוך 24 שעות הבאות תחילת הגבלת מזון. העכברים לרוץ גם בזמן המוגבל שבמהלכו יש להם גישה למזון. בנוסף, דפוס היממה של ריצת גלגל הופך מופר על ידי הניסיון של הגבלת מזון. אנחנו כבר מסוגלים לתאם שינויי נוירו-ביולוגיים בהיבטים שונים של בעלי החיים גלגל ריצת התנהגות לסבך אזורי מוח מסוימים ושינויי neurochemical עם עמידות ופגיעות להיפראקטיביות מושרה מזון-הגבלה.
אנורקסיה נרבוזה () היא מחלה פסיכיאטרית מאופיינת בהגבלה מופרזת של צריכת מזון, על-תרגיל, ופחדים לא רציונאליים של עלייה במשקל. אחת המחלות הפסיכיאטריות הקטלניות ביותר 1, יש אין טיפול תרופתי מקובל עד כה, ואת המנגנונים ואת ההשפעות של המחלה נוירו-ביולוגיים הם הבינו היטב. אנחנו לומדים מודל חיה של לחקור את שינויי נוירו-ביולוגיים וneurochemical קשורות עם תסמיני סימן היכר של המחלה.
אנורקסיה (ABA) המבוסס על פעילות היא תופעה ביו-ההתנהגות המתוארת במכרסמים שדגמים מסוימים של המאפיינים של 2,3. כאשר מכרסמים עם גישה חופשית למימוש רצון על ניסיון אוכל-הגבלת גלגל ריצה, רב, אך לא כולם, הפכו היפראקטיביים - פועל יותר ממה שהם רצו לפני תחילת אוכל-הגבלת 3,4. יש כבר הסברים הציעו רבים למעל התרגיל הוצג על ידיבעלי החיים ABA וחולים: שזה סוג של התנהגות 5 ליקוט, מנגנון להתמודדות עם הלחץ של מזון-הגבלה 6, ניסיון להעלות את טמפרטורת גוף בזמן הירידה מושרה רעב בחילוף חומרים 7, או תוצאה של hypoleptinemia 8 . מודל מכרסם זה מתרבה התופעות של אובדן משקל גוף, היפראקטיביות, הגבלת מזון מרצון על ידי הבחירה לרוץ בגישת מזון מוגבלת, מתאמים עם חרדת תכונות 9,10, ופגיעות שנפגעו על ידי ניסיון חיים המוקדמים 11. בעוד ABA המודל המכרסם נחשב מודל מתח, זה לא יכול לשקף במדויק בחולים אנושיים, המראים עליית תפקוד מערכת חיסון 12. בין שני המכרסמים והחולים אנושיים, אנשים מסוימים להראות יותר פגיעות מאחרים. בעוד שמחקרים אפידמיולוגיים שואפים להבהיר את גורמי סיכון ל, מעטים יחסית מחקרים ניסו להבין את בסיס נוירו-ביולוגי להבדלים אישיים בvulnerability לאינדוקצית ABA במכרסמים.
חשוב לציין כי שימוש בפרדיגמת ABA נרחב, והשימוש בו כמודל חיה של נבדק 6,13-15 בהרחבה. התרומה של העבודה הנוכחית היא להתוות שיטות הספציפיות המשמשות כדי לעודד ABA בנקבות עכברים מתבגרים ומתאר את השינויים שהיו דרושים כדי להפוך למודלים של המכרסמים הקיימים כדי לשפר את ההישרדות בעכברים צעירים. בנוסף, אנו דנים בטכניקות שונות שיכול להיות בשילוב עם הפרדיגמה ABA ההתנהגות כדי ללמוד היבטים אחרים של מודל החיה.
מודל ABA העכבר מאפשר חיפושים בקפדנות של נוירוביולוגיה של המחלה. זה ניתנות להפרדה מההשפעות החברתית-תרבותיות, אשר, ללא ספק, תורמות לפגיעות של אדם. גם מודל ABA יכול לשמש כדי לחקור את ההשפעה של הגבלת מזון חוזרת ונשנית או צורות אחרות של מתח בשילוב עם גישת גלגל, כך שכדי ללכוד כמה היבטים של הישנות 16. תפקוד מערכת העצבית מעכב במרכזי חרדת מוח נחקר תוך שימוש בטכניקות אלקטרון-מיקרוסקופי 4,16,17. arborization הדנדריטים נחקר באמצעות מעקב וניתוח של תאי פירמידה בתחום CA1 של ההיפוקמפוס והאמיגדלה 18,19 17 סייע-Neurolucida. השפעות של הגבלת מזון וגישה גלגל על חרדה נחקרו באמצעות בדיקות התנהגותיות כגון גבוה בתוספת 10 מבוך. הבסיס הגנטי של פגיעות נחקר באמצעות זנים טהורים שונים של עכברים 9. ניתן לבדוק מניפולציות תרופתיות במודל חיה לפני ניסויים בבני אדם 20-24. בעלי חיים מהונדסים גנטי ומציאה חולפת של גנים יכולים לשמש כדי ללמוד כיצד מניפולציה של מסלולים מולקולריים מסוימים יכולה להשפיע על התנהגות בפרדיגמה ABA. ההשפעה של לחץ בחייו המוקדמים על פגיעות ההפרש לABA wולד להיות נושא אחר שניתן לטפל באמצעות גישה זו.
כל ההליכים המתוארים בפרוטוקול זה הם בהתאם לוועדה המוסדית הטיפול בבעלי חיים ושימוש באוניברסיטת ניו יורק (# A3317-01 צער בעלי החיים Assurance).
הערה: פרוטוקול זה כבר מותאם לנשים בגיל ההתבגרות C57BL / 6 עכברים. בעלי החיים שוכנו במתקן ששומר על RT על 72 מעלות ± 2 ° ולחות בחדר ב 50% ± 10%. אורות בחדר דולקים 07:00-07:00 מדי יום.
1. הכנת כלובים עם ריצת גלגלים
2. הסתגלות שלב
3. הגבלת מזון החל
4. ניטור בעלי החיים בריאות בהגבלת מזון
5. סיום הניסוי
ניתוח 6. נתונים
על מנת לחקור את ההשפעה של ABA באוכלוסייה דומה לאנורקסיה נרבוזה אדם, ניסויים אלה בוצעו בעכברים בגיל ההתבגרות נשיים. לפיכך, הסתגלות גלגל מתחילה זמן קצר לאחר תחילת גיל התבגרות בעכברים, בP36 היום. שלב ההסתגלות מתנהל מP36-P40, והגבלת מזון מתרחשת מP40-P43.
עכברים מתבגרים ממשיכים לצמוח, ומשקל הגוף שלהם ממשיך לגדול ככל שהם מתקרבים לבגרות מלאה. במהלך הסתגלות גלגל, העכברים בדרך כלל לאבד כמות קטנה במשקל או רמה של במשקל. לאחר תחילת הגבלת מזון, משקל גוף של בעלי החיים ABA בחדות יורד (איור 1). משקל הגוף של בעלי חיים בקבוצת ABA יכול להיות לעומת שליטה (CON) בעלי חיים שלא היה גישה לגלגל ריצה ולא חוו הגבלת מזון.
(1) הגלגל היומי (24 שעות): פעילות הגלגל של כל חיה ניתן לנתח בדרכים שונות פעילות של בעלי החיים ABA ניתן להתוות, מראה כי בעלי החיים מתחילים לרוץ יתר על המידה לאחר תחילת הגבלת מזון (איור 2). (2) פעילות הגלגל של כל בעלי חיים יכולה להיבחן בקנה מידה עדינה באמצעות תוכנת הניתוח, המראה את דפוס היממה של פעילות גלגל (איור 3). (3) פעילות הגלגל בשעה 2 של גישת מזון מציינת הגבלת מזון מרצון, שכן בעלי החיים בוחרים לרוץ במקום לאכול. (4) לאחר הגבלת מזון מתחילה, כמה בעלי חיים מצביעים על עלייה בפעילות בפרק זמן קצר לפני מועד ההאכלה. עלייה יומית זה בפעילות של תנועה לפני המצגת של מזון נקראת "פעילות מקדימה מזון" (איור 4). (5) המהירות שבה חיות לרוץ ניתן להשוות, כשני המרחק ולהתעכב הזמן על ההגה מנוטר באופן רציף. שינוי בפרמטרים אלה עשויים לשקף את שלב הלמידה של ריצה על הגלגל.
= "Jove_content" ילדה> בעלי חיים מראים השתנות פרט בפעילות גלגלם, התנהגות אכילה, וירידה במשקל. בעוד השתנות אדם זה לעתים קרובות עושה את זה קשה להשיג הבדלים ממוצעים קבוצה משמעותית מבחינה סטטיסטית, הוא נפתח השדרה של ניתוח על ידי מתאם. לדוגמא, השינוי במשקל גוף בעכברי ABA בקורלציה עם השינוי היומי שלהם בריצה גלגל - כלומר, בעלי החיים שהראו יותר פעילות גלגל גם איבד יותר משקל 16. באותו המחקר, שהראה כי גם עצבוב GABAergic של תאי פירמידה CA1 ההיפוקמפוס הוגדל בבעלי החיים שהראו ירידה בפעילות יתר בניסיון שני של ABA. במחקר שנערך באמצעות חולדות ABA, נמצא כי הביטוי של קולטני GABA המכיל מקטע α4 בקורלציה עם ירידת היפראקטיביות, או עמידות לABA 25.

איור 1. משקל גוף שינויים במהלך ABA. נתוני משקל גוף מוצגים מעוקבה אחת מחמש נקבות עכברים מתבגרים. היו עכברי גישת גלגל ריצה ל- 7 הימים מלאים של הניסוי. ארבעה הימים הראשונים היו שלב ההסתגלות, לאחר שמזון הגבלה הוטל לשלושה ימים נוספים. יום 0 מציין את תחילת הגבלת מזון. ברים שגיאה מצביעים סטיית התקן של הממוצע. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

פעילות גלגל איור 2. פעילות גלגל יומית לפני ואחרי תחילתה של הגבלת מזון. יומית (24 שעות) מוצגת לעכבר אחד. יום 0 מציין את תחילת הגבלת מזון. עליות פעילות גלגל יומית כוללת של כמעט כפול אחריתחילתה של הגבלת מזון. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3. ברציפות פיקוח פעילות גלגל ריצה על ניסוי שמונה ימים. צילום מסך מוצג מהתוכנה ניתוח גלגל. זו מציגה את פעילות הגלגל (ספירת גלגל על הציר האנכי) של עכבר אחת במשך שמונה ימים (זמן על הציר האופקי) של גישה לגלגל ריצה. מתחת לעלילת הפעילות היא שכבה המציינת את הזמנים שבם אורות דולקים ואת בחדר. לפני הגבלת מזון מתחילה, בעלי החיים מראה פעילות מינימאלית במהלך מחזור האור. הקו המקווקו האנכי הראשון מציין את תחילתה של הגבלת מזון, שלוש השורות הבאות מצביעות על האכלת 2 שעות להתחיל כל יום, וחצים אדומים מצביעים על ההופעת דואר של פעילות מקדימה מזון בשלב האור. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

פעילות גלגל 4. איור הוא גדל בכל השעות היום, אבל באופן דרמטי ביותר בתקופה שקדמה לגישה. ריצת גלגל מזון מוצג לארבעה מגזרי 6 שעות של היום. ברים שכותרתו "לפני FR" מצביעים על מספר סעיפי גלגל הממוצע ביומיים האחרונים של שלב ההסתגלות. ברים שכותרתו "במהלך FR" מצביעים על שני הימים הראשונים של ph הגבלת מזוןASE. "שחזור" מציין הרמות של פעילות לאחר החיות הורשו להתאושש ללא גלגל ריצה במשך לפחות 6 ימים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
ההיבטים הקריטיים של מודל ABA הם (1) גישה חופשית למימוש רצון על גלגל ריצה ו( 2) הגבלת מזון עם גישת מזון מוגבלת לתקופה מוגבלת של זמן. גישה לגלגל ריצה מאפשרת לבעל החיים יבחרו להשתמש בגלגל ונותנת אינדיקציה להשפעה של הגבלת מזון במוטיבציה של בעלי החיים לממש. לעומת זאת, גישה מוגבלת בזמן אוכל (ולא קלוריות הגבלה) מאפשרת הניסוי למדידת הגבלת מזון מרצון על ידי ניטור המידה שבה חיות לבחור להפעיל בשעות מוגבלות של גישת אוכל. בדרך זו, ABA הוא מודל מצוין של ההרעבה העצמית המתרחשת ב.
על מנת למזער את הרעש בנתונים התנהגות עכבר, חשוב למזער את כמות לחץ בלתי צפוי שניסיון חיים. לדוגמא, טיפול בבעלי החיים צריכים להיות כל הזמן למינימום, עם בעלי החיים רק הפרעה במשקל, ברגע שיום. הנסיין טיפול בעלי החיים צריך להיות מאומן ונוח עם טיפול בחיות. במידת האפשר, אדם אחד צריך לטפל בבעלי החיים לאורך כל הניסוי, כדי למנוע לחץ נוסף. יש להימנע ריחות ובשמים. הזמן של משקל ואספקת מזון צריך להיעשות כדי להיות רגיל ככל האפשר, כדי למזער את הבלתי צפוי. כאמצעי זהירות מפני אובדן נתונים, עדיף לשלטון המחשב באמצעות אספקת חשמל גיבוי במקרה של הפסקת חשמל; אפילו הפסקה קצרה של כוח תגרום למחשב לבצע הפעלה מחדש ורכישת נתונים תחדל. בנוסף, חשוב לפקח על חיי הסוללה של משדרי הגלגל יומי. אם רמת הסוללה חלשה הופכת, משדר עלול להיכשל לסירוגין לשלוח נתונים לרכזת, ובכך להמעיט את הפעילות של בעלי החיים.
פרוטוקול העכבר המתואר כאן היה שונה מהפרוטוקול הסטנדרטי ששימש במשך 4 חולדות. נקבות עכברים מתבגריםהם הרבה יותר פגיעים לירידה במשקל מוגזמת ומוות כתוצאה מרעב. לכן, נעשו השינויים הבאים על מנת לשפר את ההישרדות ללפחות שלושה ימים של ABA. ראשון, ביום הראשון של הגבלת מזון קוצר על ידי הסרת מזון בצהריים ולא בשעה 8 ביום הקודם. יתר על כן, בתקופה של גישת מזון הזמן הוגדלה מ 1 שעה לשעה 2 ואת הזמינות של מזון רטוב גם הוסיפה כדי למזער את ההשפעות של התייבשות. מצאנו כי מתן מזון רטוב לעכברים שיפר את מצבם באופן משמעותי בשלושה ימי הגבלת מזון. ללא מזון הרטוב, משקל גוף היה נופל הרבה יותר מהר ובעלי חיים היו הצורך להסיר מסביבת המזון מוגבלת. שינויים אלה היו מספיק כדי לאפשר העכברים לשרוד דרך שלושה ימים מלאים של הגבלת מזון וקלות להתאושש מABA.
יש פרוטוקול זה לABA כמה מגבלות חשובות לשקול. ראשית, יש צורך לשכן את העכברים בנפרד ב כלובים עם גלגל ריצה כדי לפקח על פעילות הגלגל של כל עכבר באופן עצמאי. התוצאה היא הבידוד החברתי של בעלי החיים, לחץ ידוע שעשויות להשפיע על התנהגותם של בעלי החיים בABA, כמו גם חלק מהמעגלים העצביים שהם נחקרים 26. עד כה, אין ציוד זמין שהוא מסוגל לעקוב אחר הפעילות יחידה של עכברים שוכנו שיתוף, אבל נראה שזה היה להיות בעיה פתירה באמצעות טכנולוגיית RFID ומעקב תגים קשורים לכל חיה. תוצאה עלול להיות בלתי נמנעת אחרת של בעלי חיים שיתוף דיור בהגבלת מזון היא הסיכון שבעלי החיים עשויים להיות תוקפניים כלפי הכלוב-זוגם. שינוי הכלוב של החיות לאחר כל פגישת האכלה הוא לחץ אחר שהיו לנו להציג מזון אגירת בעלי חיים בשל אחד מתחת למצעים. אנו שואפים לצמצם את הלחץ של כלוב חדש על ידי החדרת כמות משמעותית של מצעים מלוכלכים מהכלוב הקודם לתוך הכלוב הטרי.
> קבוצות אחרות תוך שימוש במודל ABA בחרו פרמטרים שונים ללוח זמני ההאכלה שלהם. הבחירה של זמן האכלה בשלב האפל של מחזור האור-חושך היא לא סטנדרטית. בחרנו להאכיל את החיות בזמן שהאורות תכבה, כדי לאפשר זמן טבעי יותר לבעלי החיים לאכול, מאז העכבר הלילי הוא נוהג יותר ערני ופעיל בתקופה זו. חלק מהקבוצות להאכיל את החיות בתקופת האורות-על של היום 13,27. זה עשוי להיות לטובת הנוחות של הניסוי, וזה חשוב לציין כי בזמן התקופה לקצבת מזון בשלב האור צריכה להיות מוגברת לשיפור הישרדות. כמו כן ניתן להציע שחוסם את גישה לגלגל הריצה במהלך ההאכלה עשויה לשפר את ההישרדות, אבל אנחנו מרגישים שזה מסיר את ההיבט מעניין מאוד של התנהגות שהוא ההחלטה שנעשתה על ידי חלק מבעלי החיים לרוץ ולא לאכול, מחריף את ההרעבה העצמית נוסף היבט של מודל ABA, אבל לכידת סימן היכר שלהתנהגות אנושית הקשורים ל.
חשוב לציין כי פרוטוקול זה כבר מותאם במיוחד לנשים בגיל ההתבגרות עכברי C57BL / 6. אם זן עכבר, מין, או קבוצת גיל שונה הוא לשמש, כמה פרמטרים של הפרוטוקול עשויים לדרוש שינוי. כמו כן, הוכיח כי RT משפיע על חומרת ABA במכרסמים 28. בזמן שאנחנו לא מנסים להשתנות RT ללימודים שלנו, להגדיל את RT עשוי לשפר את שיעורי הישרדות בקרב בעלי החיים ABA.
היתרון של שימוש במודל חיה של מחלות אנושיות, כגון, הוא שאפשר ללמוד את האנטומיה והפיסיולוגיה של מוח ושינויים הנגרמת על ידי גישה לתרגיל מרצון והגבלת מזון בסביבה מבוקרת. השימוש בעכברים במודל ABA מאפשר השימוש בגישות גנטיות חזקות באמצעות בעלי חיים מהונדסים וזיהום ויראלי למניפולציה גנטית. מחקרים עתידיים מכוונים לומד את ההשפעה של גנים מסוימים בחוסןאו פגיעות להיפראקטיביות מושרה הגבלת מזון והרעבה עצמית.
המימון לפרסום זה ניתן על ידי Med Associates, Inc., המייצרת ציוד המשמש במאמר זה.
עבודה זו נתמכה על ידי גרנט תכנית קלרמן הקרן באכילת מחקר הפרעות לCA; המכונים הלאומי לבריאות מענקי R21MH091445-01 לCA, R21MH105846 לCA, R01NS066019-01A1 לCA, R01NS047557-07A1 לCA, EY13079 ניי Core גרנט לCA, R25GM097634-01 לCA, UL1 TR000038 מהמרכז הלאומי לקידום Translational מדע לTGC, מחקר קרן האתגר של אוניברסיטת ניו-יורק לקליפורניה; ומענקי פולברייט לYW ג
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| גלגל ריצה אלחוטי לעכבר | Med Associates | ENV-044 | |
| רכזת ממשק USB | Med Associates | DIG-804 | |
| Wheel Manager Software | Med Associates | SOF-860 | |
| Wheel Manager ניתוח נתונים | Med Associates | SOF-861 | |
| דיאט ג'ל 76A | Clear H2O | 72-07-5022 | |
| דיאטת עכבר 5001 | PMI |
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה