Malattie, lesioni alla testa, modificazioni genetiche e trattamento dei topi con farmaci possono avere effetti profondi sul comportamento. Utilizzando approcci ben caratterizzati e convalidati come l'interramento del marmo e la triturazione dei nidi, i comportamenti compulsivi possono essere documentati accuratamente nei topi come modelli del disturbo ossessivo-compulsivo umano e del disturbo dello spettro autistico.
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Articolo metodologico
Seppellimento del marmo e triturazione di nidi d'annido come test di comportamenti ripetitivi e compulsivi nei topi
In questo articolo
Sommario
Abstract
Il disturbo ossessivo-compulsivo (DOC) e i disturbi dello spettro autistico (ASD) sono condizioni psichiatriche gravi e debilitanti e ciascuno costituisce un significativo problema di salute pubblica, in particolare nei bambini. Entrambe queste condizioni sono evidenziate dall'espressione ripetuta di comportamenti privi di significato. Gli individui con disturbo ossessivo compulsivo spesso mostrano controlli, lavaggio frequente delle mani e conteggio. I bambini con ASD si impegnano anche in picchiettii ripetitivi, sbattimenti di braccia o mani e dondoli. Questi comportamenti possono variare notevolmente in intensità e frequenza di espressione. Forme più intense di comportamenti ripetitivi possono persino provocare lesioni (ad es. toelettatura eccessiva, lavaggio delle mani e autostimolazione). Questi comportamenti sono quindi molto dirompenti e rendono difficile il normale discorso sociale. Le opzioni di trattamento per i comportamenti ripetitivi nel disturbo ossessivo compulsivo e nell'ASD sono alquanto limitate e c'è un grande interesse nello sviluppo di terapie più efficaci per ogni condizione. Negli ultimi tre decenni sono stati sviluppati numerosi modelli animali per la valutazione dei comportamenti compulsivi. Forse i modelli animali con maggiore validità e facilità d'uso sono la prova di interramento del marmo e la prova di triturazione del nido. Entrambi i test sfruttano il fatto che i comportamenti target si verificano spontaneamente nei topi. Nel test di interramento del marmo, 20 biglie sono disposte sulla superficie di un letto pulito. Il numero di biglie sepolte in una sessione di 30 minuti viene valutato da investigatori all'oscuro del trattamento o dello stato dei soggetti. Nel test di triturazione del nido, un nido composto da fibra di cotone spolpata viene prepesato e posizionato sopra la lettiera della gabbia e viene determinata la quantità di nido che rimane intatta dopo una sessione di test di 30 minuti. Attualmente, descriviamo i protocolli e mostriamo la documentazione cinematografica dell'interramento del marmo e della triturazione dei nidi. Entrambi i test sono facilmente e accuratamente valutati e ciascuno è sensibile a piccoli cambiamenti nell'espressione di comportamenti compulsivi che derivano da manipolazioni genetiche, malattie o lesioni alla testa.
Introduzione
I modelli murini dei comportamenti umani, e in particolare dei disturbi psichiatrici, costituiscono approcci sperimentali importanti ed essenziali per lo studio dei meccanismi della malattia e per lo sviluppo di nuove terapie. Molte malattie psichiatriche rimangono estremamente difficili da modellare negli animali (ad esempio la schizofrenia). Tuttavia, gli animali mostrano un gran numero di comportamenti naturali e distintivi che possono essere facilmente collegati a comportamenti simili negli esseri umani. Il movimento o l'attività locomotoria è un esempio di comportamento negli animali che ha una controparte nell'uomo. I roditori spesso si impegnano in una varietà di comportamenti ripetitivi e gli esempi includono la toelettatura o lo scavo. Una condizione psichiatrica che comporta l'esibizione di comportamenti ricorrenti e indesiderati negli esseri umani è il disturbo ossessivo-compulsivo (DOC). I comportamenti altamente caratteristici del disturbo ossessivo compulsivo includono il controllo, il conteggio e l'eccessivo lavaggio o toelettatura. Il disturbo ossessivo compulsivo è un disturbo psichiatrico altamente diffuso (colpisce l'1-3% della popolazione) e debilitante1. Un gran numero di approcci farmacologici e comportamentali sono stati utilizzati per trattare il disturbo ossessivo compulsivo. Molti di questi non riescono a fornire un sollievo a lungo termine e la ricaduta è comune alla fine di un regime di trattamento2,3. Un'altra condizione psichiatrica che coinvolge l'espressione comportamenti ripetitivi è il disturbo dello spettro autistico (ASD). Gli ASD sono caratterizzati da deficit nella comunicazione e nell'interazione sociale e comportamenti ripetitivi e stereotipati che includono rotazioni, dondoli, movimenti o battiti delle dita e movimenti complessi del corpo. I Centers for Disease Control and Prevention hanno stimato che a circa 1 bambino su 88 viene diagnosticato l'ASD. Le opzioni di trattamento per questo disturbo sono estremamente limitate in numero ed efficacia4,5. L'intensità e la frequenza di insorgenza di comportamenti ripetitivi nel disturbo ossessivo compulsivo e nell'ASD possono diventare abbastanza grandi da sostituire la maggior parte degli altri comportamenti normali e delle interazioni sociali nei pazienti con queste condizioni. Alla luce della prevalenza e della natura debilitante delle condizioni psichiatriche caratterizzate da comportamenti ripetitivi, e considerando la scarsa comprensione delle loro cause e le limitate opzioni di trattamento, l'uso di modelli animali per studiare questi comportamenti assume un'ulteriore urgenza.
Negli ultimi 30 anni sono stati sviluppati un gran numero di modelli animali di comportamenti ripetitivi come si vede nel disturbo ossessivo compulsivo e negli ASD e numerose recensioni eccellenti che descrivono questi modelli sono state pubblicate6-14. In generale, questi modelli consolidati possono essere classificati come genetici, farmacologici, del neurosviluppo e comportamentali e la maggior parte mostra una buona facciata, costrutto e validità predittiva6,7. Abbiamo utilizzato due modelli comportamentali - seppellimento del marmo e triturazione del nido - per valutare i comportamenti ripetitivi nei topi geneticamente impoveriti di serotonina15,16. Questi metodi hanno numerosi vantaggi, non ultimo la loro facilità d'uso, l'accuratezza con cui i comportamenti possono essere valutati, l'esibizione spontanea di questi comportamenti nei roditori e il loro uso nello screening ad alto rendimento di topi geneticamente modificati per fenotipi comportamentali anormali. Inoltre, ogni test viene eseguito in gabbie standard e familiari per roditori contenenti la stessa lettiera utilizzata nelle gabbie domestiche dei soggetti, riducendo al minimo la necessità di abituare i topi a nuove camere di prova. Non sono necessarie restrizioni di cibo e/o acqua per "motivare" i topi a esibirsi. Il test di seppellimento del marmo sfrutta la propensione dei topi a scavare in ambienti naturali (ad es. tane, tunnel di fuga) e in lettiere standard in gabbia, e il test di triturazione del nido sfrutta il fatto che i topi sono animali nidificanti per natura che costruiscono nidi per proteggere se stessi e la loro prole dalle condizioni ambientali (ad es.suono, luce, temperatura). Utilizzando materiali non specializzati e comunemente disponibili per l'alloggiamento dei roditori, le attività di interramento del marmo e triturazione del nido sono saggi comportamentali semplici e potenti di comportamenti ripetitivi e compulsivi nei topi.
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Protocollo
Tutti i protocolli che utilizzano gli animali sono stati eseguiti in stretta conformità con le raccomandazioni della Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio del National Institutes of Health. I protocolli sono stati approvati dal Comitato per la cura e l'uso istituzionale della Wayne State University (numero di permesso A3310-01).
1. Preparazione delle gabbie per l'interramento del marmo e la triturazione dei nidiacei
- Utilizzare gabbie per ratti standard in policarbonato (26 cm x 48 cm x 20 cm) con coperchi superiori del filtro montati per il test di interramento del marmo. Aggiungere materiale fresco e non profumato per lettiera per topi a ciascuna gabbia a una profondità di 5 cm e livellare la superficie della lettiera inserendo un'altra gabbia della stessa dimensione sulla superficie della lettiera. Questo ha l'ulteriore vantaggio di imprimere un modello di linee parallele sulla superficie dell'allettamento che può essere utilizzato per il posizionamento del marmo.
- Posizionare delicatamente le biglie giocattolo di vetro standard (stili e colori assortiti, diametro 15 mm, peso 5,2 g) sulla superficie della lettiera in 5 file di 4 biglie (vedi Figura 1A). Lavare le biglie con un detergente da laboratorio delicato, sciacquare accuratamente in acqua distillata-deionizzata e asciugare prima di ogni utilizzo.
- Utilizzare gabbie per ratti standard in policarbonato (19 cm x 29 cm x 13 cm) con coperchi superiori del filtro montati per il test di triturazione del nido. Aggiungere materiale fresco e non profumato per lettiera per topi a ciascuna gabbia a una profondità di 0,5 cm e imballare la lettiera inserendo un'altra gabbia della stessa dimensione sulla superficie della lettiera.
- Pesare i nidi di fibra di cotone disponibili in commercio (5 cm x 5 cm, 5 mm di spessore, ~2,5 g ciascuno) su una bilancia analitica e posizionare un nido sopra la lettiera in ciascuna gabbia di prova (vedere la Figura 3A).
- Imposta cronometri o timer per la durata della sessione di cronometraggio (30 minuti per ogni test).
2. Manipolazione degli animali prima del test
- Ospita i topi individualmente o in gruppo in una stanza con un ciclo luce/buio di 12 ore. Fornire a tutti i topi cibo e acqua ad libitum. Maneggiare delicatamente i topi per tre o cinque giorni prima del test. Usa topi di entrambi i sessi per entrambi i test.
- Eseguire i test comportamentali tra le 9:00 e le 16:00 e trasportare tutte le gabbie domestiche contenenti topi nella sala prove 60 minuti prima dell'inizio dei test.
3. Test di interramento del marmo
- Posiziona un topo in un angolo della gabbia contenente biglie, facendo attenzione a posizionare il topo sulla lettiera il più lontano possibile dalle biglie, e posiziona il coperchio superiore del filtro sulla gabbia. Trattenere cibo e acqua durante il test. Lasciare che il topo rimanga indisturbato nella gabbia per 30 minuti.
- Rimuovi il topo e rimettilo nella sua gabbia di casa dopo il completamento del test, prestando estrema attenzione a non spostare o spostare le biglie durante il processo di rimozione del soggetto dalla gabbia.
- Valutatori del compito (2-3) ciechi alle condizioni di trattamento o al genotipo del topo sottoposto a test per contare il numero di biglie sepolte. Segna una biglia come sepolta se due terzi della sua superficie sono coperti da lettiera. Punteggi medi per il numero di biglie sepolte per ogni topo.
- Recupera tutte le 20 biglie dalla lettiera. Smaltire la biancheria da letto.
4. Test di triturazione Nestlet
- Metti un topo in una gabbia contenente un singolo nido prepesato e posiziona il coperchio superiore del filtro sulla gabbia. Trattenere cibo e acqua durante il test. Lasciare il topo indisturbato nella gabbia con il nido per 30 minuti.
- Rimuovi il mouse e torna alla sua gabbia di casa dopo il completamento del test. Rimuovere il materiale intatta rimanente dalla gabbia con una pinza e lasciare asciugare O/N.
- Pesare il nido rimanente non triturato e dividere questo peso per il peso iniziale per calcolare la percentuale di nido triturato. Se lo si desidera, si valuta la forma del nido prodotto dal topo soggetto utilizzando una scala di valutazione del nido a 5 punti definitiva17, ma rendendosi conto che questa scala è generalmente destinata alla costruzione del nido, non alla triturazione ossessiva.
- Scartare il materiale nido e la lettiera triturati rimanenti.
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Risultati
Un vantaggio principale dei test di sepoltura delle biglie e di strappo del nido è che ciascuno si basa su comportamenti naturali e spontanei dei topi che possono essere quantificati al termine del test, consentendo a un singolo ricercatore di allestire l'esperimento e rimanere fuori dalla stanza durante le sessioni. Un elemento critico del test di sepoltura delle biglie è la rimozione accurata dell'animale dalla gabbia al termine del test. I topi di solito cercano di evitare il prelievo e, nel farlo, possono spostare bi...
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Discussione
I test di interramento del marmo e triturazione del nido sono buoni esempi di metodi comportamentali per studiare comportamenti ripetitivi e compulsivi nei topi. Entrambi i test mostrano un'eccellente validità facciale, costruttiva e predittiva per i disturbi umani che modellano6-11. Questi comportamenti ripetitivi sono naturali e spontanei nei roditori e la loro frequenza e intensità possono variare dopo modificazioni genetiche, come mostrato attualmente, o dopo trauma cranico e trattamento di soggetti con fa...
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Dichiarazioni
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato supportato da sovvenzioni del Dipartimento degli Affari dei Veterani e del National Institutes of Health.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Vetro giocattolo biglie | negozio di giocattoli locale | N/A | stili assortiti, colori, chiaro e opaco |
| Nestlets | Ancare | NES3600 | |
| N10 serie gabbia per topi | Ancare | N10HT | gabbia per roditori standard con parte superiore in filo |
| R20 gabbia per ratti | Ancare | R20 | gabbia per roditori standard con parte superiore in filo |
| Bed-o'Cobs | The Andersons | 8B | lettiera standard per roditori, 1/8 in |
Riferimenti
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