Artykuł metodologiczny

Wykorzystanie modelu gryzoni anoreksji opartej na aktywności do badania neurobiologicznych podstaw jadłowstrętu psychicznego

DOI:

10.3791/52927

⸱

22 października 2015

 ,  , 
1Center for Neural Science, New York University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tutaj prezentujemy protokół indukowania anoreksji opartej na aktywności (ABA) u samic dorastających myszy. ABA to stan nadpobudliwości wywołany przez nałożenie ograniczenia pokarmowego na gryzonie mające dostęp do koła do biegania. Zjawisko to jest wykorzystywane jako model do badania neurobiologii leżącej u podstaw jadłowstrętu psychicznego.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Jadłowstręt psychiczny (AN) jest chorobą psychiczną charakteryzującą się nadmiernie ograniczonym spożyciem kalorii i nienormalnie wysokim poziomem aktywności fizycznej. Choroba trudna do leczenia, ze względu na brak zrozumienia leżącej u jej podstaw neurobiologii, AN ma najwyższy wskaźnik śmiertelności wśród chorób psychicznych. Aby zaspokoić tę potrzebę, neuronaukowcy wykorzystują model zwierzęcy do zbadania, w jaki sposób obwody neuronalne mogą przyczyniać się do podatności na AN i mogą być dotknięte AN. Anoreksja oparta na aktywności (ABA) to zjawisko biobehawioralne opisane u gryzoni, które modeluje kluczowe objawy jadłowstrętu psychicznego. Kiedy gryzonie mające swobodny dostęp do dobrowolnych ćwiczeń na kole do biegania doświadczają ograniczeń żywieniowych, stają się nadpobudliwe – biegają więcej niż zwierzęta z wolnym dostępem do pożywienia. Tutaj opisujemy procedury, za pomocą których ABA jest indukowane u dorastających samic myszy C57BL / 6. W 36. dniu po urodzeniu (P36) zwierzę jest trzymane w domu z dostępem do dobrowolnych ćwiczeń na kole do biegania. Po 4 dniach od aklimatyzacji do koła biegowego, na P40, cały pokarm jest usuwany z klatki. Przez kolejne 3 dni karma jest zwracana do klatki (umożliwiając zwierzętom swobodny dostęp do pokarmu) przez 2 godziny dziennie. Po czwartym dniu restrykcji żywieniowych przywracany jest swobodny dostęp do pokarmu, a koło jezdne jest wyjmowane z klatki, aby umożliwić zwierzętom powrót do zdrowia. Ciągła, wielodniowa analiza aktywności kół do biegania pokazuje, że myszy stają się nadpobudliwe w ciągu 24 godzin po rozpoczęciu ograniczeń żywieniowych. Myszy biegają nawet w ograniczonym czasie, w którym mają dostęp do pożywienia. Dodatkowo, okołodobowy wzorzec biegania w kółko zostaje zakłócony przez doświadczenie ograniczenia jedzenia. Byliśmy w stanie skorelować zmiany neurobiologiczne z różnymi aspektami zachowania zwierząt podczas biegania w kółko, aby powiązać poszczególne regiony mózgu i zmiany neurochemiczne z odpornością i podatnością na nadpobudliwość wywołaną restrykcją pokarmową.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Jadłowstręt psychiczny (AN) to choroba psychiczna charakteryzująca się nadmiernym ograniczeniem spożycia pokarmu, nadmiernym wysiłkiem fizycznym i irracjonalnymi obawami przed przybraniem na wadze. Jedna z najbardziej śmiertelnych chorób psychicznych1, AN nie doczekała się do tej pory akceptowanego leczenia farmakologicznego, a mechanizmy neurobiologiczne i skutki choroby są słabo poznane. Badamy zwierzęcy model azotanu amonu, aby zbadać zmiany neurobiologiczne i neurochemiczne związane z charakterystycznymi objawami choroby.

Anoreksja oparta na aktywności (ABA) jest zjawiskiem biobehawioralnym opisanym u gryzoni, które modeluje niektóre cechy AN2,3. Kiedy gryzonie mające swobodny dostęp do dobrowolnych ćwiczeń na kole do biegania doświadczają ograniczeń żywieniowych, wiele, ale nie wszystkie, staje się nadpobudliwych – biega więcej niż biegały przed nadejściem ograniczenia żywieniowego3,4. Istnieje wiele sugerowanych wyjaśnień nadmiernego wysiłku fizycznego wykazywanego przez zwierzęta z ABA i pacjentów z AN: że jest to forma zachowaniażerowego5, mechanizm radzenia sobie ze stresem związanym z ograniczeniemjedzenia6, próba podniesienia temperatury ciała podczas spadku metabolizmu wywołanego głodem7 lub wynik hipleptynemii8. Ten model gryzoni odtwarza objawy AN utraty masy ciała, nadpobudliwości, dobrowolnego ograniczania jedzenia poprzez wybór biegania podczas ograniczonego dostępu do żywności, korelacji z cechami lękowymi9,10 i podatności dotkniętej wczesnymi doświadczeniami życiowymi11. Chociaż model ABA gryzoni jest uważany za model stresu, może nie odzwierciedlać dokładnie AN u ludzi, którzy wykazują zwiększoną funkcję immunologiczną12. Zarówno wśród gryzoni, jak i ludzi, niektóre osobniki wykazują większą wrażliwość niż inne. Podczas gdy badania epidemiologiczne dążą do wyjaśnienia czynników ryzyka AN, stosunkowo niewiele badań próbowało zrozumieć neurobiologiczne podstawy indywidualnych różnic w podatności na indukcję ABA u gryzoni.

Ważne jest, aby zauważyć, że paradygmat ABA jest szeroko stosowany, a jego użycie jako zwierzęcego modelu AN zostało dokładnie sprawdzone6,13-15. Wkładem obecnej pracy jest nakreślenie konkretnych metod stosowanych do indukcji ABA u dorastających samic myszy oraz nakreślenie modyfikacji, które były konieczne do wprowadzenia do istniejących modeli gryzoni w celu poprawy przeżywalności u młodych myszy. Dodatkowo omawiamy różne techniki, które można połączyć z paradygmatem zachowania ABA w celu zbadania innych aspektów modelu zwierzęcego.

Mysi model ABA pozwala na ścisłą eksplorację neurobiologii choroby AN. Można to oddzielić od wpływów społeczno-kulturowych, które niewątpliwie przyczyniają się do podatności danej osoby na zagrożenia. Model ABA może być również wykorzystany do zbadania wpływu nawracającego ograniczenia jedzenia lub innych form stresu w połączeniu z dostępem do kół, aby uchwycić niektóre aspekty nawrotu AN16. Funkcję hamującego układu neuroprzekaźników w ośrodkach lękowych w mózgu badano przy użyciu technik mikroskopu elektronowego4,16,17. Arboryzacja dendrytyczna została zbadana przy użyciu wspomaganego Neurolucida śledzenia i analizy komórek piramidowych w polu CA1 hipokampa18,19 i ciała migdałowatego17.  Wpływ ograniczenia jedzenia i dostępu do kół na lęk został zbadany za pomocą testów behawioralnych, takich jak podwyższony plus labirynt10. Genetyczne podstawy podatności badano przy użyciu różnych szczepów wsobnych myszy9. Manipulacje farmakologiczne można przetestować na modelu zwierzęcym przed badaniami na ludziach20-24. Genetycznie modyfikowane zwierzęta i przejściowe knockdown genów mogą być wykorzystane do zbadania, w jaki sposób manipulacja określonymi szlakami molekularnymi może wpływać na zachowanie w paradygmacie ABA. Wpływ stresu we wczesnym okresie życia na zróżnicowaną podatność na ABA byłby kolejnym tematem, który można rozwiązać za pomocą tego podejścia.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszystkie procedury opisane w tym protokole są zgodne z Instytucjonalnym Komitetem ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania Uniwersytetu Nowojorskiego (Zapewnienie Dobrostanu Zwierząt #A3317-01).
UWAGA: Ten protokół został zoptymalizowany dla dorastających samic myszy C57BL/6. Zwierzęta były trzymane w obiekcie, w którym utrzymuje się RT na poziomie 72° ± 2°, a wilgotność w pomieszczeniu na poziomie 50% ± 10%. Światła w pokojach włączały się codziennie od 7 rano do 19 wieczorem.

1. Przygotowanie klatek z kołami jezdnymi

  1. Komputer i koncentrator interfejsu USB należy ustawić w bezpiecznym miejscu pomieszczenia dla zwierząt, z dala od bieżącej wody i ruchu pieszego, ale wystarczająco blisko stojaka na klatki, aby znajdować się w zasięgu bezprzewodowym nadajników. Upewnij się, że zarówno komputer, jak i koncentrator interfejsu USB są zasilane z gniazdka ściennego, a koncentrator interfejsu USB łączy się z komputerem za pomocą USB. Użyj urządzenia do zasilania awaryjnego, aby zasilić zarówno komputer, jak i koncentrator USB.
  2. Podłącz komputer do koncentratora interfejsu USB za pomocą USB dołączonego do kierownicy do biegania.
  3. Uruchom komputer i uruchom oprogramowanie koła jezdnego, klikając dwukrotnie ikonę.
  4. Zainstaluj trzy baterie AAA w podstawie każdego z kół jezdnych i upewnij się, że oprogramowanie menedżera kół rozpoznało nadajnik. Wymień każde koło w oknie programu pod nagłówkiem "Czujniki koła".
  5. Skonfiguruj akwizycję danych zgodnie z określonymi specyfikacjami eksperymentu.
  6. Przygotuj klatkę dla każdej myszy z posłaniem, gniazdami, swobodnym dostępem do wody i kołem do biegania. Zazwyczaj do badań neuroanatomicznych używa się 8 myszy na eksperyment. Do badań behawioralnych może być potrzebnych więcej myszy, aby zapewnić odpowiednią moc statystyczną.
  7. Upewnij się, że koło jezdne może się swobodnie poruszać bez dotykania ścian klatki, kosza na żywność lub górnej części klatki. Zakręć każdym kołem kilka razy i upewnij się, że oprogramowanie aktualizuje liczbę kół dla każdego koła.

2. Faza aklimatyzacji

  1. Umieść każdą mysz (samica myszy C57BL/6; wiek P36) indywidualnie w klatce z kółkiem do biegania.
  2. Dodaj wstępnie zważoną ilość suchej karmy (około 100 g) do zbiornika na żywność i umieść wstępnie zważony pełny pojemnik (około 50 g) mokrej karmy w klatce.
  3. W oknie programu rozpocznij pobieranie i przechowywanie danych o aktywności koła, wybierając opcję "Rozpocznij akwizycję" w menu Plik. Wybierz katalog, w którym zostaną zapisane dane. Oprogramowanie będzie rejestrować obroty koła w sposób ciągły, dopóki eksperyment nie zostanie zatrzymany ręcznie.
  4. Waż zwierzę, mokrą karmę i suchą karmę codziennie o godzinie wyłączenia światła w pomieszczeniu. Uzupełnij suchą karmę, jeśli waga spadnie poniżej 50 g, i wymień pojemnik na mokrą karmę, jeśli żywność wyschnie lub zabrudzi się pościelą. Również w tym czasie należy ręcznie rejestrować liczbę kół każdego dnia, na wypadek utraty danych cyfrowych.

3. Początkowe ograniczenie żywności

  1. Usuń całą mokrą i suchą karmę z klatki w południe (lub 7 godzin przed planowanym wyłączeniem świateł w pomieszczeniu) pierwszego dnia ograniczenia żywności.
  2. Tego samego dnia, na początku ciemnego cyklu, zapisz wagę zwierzęcia i liczbę kół. Umieść wstępnie zważoną ilość suchej karmy (około 50 g) w zbiorniku na żywność, a wstępnie zważoną ilość mokrej karmy (około 5 g) w klatce w łódce wagowej.
  3. Przygotuj świeżą klatkę z ściółką i gniazdami dla każdego zwierzęcia.
  4. Po 2 godzinach przenieś koło jezdne do przygotowanej świeżej klatki. Ta zmiana klatki zapewnia, że zwierzę pozostanie z ograniczeniem pożywienia do następnego karmienia, na wypadek, gdyby niektóre okruchy pokarmu spadły lub zostały zgromadzone w ściółce. Aby zmniejszyć stres związany ze zmianą klatki, dodaj dwie garście (około 500 ml) zabrudzonej ściółki ze starej klatki i przenieś zwierzę do nowej klatki.
  5. Zapisz wagę pozostałej mokrej i suchej karmy, aby określić ilość zjedzonego pokarmu. Zapisz liczbę kół na koniec okresu dostępu do żywności.

4. Monitorowanie zdrowia zwierząt podczas restrykcji żywieniowych

  1. Każdego dnia, na początku ciemnego cyklu, zapisuj wagę zwierzęcia i liczbę kół. Umieść wstępnie zważoną ilość suchej i mokrej karmy w klatce.
  2. Jeśli masa ciała zwierzęcia spadnie poniżej 75% jego początkowej masy ciała przed ograniczeniem pokarmu, należy usunąć je z eksperymentu.
    UWAGA: Inne oznaki nadmiernego głodu to zgarbiona postawa i niemożność poruszania się po klatce. Zwierzę może być zimne w dotyku i nie jeść w ciągu 2 godzin dostępu do jedzenia.
  3. Przygotuj świeżą klatkę z ściółką i gniazdami dla każdego zwierzęcia.
  4. Po 2 godzinach przenieś koło jezdne do przygotowanej świeżej klatki. Dodaj dwie garście (około 500 ml) zabrudzonej ściółki ze starej klatki i przenieś zwierzę do nowej klatki.
  5. Zapisz wagę pozostałej mokrej i suchej karmy, aby określić ilość zjedzonego pokarmu. Zapisz liczbę kół na koniec okresu dostępu do żywności.

5. Zakończenie eksperymentu

  1. Po trzech dniach ograniczania jedzenia zakończ eksperyment ABA. Poddaj zwierzę eutanazji w celu pobrania tkanki mózgowej lub pozwól zwierzętom wyzdrowieć przed poddaniem się dodatkowym testom behawioralnym.
  2. Kliknij opcję "Zakończ pozyskiwanie" w menu Plik w oknie programu.
  3. Zdejmij koła jezdne z klatek i wyjmij baterie z podstawy osi.
  4. W przypadku umożliwienia zwierzętom powrotu do zdrowia, należy zwrócić wstępnie zważoną ilość suchej karmy do zasobnika na żywność i umożliwić zwierzętom dostęp do pokarmu ad libitum podczas rekonwalescencji.

6. Analiza danych

  1. Zapisz wszystkie dane koła dla eksperymentu w pliku .wls w katalogu wybranym na początku eksperymentu.
  2. Eksportuj dane do arkusza kalkulacyjnego, wybierając opcję "Eksportuj" w menu Plik. Wybierz żądane pliki .wls w opcji "Źródłowy plik danych". Wybierz datę i godzinę rozpoczęcia i zakończenia, a następnie wybierz każdy czujnik koła do wyeksportowania z listy Czujniki koła.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W celu zbadania wpływu ABA na podobną populację do ludzkiej jadłowstrętu psychicznego, eksperymenty te zostały przeprowadzone na nastoletnich samicach myszy. Tak więc aklimatyzacja koła rozpoczyna się wkrótce po rozpoczęciu dojrzewania u myszy, w dniu P36. Faza aklimatyzacji jest przeprowadzana z P36-P40, a ograniczenie pokarmu następuje z P40-P43.

Dorastające myszy nadal rosną, a ich masa ciała wzrasta w miarę zbliżania się do pełnej dorosłości. Podczas aklimatyzacji kół myszy na ogół tracą niewielką ilość wagi lub utrzymują się na stałym poziomie. Po rozpoczęciu restrykcji żywieniowych masa ciała zwierząt z ABA gwałtownie spada (ryc. 1). Masę ciała zwierząt z grupy ABA można porównać ze zwierzętami kontrolnymi (CON), które nie miały dostępu do koła do biegania i nie doświadczyły ograniczeń żywieniowych.

Aktywność koła każdego zwierzęcia może być analizowana na różne sposoby: (1) Dzienna (24-godzinna) aktywność kół zwierząt ABA może być wykreślona, pokazując, że zwierzęta zaczynają nadmiernie biegać po rozpoczęciu restrykcji żywieniowych (Rysunek 2). (2) Aktywność kół każdego zwierzęcia można zbadać w dokładniejszej skali za pomocą oprogramowania analitycznego, pokazując okołodobowy wzorzec aktywności koła (ryc. 3). (3) Aktywność koła podczas 2 godzin dostępu do pożywienia wskazuje na dobrowolne ograniczenie żywności, ponieważ zwierzęta wybierają bieganie zamiast jedzenia. (4) Po rozpoczęciu ograniczania pokarmu niektóre zwierzęta wykazują wzrost aktywności w okresie tuż przed karmieniem. Ten dzienny wzrost aktywności lokomotorycznej przed prezentacją pokarmu nazywa się "aktywnością antycypacyjną pokarmu" (ryc. 4). (5) Prędkość, z jaką biegną zwierzęta, może być porównana, ponieważ zarówno odległość, jak i czas przebywania na kole są stale monitorowane. Zmiana tych parametrów może odzwierciedlać fazę nauki biegania na kole.

Zwierzęta wykazują indywidualną zmienność w aktywności koła, zachowaniach żywieniowych i utracie wagi. Chociaż ta indywidualna zmienność często utrudnia uzyskanie statystycznie istotnych różnic między średnimi grupami, otwiera ona drogę do analizy przez korelację. Na przykład zmiana masy ciała u myszy ABA koreluje z ich codzienną zmianą w bieganiu na kołach – to znaczy, że zwierzęta, które wykazywały większą aktywność na kołach, również straciływięcej na wadze. W tym samym badaniu wykazano również, że unerwienie GABA-ergiczne komórek piramidowych CA1 hipokampa było zwiększone u zwierząt, które wykazywały zmniejszoną nadpobudliwość w drugim doświadczeniu ABA. W badaniu z udziałem szczurów ABA stwierdzono, że ekspresja receptorów GABA zawierających podjednostkę α4 koreluje ze zmniejszoną nadpobudliwością lub odpornością na ABA25.

figure-results-1
Rysunek 1. Zmiany masy ciała podczas ABA. Dane dotyczące masy ciała przedstawiono z jednej kohorty pięciu dorastających samic myszy. Myszy miały dostęp do kółka biegowego przez pełne 7 dni eksperymentu. Pierwsze cztery dni były fazą aklimatyzacji, po której nałożono ograniczenie żywieniowe na dodatkowe trzy dni. Dzień 0 oznacza początek ograniczania żywności. Słupki błędu wskazują błąd standardowy średniej. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-2
Rysunek 2. Codzienna aktywność kół przed i po rozpoczęciu ograniczeń żywieniowych. Codzienna (24-godzinna) aktywność koła jest wyświetlana dla jednej myszy. Dzień 0 oznacza początek ograniczania żywności. Całkowita dzienna aktywność kół wzrasta prawie dwukrotnie po wprowadzeniu ograniczeń żywieniowych. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-3
Rysunek 3. Stale monitorowana aktywność kół biegowych w ciągu ośmiodniowego eksperymentu. Pokazany jest zrzut ekranu z oprogramowania Wheel Analysis. Pokazuje aktywność koła (zliczanie kół na osi pionowej) pojedynczej myszy w ciągu ośmiu dni (czas na osi poziomej) dostępu do działającego koła. Poniżej wykresu aktywności znajduje się nakładka wskazująca czasy, w których światła są włączone i wyłączone w pomieszczeniu. Zanim rozpocznie się ograniczanie pokarmu, zwierzę wykazuje minimalną aktywność podczas cyklu świetlnego. Pierwsza pionowa przerywana linia wskazuje początek ograniczenia pokarmu, trzy kolejne linie wskazują 2-godzinny początek karmienia każdego dnia, a czerwone strzałki wskazują pojawienie się aktywności antycypującej pokarm w fazie światła. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-4
Rysunek 4. Aktywność kół wzrasta we wszystkich porach dnia, ale najbardziej dramatycznie w okresie przed dostępem do żywności. Bieg po kołach jest pokazany dla czterech 6-godzinnych sektorów dnia. Słupki oznaczone jako "Przed FR" wskazują średnią liczbę zliczeń kół w ciągu ostatnich dwóch dni fazy aklimatyzacji. Paski oznaczone jako "Podczas FR" wskazują pierwsze dwa dni fazy ograniczania żywności. "Powrót do zdrowia" oznacza poziom aktywności po tym, jak zwierzętom pozwolono na powrót do zdrowia bez koła do biegania przez co najmniej 6 dni. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kluczowymi aspektami modelu ABA są: (1) swobodny dostęp do dobrowolnych ćwiczeń na kółku do biegania oraz (2) ograniczenie dostępu do żywności przy ograniczonym okresie czasu. Dostęp do koła do biegania pozwala zwierzęciu wybrać sposób korzystania z koła i daje wskazówkę co do wpływu ograniczenia pożywienia na motywację zwierzęcia do ćwiczeń. I odwrotnie, ograniczony czasowo dostęp do żywności (a nie ograniczenie kalorii) pozwala eksperymentatorowi zmierzyć dobrowolne ograniczenie pożywienia poprzez monitorowanie zakresu, w jakim zwierzęta decydują się biegać w ograniczonych godzinach dostępu do żywności. W ten sposób ABA jest doskonałym modelem głodu własnego, który występuje w AN.

Aby zminimalizować szum w danych dotyczących zachowania myszy, ważne jest, aby zminimalizować ilość nieprzewidywalnego stresu, którego doświadczają zwierzęta. Na przykład obchodzenie się ze zwierzętami powinno być ograniczone do minimum, a zwierzęta powinny być niepokojone tylko podczas ważenia, raz dziennie. Eksperymentator zajmujący się zwierzętami powinien być przeszkolony i czuć się komfortowo w obchodzeniu się ze zwierzętami. Jeśli to możliwe, jedna osoba powinna zajmować się zwierzętami przez cały czas trwania eksperymentu, aby uniknąć dodatkowego stresu. Należy unikać zapachów i perfum. Czas ważenia i dostarczania żywności powinien być tak regularny, jak to tylko możliwe, aby zminimalizować wszelkie nieprzewidywalności. Jako środek ostrożności przed utratą danych, najlepiej jest zasilać komputer za pomocą zapasowego zasilacza w przypadku przerwy w dostawie prądu; Nawet krótka przerwa w zasilaniu spowoduje ponowne uruchomienie komputera i zatrzymanie pobierania danych. Dodatkowo ważne jest, aby codziennie monitorować żywotność baterii nadajników koła. Jeśli poziom naładowania baterii stanie się słaby, nadajnik może sporadycznie nie wysyłać danych do huba, nie doceniając w ten sposób aktywności zwierzęcia.

Opisany tutaj protokół myszy został zmodyfikowany w stosunku do standardowego protokołu, który był używany dla szczurów4. Dorastające samice myszy są znacznie bardziej podatne na nadmierną utratę wagi i śmierć z powodu głodu. W związku z tym wprowadzono następujące zmiany w celu poprawy przeżycia do co najmniej trzech dni ABA. Po pierwsze, pierwszy dzień restrykcji żywieniowych został skrócony poprzez usunięcie jedzenia w południe, a nie o 20 poprzedniego dnia. Co więcej, czas dostępu do żywności został wydłużony z 1 godziny do 2 godzin, a także dodano dostępność mokrej karmy, aby zminimalizować skutki odwodnienia. Odkryliśmy, że podawanie myszom mokrej karmy znacznie poprawiło ich stan przez trzy dni ograniczenia jedzenia. Bez mokrej karmy masa ciała spadała znacznie szybciej, a zwierzęta musiały być usuwane ze środowiska o ograniczonym dostępie do pokarmu. Zmiany te były wystarczające, aby umożliwić myszom przetrwanie trzech pełnych dni ograniczenia pożywienia i łatwy powrót do zdrowia po ABA.

Ten protokół dla ABA ma kilka ważnych ograniczeń, które należy wziąć pod uwagę. Po pierwsze, konieczne jest trzymanie myszy pojedynczo w klatkach z kółkiem do biegania, aby niezależnie monitorować aktywność koła każdej myszy. Powoduje to izolację społeczną zwierząt, znany stresor, który może wpływać na zachowanie zwierząt podczas ABA, a także na niektórez badanych obwodów neuronalnych. Jak dotąd nie ma dostępnego sprzętu, który byłby w stanie monitorować indywidualną aktywność myszy trzymanych w jednym kontuarach, ale wydaje się, że jest to problem możliwy do rozwiązania za pomocą technologii RFID i znaczników śledzących przywiązanych do każdego zwierzęcia. Inną potencjalnie nieuniknioną konsekwencją wspólnego trzymania zwierząt podczas ograniczeń żywieniowych jest ryzyko, że zwierzęta mogą stać się agresywne w stosunku do swoich współlokatorów. Zmiana klatki zwierząt po każdej sesji karmienia to kolejny stresor, który musieliśmy wprowadzić ze względu na to, że jedno zwierzę gromadziło pokarm pod ściółką. Naszym celem jest zminimalizowanie stresu związanego z nową klatką poprzez wprowadzenie znacznej ilości zabrudzonej ściółki z poprzedniej klatki do świeżej klatki.

Inne grupy korzystające z modelu ABA wybrały różne parametry dla swojego harmonogramu karmienia. Wybór czasu karmienia w ciemnej fazie cyklu światło-ciemność nie jest standardowy. Zdecydowaliśmy się karmić zwierzęta w czasie, gdy wyłączają się światła, aby zapewnić zwierzętom bardziej naturalny czas na jedzenie, ponieważ nocna mysz jest zwykle bardziej czujna i aktywna w tym czasie. Niektóre grupy karmią zwierzęta w okresie światła w ciągu dnia13,27. Może to być ze względu na wygodę eksperymentatora i ważne jest, aby pamiętać, że okres przyjmowania pokarmu w fazie światła powinien zostać wydłużony, aby poprawić przeżycie. Sugerowano również, że blokowanie dostępu do koła biegowego podczas karmienia może poprawić przeżywalność, ale uważamy, że usuwa to bardzo interesujący aspekt zachowania, jakim jest decyzja podejmowana przez niektóre zwierzęta, aby biegać, a nie jeść, jeszcze bardziej pogarszając aspekt samogłodu w modelu ABA, ale uchwycając cechę charakterystyczną ludzkiego zachowania związanego z AN.

Należy zauważyć, że protokół ten został zoptymalizowany specjalnie dla dorastających samic myszy C57BL/6. Jeśli ma być użyty inny szczep myszy, płeć lub grupa wiekowa, niektóre parametry protokołu mogą wymagać modyfikacji. Wykazano również, że RT wpływa na nasilenie ABA u gryzoni28. Chociaż nie próbowaliśmy zmieniać RT w naszych badaniach, zwiększenie RT prawdopodobnie poprawi wskaźniki przeżycia wśród zwierząt ABA.

Zaletą korzystania ze zwierzęcego modelu choroby ludzkiej, takiego jak AN, jest to, że możliwe jest badanie anatomii i fizjologii mózgu oraz zmian wywołanych dostępem do dobrowolnych ćwiczeń i ograniczaniem jedzenia w kontrolowanych warunkach. Wykorzystanie myszy w modelu ABA pozwala na zastosowanie potężnych podejść genetycznych wykorzystujących zwierzęta transgeniczne i infekcje wirusowe do manipulacji genami. Przyszłe badania mają na celu zbadanie wpływu poszczególnych genów na odporność lub podatność na nadpobudliwość i głód wywołany ograniczeniami pokarmowymi.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Finansowanie tej publikacji zostało zapewnione przez firmę Med Associates, Inc., która produkuje sprzęt używany w tym artykule.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca była wspierana przez Program Grantowy Fundacji Klarmana w zakresie badań nad zaburzeniami odżywiania dla Kalifornii; National Institutes for Health Grants R21MH091445-01 do Kalifornii, R21MH105846 do Kalifornii, R01NS066019-01A1 do Kalifornii, R01NS047557-07A1 do Kalifornii, Grant Podstawowy NE EY13079 do Kalifornii, R25GM097634-01 do Kalifornii, UL1 TR000038 z National Center for the Advancement of Translational Science do TGC, NYU's Research Challenge Fund do Kalifornii; oraz stypendia Fulbrighta dla Y-W C.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Bezprzewodowe kółko do biegania do myszyMed AssociatesENV-044
USB Interface Hub Med AssociatesDIG-804
Oprogramowanie Wheel ManagerMed AssociatesSOF-860
Wheel Manager Analiza danychMed AssociatesSOF-861
Diet Gel 76AClear H2O72-07-5022
Dieta myszy 5001PMI

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Arcelus, J., Mitchell, A. J., Wales, J., Nielsen, S. Mortality rates in patients with anorexia nervosa and other eating disorders. A meta-analysis of 36 studies. Archives of general psychiatry. 68, 724-731 (2011).
  2. Hall, J. F., Hanford, P. V. Activity as a function of a restricted feeding schedule. Journal of comparative and physiological psychology. 47, 362-363 (1954).
  3. Routtenberg, A., Kuznesof, A. W. Self-starvation of rats living in activity wheels on a restricted feeding schedule. Journal of comparative and physiological psychology. 64, 414-421 (1967).
  4. Aoki, C., et al. Adolescent female rats exhibiting activity-based anorexia express elevated levels of GABA(A) receptor alpha4 and delta subunits at the plasma membrane of hippocampal CA1 spines. Synapse. 66, 391-407 (2012).
  5. Adan, R. A., et al. Neurobiology driving hyperactivity in activity-based anorexia. Current topics in behavioral neurosciences. 6, 229-250 (2011).
  6. Gutierrez, E. A rat in the labyrinth of anorexia nervosa: contributions of the activity-based anorexia rodent model to the understanding of anorexia nervosa. The International journal of eating disorders. 46, 289-301 (2013).
  7. Hillebrand, J. J., de Rijke, C. E., Brakkee, J. H., Kas, M. J., Adan, R. A. Voluntary access to a warm plate reduces hyperactivity in activity-based anorexia. Physiology and behavior. 85, 151-157 (2005).
  8. Hebebrand, J., et al. Hyperactivity in patients with anorexia nervosa and in semistarved rats: evidence for a pivotal role of hypoleptinemia. Physiology and behavior. 79, 25-37 (2003).
  9. Gelegen, C., et al. Difference in susceptibility to activity-based anorexia in two inbred strains of mice. European neuropsychopharmacology : the journal of the European College of Neuropsychopharmacology. 17, 199-205 (2007).
  10. Wable, G. S., Min, J. Y., Chen, Y. W., Aoki, C. Anxiety is correlated with running in adolescent female mice undergoing activity-based anorexia. Behavioral neuroscience. , (2014).
  11. Carrera, O., Gutierrez, E., Boakes, R. A. Early handling reduces vulnerability of rats to activity-based anorexia. Developmental psychobiology. 48, 520-527 (2006).
  12. Armstrong-Esther, C. A., Lacey, J. H., Crisp, A. H., Bryant, T. N. An investigation of the immune response of patients suffering from anorexia nervosa. Postgraduate medical journal. 54, 395-399 (1978).
  13. Klenotich, S. J., Dulawa, S. C. The activity-based anorexia mouse model. Methods in molecular biology. 829, 377-393 (2012).
  14. Casper, R. C., Sullivan, E. L., Tecott, L. Relevance of animal models to human eating disorders and obesity. Psychopharmacology. 199, 313-329 (2008).
  15. Carrera, O., Fraga, A., Pellon, R., Gutierrez, E., et al. Rodent model of activity-based anorexia. Current protocols in neuroscience. Crawley, J. acqueline N., et al. 67, 41-49 (2014).
  16. Chowdhury, T. G., Wable, G. S., Sabaliauskas, N. A., Aoki, C. Adolescent female C57BL/6 mice with vulnerability to activity-based anorexia exhibit weak inhibitory input onto hippocampal CA1 pyramidal cells. Neuroscience. 241, 250-267 (2013).
  17. Wable, G. S., et al. Excitatory synapses on dendritic shafts of the caudal basal amygdala exhibit elevated levels of GABAA receptor alpha4 subunits following the induction of activity-based anorexia. Synapse. 68, 1-15 (2014).
  18. Chowdhury, T. G., Barbarich-Marsteller, N. C., Chan, T. E., Aoki, C. Activity-based anorexia has differential effects on apical dendritic branching in dorsal and ventral hippocampal CA1. Brain structure and function. , (2013).
  19. Chowdhury, T. G., et al. Activity-based anorexia during adolescence disrupts normal development of the CA1 pyramidal cells in the ventral hippocampus of female rats. Hippocampus. , (2014).
  20. Klenotich, S. J., et al. Olanzapine, but not fluoxetine, treatment increases survival in activity-based anorexia in mice. Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 37, 1620-1631 (2012).
  21. Altemus, M., Glowa, J. R., Galliven, E., Leong, Y. M., Murphy, D. L. Effects of serotonergic agents on food-restriction-induced hyperactivity. Pharmacology, biochemistry, and behavior. 53, 123-131 (1996).
  22. Atchley, D. P., Eckel, L. A. Treatment with 8-OH-DPAT attenuates the weight loss associated with activity-based anorexia in female rats. Pharmacology, biochemistry, and behavior. 83, 547-553 (2006).
  23. Verhagen, L. A., Luijendijk, M. C., Hillebrand, J. J., Adan, R. A. Dopamine antagonism inhibits anorectic behavior in an animal model for anorexia nervosa. European neuropsychopharmacology : the journal of the European College of Neuropsychopharmacology. 19, 153-160 (2009).
  24. Verty, A. N., et al. The cannabinoid receptor agonist THC attenuates weight loss in a rodent model of activity-based anorexia. Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 36, 1349-1358 (2011).
  25. Aoki, C., et al. alpha4betadelta-GABAARs in the hippocampal CA1 as a biomarker for resilience to activity-based anorexia. Neuroscience. 265, 108-123 (2014).
  26. Stranahan, A. M., Khalil, D., Gould, E. Social isolation delays the positive effects of running on adult neurogenesis. Nature. 9, 526-533 (2006).
  27. Wu, H., et al. Rethinking food anticipatory activity in the activity-based anorexia rat model. Scientific reports. 4, 3929(2014).
  28. Gutierrez, E., Vazquez, R., Boakes, R. A. Activity-based anorexia: ambient temperature has been a neglected factor. Psychonomic bulletin and review. 9, 239-249 (2002).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Aktywno na ko owrotkuograniczenie spo ycia pokarmum odociane samice myszymyszy C57BL 6monitorowanie liczby obrot w ko owrotkaharmonogram dost pu do pokarmuzmiany neurobiologicznetesty behawioralne

Powiązane artykuły