Ograniczone ściółkowanie i gniazdowanie jako model przeciwności losu we wczesnym okresie życia u myszy
12 lipca 2024
Ten protokół opisuje model zwierzęcy do badania, jak przeciwności losu we wczesnym okresie życia, sprowokowane przez zubożałe środowisko i nieprzewidywalną opiekę matki we wczesnym okresie poporodowym, wpływają na rozwój mózgu i przyszłe ryzyko zaburzeń psychicznych.
W naszym laboratorium staramy się zrozumieć, w jaki sposób przeciwności losu we wczesnym okresie życia wpływają na rozwój mózgu i późniejsze ryzyko zaburzeń psychicznych, takich jak depresja i uzależnienie. Jesteśmy szczególnie zainteresowani tym, w jaki sposób mikroglej oddziałujący z wrażliwymi na stres neuronami w wielu obszarach mózgu może być mechanizmem, za pomocą którego następuje przeprogramowanie obwodu. Wcześniej odkryliśmy, że ten model ELA wywołuje nieprawidłowe reakcje stresowe w wieku dorosłym.
Było to spowodowane dysfunkcyjnym przycinaniem synaps pobudzających mikrogleju na neurony eksprymujące hormon uwalniający kortykotropinę w jądrze przykomorowym podwzgórza, a tym samym hiperaktywację tego obszaru mózgu reagującego na stres. Chociaż wiemy, że niekorzystne doświadczenia we wczesnym okresie życia zwiększają ryzyko rozwoju wszelkiego rodzaju problemów zdrowotnych u ludzi, model ograniczonego ściółkowania i gniazdowania pozwala nam udowodnić mechanizmy, w jaki sposób zachodzą one u gryzoni laboratoryjnych. I nigdy wcześniej nie opublikowano protokołu wideo tego modelu.
Model ograniczonego ściółkowania i gniazdowania jest bardzo istotny z punktu widzenia ekologii i translacji, ponieważ środowisko o niskich zasobach powoduje nieprzewidywalną opiekę matczyną, zjawisko, które można również badać u ludzi. Wymaga również minimalnej interwencji eksperymentalnej i został z powodzeniem wdrożony przez wiele laboratoriów na całym świecie. Na początek weź siatkową przegrodę przyciętą zgodnie z wymiarami klatki dla myszy, pozostawiając nadmiar trzech centymetrów na dłuższych bokach.
Złóż krawędzie, aby stworzyć platformę, która idealnie pasuje do krawędzi klatki na wysokości 2,5 centymetra nad podłogą. Po skonfigurowaniu kamer sprawdź interfejs oprogramowania menedżera wideo pod kątem ciągłego nagrywania. Następnie sparuj od jednej do czterech samic z pojedynczym samcem myszy hodowlanej.
Po 17 dniach ciąży lub po widocznej ciąży należy umieścić samice w ich własnych standardowych klatkach z pleksiglasu. Umieść bawełniane gniazdo w klatce, aby umożliwić samicom zbudowanie gniazda. Po kilku dniach, gdy samice urodzą, zapisz datę urodzenia.
W drugiej dobie po urodzeniu przenieś szczenięta do nowej, czystej klatki. Podziel samce i samice na grupy i policz. Zapisz liczbę samców i samic w każdym miocie.
Aby ustawić warunek kontrolny, napełnij klatkę na buty myszy o standardowym rozmiarze około 220 gramami ściółki z kolb kukurydzy. Dodaj jedno standardowe kwadratowe gniazdo bawełniane. Aby pomóc myszom zaaklimatyzować się w tym nieznanym środowisku, umieść po jednym z ich kałów ze starej klatki w każdym rogu nowej klatki.
Przenieś niewielką ilość zużytego bawełnianego gniazda z poprzedniej klatki na nowe gniazdo. Aby ustawić LBN, czyli ograniczone warunki ściółki i gniazdowania, zważ 110 gramów ściółki z kolb kukurydzy. Następnie napełnij standardową klatkę pudełka po butach kolbą kukurydzy i umieść w niej przygotowaną przegrodę siatkową.
Na koniec dodaj połowę bawełnianego kwadratu gniazdowego i powtórz te same kroki aklimatyzacji, co w klatce kontrolnej. Teraz dodaj szczenięta do odpowiednich klatek, umieszczając je na gnieździe. Umieść matkę w klatce przodem do młodych.
Umieść kamerę na statywie przed klatką, aby zapewnić wyraźny widok z boku na matkę i jej młode. W 10. dniu po urodzeniu należy najpierw przenieść matkę do standardowych warunków trzymania w sadzach. Następnie zważ szczenięta, gdy są przenoszone pojedynczo do standardowej klatki.
Młode, które były hodowane w warunkach LBN, były znacznie mniejsze w 10. dniu po urodzeniu niż młode kontrolne.
Przegląd
Niniejsze badanie bada, jak trudności we wczesnym życiu, spowodowane przez ubogie środowisko i nieprzewidywalną opieką matczyną, wpływają na rozwój mózgu i ryzyko wystąpienia późniejszych zaburzeń psychicznych. Biorąc pod uwagę model ograniczonej podściółki i gniazdowania u laboratoryjnych gryzoni, badanie ma na celu wyjaśnienie mechanizmów, a w szczególności roli mikrogleju i neuronów wrażliwych na stres, zaangażowanych w te procesy.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Neurobiologia
- Biologia rozwojowa
- Nauki behawioralne
Tło
- Trudności we wczesnym życiu mogą zwiększać ryzyko problemów ze zdrowiem psychicznym, w tym depresji i uzależnień.
- Model ograniczonej podściółki i gniazdowania (LBN) odzwierciedla znaczenie ekologiczne i translacyjne.
- Model ten naśladuje środowiska o ograniczonych zasobach związane z nieprzewidywalną opieką matczyną.
- Dotychczas nie opublikowano protokołu wideo dla tego modelu.
Cel badania
- Wyjaśnienie biologicznych mechanizmów łączących trudności we wczesnym życiu z późniejszymi zaburzeniami psychicznymi.
- Zbadanie roli mikrogleju w odpowiedzi na stres i przebudowie obwodów neuronalnych.
- Walidacja modelu laboratoryjnego, który koreluje z ludzkimi doświadczeniami wczesnej tragedii.
Wykorzystane metody
- Model ograniczonej podściółki i gniazdowania został ustanowiony u laboratoryjnych gryzoni.
- Mikroglej i neurony były przedmiotem badań, oceniając wpływ stresu na synaptyczne przycinanie.
- Kluczowe ramy czasowe obejmowały oddzielenie młodych od matek do czystych klatek i monitorowanie wagi w dniu postnatalnym 10.
- Szczegóły obejmowały konfigurację warunków kontrolnych i LBN z określoną ilością podściółki i materiałów gniazdowania.
Główne wyniki
- Młode wychowywane w warunkach LBN były istotnie mniejsze w dniu postnatalnym 10 niż kontrolne.
- Niewłaściwe przycinanie synaptyczne mikrogleju prowadziło do nieprawidłowych reakcji na stres u dorosłych.
- Model wykazał, jak wczesna tragedia może prowadzić do nadaktywacji obszaru mózgu odpowiedzialnego za reakcję na stres.
Wnioski
- Badanie to dowodzi znaczącego wpływu warunków we wczesnym życiu na późniejsze zdrowie psychiczne.
- Model LBN okazuje się przydatny do zrozumienia neuronalnych mechanizmów tragedii.
- Odkrycia te mogą poinformować przyszłe badania nad zaburzeniami psychicznymi związanymi z wczesnym stresem.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
The Limited Bedding and Nesting (LBN) model provides a robust, translationally relevant system for interrogating the biological impact of early-life adversity on neurodevelopment and long-term stress responsivity. By modeling unpredictable maternal care and resource scarcity, this approach enables mechanistic de-risking of stress pathway targets and supports predictive confidence in neuropsychiatric disease modeling. Its adoption enhances portfolio decision-making at the intersection of target validation and preclinical model selection for CNS drug discovery.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of stress pathway mechanisms and microglial-neuronal interactions relevant to neuropsychiatric risk.
- Supports functional target validation by linking early-life stress to circuit-level changes and behavioral phenotypes.
- Facilitates predictive confidence in selecting and triaging CNS targets based on mechanistic evidence.
Screening & Assay Development
- Provides a validated in vivo system for quantifying stress-induced phenotypes and neurodevelopmental outcomes.
- Supports reproducible measurement of quantitative outputs such as pup weight and basal corticosterone levels.
- Enables standardization of behavioral and physiological assays for downstream compound evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant models of early-life adversity for translational biomarker exploration.
- Ensures continuity from mechanistic discovery to preclinical validation of stress-modulating interventions.
- De-risks advancement decisions by providing predictive data on long-term behavioral and physiological outcomes.
Pipeline & Workflow Integration
The LBN model integrates into the discovery continuum from early mechanistic studies through preclinical validation, supporting both target de-risking and translational alignment in CNS portfolios.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing on the impact of early-life adversity on stress circuitry and microglial function.
- Screening: Provides reproducible, quantitative endpoints for evaluating intervention efficacy in stress-related phenotypes.
- Analytics: Delivers measurable outputs such as pup weight and corticosterone for robust statistical comparison.
- Translational Research: Bridges preclinical findings to human-relevant models of adversity and stress vulnerability.
- Enterprise Reuse: Offers a standardized, scalable model for repeated use across CNS discovery programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neuropsychiatric target validation.
- Operational Value: Promotes standardization, reproducibility, and scalability in stress-related model systems.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and enhances capital efficiency by de-risking early CNS targets.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of CNS assets with translational relevance.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent behavioral neuroscience and stress physiology.
- Needs access to specialized caging, video monitoring, and analytical infrastructure for behavioral and hormonal assays.
- Demands rigorous cross-team standardization of environmental and procedural variables.
- Adaptation across mouse strains and experimental paradigms may require protocol optimization.
- Limitations include partial recapitulation of human adversity and potential variability in maternal behavior.
