Болезни, травмы головы, генетические модификации и лечение мышей лекарствами могут оказывать глубокое влияние на поведение. Используя хорошо охарактеризованные и проверенные подходы, такие как закапывание мрамора и измельчение гнезд, компульсивное поведение может быть точно задокументировано на мышах в качестве моделей обсессивно-компульсивного расстройства человека и расстройства аутистического спектра.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Закапывание мрамора и измельчение гнезд как тесты на повторяющееся, компульсивное поведение у мышей
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР) и расстройства аутистического спектра (РАС) являются серьезными и изнурительными психическими состояниями, и каждое из них представляет значительную проблему для общественного здравоохранения, особенно у детей. Оба эти состояния проявляются в повторяющемся проявлении бессмысленного поведения. Люди с ОКР часто демонстрируют проверку, частое мытье рук и подсчет. Дети с РАС также участвуют в повторяющихся постукиваниях, взмахах руками или кистями и раскачивании. Это поведение может сильно различаться по интенсивности и частоте выражения. Более интенсивные формы повторяющегося поведения могут даже привести к травме (например, чрезмерное вылизывание, мытье рук и самостимуляция). Таким образом, такое поведение очень разрушительно и затрудняет нормальный социальный дискурс. Варианты лечения повторяющегося поведения при ОКР и РАС несколько ограничены, и существует большой интерес к разработке более эффективных методов лечения для каждого состояния. За последние три десятилетия было разработано множество животных моделей для оценки компульсивного поведения. Возможно, наиболее обоснованными и удобными в использовании животными моделями являются тест на закапывание мрамора и тест на измельчение гнезд. Оба теста основаны на том факте, что целевое поведение у мышей происходит спонтанно. В тесте на захоронение мрамора 20 шариков выкладываются на поверхность чистой подстилки. Количество шариков, зарытых в течение 30-минутного сеанса, подсчитывается исследователями, слепыми к лечению или статусу испытуемых. В тесте на измельчение гнездо, состоящее из целлюлозного хлопкового волокна, предварительно взвешивается и помещается поверх подстилки клетки, а также определяется количество гнезда, остающегося неповрежденным после 30-минутного сеанса испытания. В настоящее время мы описываем протоколы и показываем кинодокументацию по захоронению мрамора и измельчению гнезд. Оба теста легко и точно оцениваются, и каждый из них чувствителен к небольшим изменениям в выражении компульсивного поведения, которые являются результатом генетических манипуляций, болезни или травмы головы.
Введение
Мышиные модели человеческого поведения, и особенно психических расстройств, представляют собой важные и необходимые экспериментальные подходы к изучению механизмов заболевания и к разработке новых методов лечения. Многие психические заболевания по-прежнему крайне трудно моделируются на животных (например, шизофрения). Тем не менее, животные демонстрируют большое количество естественных и отличительных черт поведения, которые могут быть легко связаны с аналогичным поведением у людей. Двигательная или локомоторная активность является одним из примеров поведения у животных, которое имеет аналог у человека. Грызуны часто участвуют в различных повторяющихся действиях, и примеры включают груминг или копание. Одним из психических состояний, которое включает в себя проявление повторяющегося и нежелательного поведения у людей, является обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР). Поведение, которое является очень характерным для ОКР, включает в себя проверку, подсчет и чрезмерное мытье или уход за собой. ОКР является широко распространенным (поражает 1-3% населения) и изнурительным психическим расстройством1. Для лечения ОКР было использовано большое количество фармакологических и поведенческих подходов. Многие из них не обеспечивают долгосрочного облегчения, и рецидив является обычным явлением в конце схемы лечения2,3. Еще одним психическим заболеванием, которое включает в себя выражение повторяющегося поведения, является расстройство аутистического спектра (РАС). РАС характеризуются дефицитом коммуникации и социального взаимодействия, а также повторяющимся, стереотипным поведением, включая вращение, раскачивание, взмахи пальцами или взмахи руками, а также сложные движения тела. По оценкам Центров по контролю и профилактике заболеваний, примерно у 1 из 88 детей диагностируется РАС. Варианты лечения этого расстройства крайне ограничены по количеству и эффективности4,5. Интенсивность и частота возникновения повторяющегося поведения при ОКР и РАС могут стать достаточно большими, чтобы вытеснить большинство других нормальных форм поведения и социальных взаимодействий у пациентов с этими состояниями. В свете распространенности и изнурительного характера психических состояний, характеризующихся повторяющимся поведением, а также учитывая плохое понимание их причин и ограниченные возможности лечения, использование животных моделей для изучения этого поведения приобретает дополнительную актуальность.
За последние 30 лет было разработано большое количество животных моделей повторяющегося поведения, наблюдаемого при ОКР и РАС, ибыло опубликовано множество отличных обзоров, описывающих эти модели. В целом, эти устоявшиеся модели могут быть классифицированы как генетические, фармакологические, нейроразвивающиеся и поведенческие, и большинство из них демонстрируют хорошую репутацию, конструкцию и прогностическую валидность6,7. Мы использовали две поведенческие модели - закапывание мрамора и измельчение гнезд - для оценки повторяющегося поведения у мышей с генетическим истощением серотонина15,16. Эти методы имеют множество преимуществ, не последними из которых являются простота использования, точность, с которой можно оценить поведение, спонтанное проявление этого поведения у грызунов и их использование в высокопроизводительном скрининге генетически модифицированных мышей на аномальные поведенческие фенотипы. Кроме того, каждый тест проводится в стандартных и знакомых клетках для содержания грызунов, содержащих ту же подстилку, что и в домашних клетках испытуемых, что сводит к минимуму необходимость привыкания мышей к новым испытательным камерам. Ограничение в еде и/или воде не является обязательным для «мотивации» мышей к выступлению. В тесте на закапывание мрамора учитывается склонность мышей копать в естественных условиях (например, в норах, туннелях для побега) и в стандартной подстилке в клетке, а в тесте на измельчение гнезд учитывается тот факт, что мыши по своей природе являются гнездящимися животными, которые строят гнезда для защиты себя и своего потомства от условий окружающей среды (например,звук, свет, температура). Используя неспециализированные и общедоступные материалы для содержания грызунов, задачи по закапыванию мрамора и измельчению гнезд представляют собой простые и мощные поведенческие анализы повторяющегося, компульсивного поведения у мышей.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Все протоколы с использованием животных были выполнены в строгом соответствии с рекомендациями в Руководстве по уходу и использованию лабораторных животных Национальных институтов здравоохранения. Протоколы были одобрены Комитетом по институциональному уходу и использованию Государственного университета Уэйна (разрешение No A3310-01).
1. Подготовка клеток для захоронения мрамора и измельчения гнезд
- Используйте стандартные поликарбонатные клетки для крыс (26 см x 48 см x 20 см) со встроенными крышками с фильтром для испытания на закапывание мрамора. Добавьте свежий материал для подстилки для мышей без запаха в каждую клетку на глубину 5 см и выровняйте поверхность подстилки, вставив еще одну клетку того же размера на поверхность подстилки. Это имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что на поверхности подстилки создается шаблон параллельных линий, который можно использовать для укладки мрамора.
- Аккуратно положите стандартные стеклянные игрушечные шарики (различных фасонов и цветов, диаметр 15 мм, вес 5,2 г) на поверхность постельного белья в 5 рядов по 4 шарика (см. рисунок 1А). Вымойте шарики в мягком лабораторном моющем средстве, тщательно промойте в дистиллированной деионизированной воде и высушите перед каждым использованием.
- Для испытания на измельчение гнезд используйте стандартные клетки для крыс из поликарбоната (19 см x 29 см x 13 см) со встроенными крышками с фильтрующим верхом. Добавьте свежий материал для подстилки для мышей без запаха в каждую клетку на глубину 0,5 см и упаковать подстилку, вставив на поверхность подстилки еще одну клетку того же размера.
- Взвесьте имеющиеся в продаже гнезда из хлопкового волокна (5 см x 5 см, толщина 5 мм, ~2,5 г каждое) на аналитических весах и положите по одному гнезду поверх подстилки в каждой испытательной клетке (см. рисунок 3A).
- Установите секундомеры или таймеры для измерения продолжительности сеанса (30 минут для каждого теста).
2. Обращение с животными перед тестированием
- Размещайте мышей по отдельности или в группах в комнате с 12-часовым циклом света/темноты. Обеспечьте всех мышей пищей и водой в неограниченном количестве. Осторожно обращайтесь с мышами в течение трех-пяти дней до тестирования. Используйте мышей любого пола для обоих тестов.
- Проведите поведенческое тестирование с 9:00 до 16:00 и перевезите все домашние клетки с мышами в комнату для тестирования за 60 минут до начала тестирования.
3. Испытание на закапывание мрамора
- Поместите одну мышь в угол клетки с шариками, стараясь разместить мышь на подстилке как можно дальше от шариков, и поместите на клетку крышку с фильтром. Не принимайте пищу и воду во время теста. Оставьте мышь в клетке на 30 минут.
- Извлеките мышь и верните ее в домашнюю клетку после завершения теста, соблюдая особую осторожность, чтобы не сдвинуть и не сместить шарики в процессе извлечения объекта из клетки.
- Оценивающие задания (2-3) не обращают внимания на условия лечения или генотип тестируемой мыши, чтобы подсчитать количество зарытых шариков. Забейте мрамор как заглубленный, если две трети его поверхности покрыты подстилкой. Среднее количество закопанных шариков для каждой мыши.
- Достаньте все 20 шариков из подстилки. Утилизируйте подстилку.
4. Тест на измельчение гнезд
- Поместите одну мышь в клетку с одним предварительно взвешенным гнездом и наденьте на клетку верхнюю крышку фильтра. Не принимайте пищу и воду во время теста. Оставьте мышь в покое в клетке с гнездом на 30 минут.
- Извлеките мышь и вернитесь к ней в домашнюю клетку после завершения теста. Удалите оставшийся неповрежденный материал гнезда из клетки с помощью щипцов и дайте высохнуть.
- Взвесьте оставшееся неизмельченное гнездо и разделите этот вес на начальный вес, чтобы рассчитать процент измельченного гнезда. При желании оцените форму гнезда, созданного испытуемой мышью, используя окончательную 5-балльную шкалу оценки гнезда17, но понимая, что эта шкала обычно предназначена для оценки строительства гнезда, а не для навязчивого измельчения.
- Выбросьте оставшийся измельченный материал для гнезд и подстилку.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Основным преимуществом тестов на закапывание стеклянных шариков и разрывание гнездового материала является то, что каждый из них основан на естественном и спонтанном поведении мышей, которое можно количественно оценить после завершения испытания; это позволяет одному исследователю подготовить эксперимент и находиться вне помещения для тестирования до окончания сессий. Критически важным компонентом теста на закапывание шариков является осторожное извлечение животного из клетки после завершения теста. Мыши обычно пытаются ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Тесты на закапывание мрамора и измельчение гнезд являются хорошими примерами поведенческих методов изучения повторяющегося и компульсивного поведения у мышей. Оба теста показали отличную лицевую и прогностическую валидность для человеческих заболеваний, которые они моделируют6-11. Эти повторяющиеся действия являются естественными и спонтанными у грызунов, и их частота и интенсивность могут меняться после генетических модификаций, как показано в настоящее время, или после травмы головы и лечения субъектов лекар...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Благодарности
Эта работа была поддержана грантами от Департамента по делам ветеранов и Национальных институтов здравоохранения.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Стеклянные игрушечные шарики | местный магазин игрушек | Н/Д | Различные стили, цвета, прозрачные и непрозрачные |
| Гнезда | Ancare | NES3600 | |
| Мышиная клетка серии N10 | Стандартная | N10HT | стандартная клетка для грызунов с проволочной крышкой |
| Клетка для крыс серии R20 | Ancare | R20 | стандартная клетка для грызунов с проволочной крышкой |
| Bed-o'Cobs | The Andersons | 8B | стандартная подстилка для грызунов, 1/8 дюйма |
Ссылки
- Chamberlain, S. R., Blackwell, A. D., Fineberg, N. A., Robbins, T. W., Sahakian, B. J. The neuropsychology of obsessive compulsive disorder: the importance of failures in cognitive and behavioural inhibition as candidate endophenotypic markers. Neurosci. Biobehav. Rev. 29, 399-419 (2005).
- McGuire, J. F., Lewin, A. B., Horng, B., Murphy, T. K., Storch, E. A. The nature, assessment, and treatment of obsessive-compulsive disorder. Postgrad. Med. 124, 152-165 (2012).
- Fineberg, N. A., Brown, A., Reghunandanan, S., Pampaloni, I. Evidence-based pharmacotherapy of obsessive-compulsive disorder. Int. J. Neuropsychopharmacol. 15, 1173-1191 (2012).
- Dove, D., et al. Medications for adolescents and young adults with autism spectrum disorders: a systematic review. Pediatrics. 130, 717-726 (2012).
- Doyle, C. A., McDougle, C. J. Pharmacotherapy to control behavioral symptoms in children with autism. Expert Opin. Pharmacother. 13, 1615-1629 (2012).
- Albelda, N., Joel, D. Current animal models of obsessive compulsive disorder: an update. Neuroscience. 211, 83-106 (2012).
- Albelda, N., Joel, D. Animal models of obsessive-compulsive disorder: Exploring pharmacology and neural substrates. Neurosci. Biobehav. Rev. 36, 47-63 (2012).
- Wang, L., Simpson, H. B., Dulawa, S. C. Assessing the validity of current mouse genetic models of obsessive-compulsive disorder. Behav. Pharmacol. 20, 119-133 (2009).
- Joel, D. Current animal models of obsessive compulsive disorder: a critical review. Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry. 30, 374-388 (2006).
- Witkin, J. M. Animal models of obsessive-compulsive disorder. Curr. Protoc. Neurosci. 30, 1-9 (2008).
- Deacon, R. M. Digging and marble burying in mice: simple methods for in vivo identification of biological impacts. Nat. Protoc. 1, 122-124 (2006).
- Moy, S. S., Nadler, J. J., Magnuson, T. R., Crawley, J. N. Mouse models of autism spectrum disorders: the challenge for behavioral genetics. Am. J. Med. Genet. C Semin. Med. Genet. 142, 40-51 (2006).
- Crawley, J. N. Mouse behavioral assays relevant to the symptoms of autism. Brain Pathol. 17, 448-459 (2007).
- Silverman, J. L., Yang, M., Lord, C., Crawley, J. N. Behavioural phenotyping assays for mouse models of autism. Nat. Rev. Neurosci. 11, 490-502 (2010).
- Angoa-Perez, M., et al. Genetic depletion of brain 5HT reveals a common molecular pathway mediating compulsivity and impulsivity. J. Neurochem. 121, 974-984 (2012).
- Kane, M. J., et al. Mice genetically depleted of brain serotonin display social impairments, communication deficits and repetitive behaviors: possible relevance to autism. PLoS One. 7, (2012).
- Deacon, R. M. Assessing nest building in mice. Nat. Protoc. 1, 1117-1119 (2006).
- Thomas, D. M., Angoa Perez,, Francescutti-Verbeem, D. M., Shah, M. M., Kuhn, D. M. The role of endogenous serotonin in methamphetamine-induced neurotoxicity to dopamine nerve endings of the striatum. J. Neurochem. 115, 595-605 (2010).
- Gyertyan, I. Analysis of the marble burying response: marbles serve to measure digging rather than evoke burying. Behav. Pharmacol. 6, 24-31 (1995).
- Thomas, A., et al. Marble burying reflects a repetitive and perseverative behavior more than novelty-induced anxiety. Psychopharmacology. 204, 361-373 (2009).
- Hayashi, E., Kuratani, K., Kinoshita, M., Hara, H. Pharmacologically distinctive behaviors other than burying marbles during the marble burying test in mice. Pharmacology. 86, 293-296 (2010).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
Теги
