Here we present a protocol to induce activity-based anorexia (ABA) in female adolescent mice. ABA is a condition of hyperactivity evoked by imposing food restriction on rodents with access to a running wheel. This phenomenon is being used as a model to study the underlying neurobiology of anorexia nervosa.
Anorexia nervosa (AN) er en psykiatrisk sygdom karakteriseret ved overdrevent begrænset kalorieindtag og unormalt højt indhold af fysisk aktivitet. En udfordrende sygdom at behandle, på grund af manglende forståelse af den underliggende neurobiologi, AN har den højeste dødelighed blandt psykiatriske sygdomme. For at imødekomme dette behov, neuroforskere bruger en dyremodel til at studere, hvordan neurale kredsløb kan bidrage mod sårbarhed over for AN og kan være påvirket af AN. Aktivitetsbaseret anoreksi (ABA) er en bio-adfærdsmæssige fænomen beskrevet i gnavere, at modeller de vigtigste symptomer på anoreksi. Når gnavere med fri adgang til frivillig motion på en kørende hjul oplevelse mad begrænsning, bliver de hyperaktive – kører mere end dyr med fri adgang til mad. Her beskriver vi de procedurer, hvorefter ABA er induceret i unge kvindelige C57BL / 6 mus. På postnatal dag 36 (P36), er dyret til huse med adgang til frivillig motion på en kørendehjulet. Efter 4 dages akklimatisering til løbehjul på P40, er alle fødevarer fjernes fra buret. For de næste 3 dage, er fødevarer tilbage til buret (lade dyrene fri adgang fødevarer) i 2 timer dagligt. Efter den fjerde dag i fødebegrænsning er fri adgang til foder tilbage og løbehjul fjernes fra buret for at give dyrene at komme sig. Kontinuerlig multi-dages analyse af løbehjul aktivitet viser, at mus bliver hyperaktive inden 24 timer efter indtræden af fødebegrænsning. Musene kører selv i den begrænsede tid, hvor de har adgang til mad. Derudover circadian mønster af hjul kørende bliver forstyrret af oplevelsen af maden begrænsning. Vi har været i stand til at korrelere neurobiologiske ændringer med forskellige aspekter af dyrenes hjul kørende adfærd til implicere bestemte områder af hjernen og neurokemiske ændringer med modstandsdygtighed og sårbarhed over for mad-begrænsning induceret hyperaktivitet.
Anorexia nervosa (AN) er en psykiatrisk sygdom kendetegnet ved overdreven begrænsning af fødeindtagelse, over-motion, og irrationel frygt for at få vægt. En af de mest dødbringende psykiatriske sygdomme 1, AN har ingen accepteret farmakologisk behandling til dato, og de neurobiologiske mekanismer og effekter af sygdommen er dårligt forstået. Vi studerer en dyremodel for AN at udforske de neurobiologiske og neurokemiske ændringer i forbindelse med kendetegnende symptomer på sygdommen.
Aktivitetsbaseret anoreksi (ABA) er en bio-adfærdsmæssige fænomen beskrevet i gnavere som modeller nogle af kendetegnene for en 2,3. Når gnavere med fri adgang til frivillig motion på en kørende hjul oplevelse mad-begrænsning, mange, men ikke alle, bliver hyperaktive – kører mere end de løb før igangsættelsen af fødevarer-restriktion 3,4. Der har været mange foreslåede forklaringer på over-øvelse, der udvises afABA dyr og AN patienter: at det er en form for fourageringsadfærd 5, at en mekanisme håndtere stress af fødevarer-begrænsning 6, et forsøg på at hæve kroppens temperatur under sult-induceret fald i stofskiftet 7, eller et resultat af hypoleptinemia 8 . Denne gnavermodel gengiver AN symptomer på vægttab, hyperaktivitet, frivillig begrænsning mad ved at vælge at køre i løbet af begrænset adgang mad, korrelationer med angst avlsmål 9,10, og sårbarhed påvirket af tidlige livserfaring 11. Mens gnavermodel ABA betragtes som en stress-model, kan dette ikke præcist afspejler AN i humane patienter, som viser øget immunforsvar 12. Blandt både gnavere og menneskelige patienter, nogle individer viser mere sårbarhed end andre. Mens epidemiologiske undersøgelser stræber efter at belyse risikofaktorer for AN, har relativt få undersøgelser har forsøgt at forstå den neurobiologiske grundlag for individuelle forskelle i vulnerability til ABA-induktion hos gnavere.
Det er vigtigt at bemærke, at ABA paradigme er meget udbredt, og dens anvendelse som en dyremodel for AN er blevet grundigt revideret 6,13-15. Bidraget fra denne aktuelle arbejde er at skitsere de konkrete metoder, der anvendes til at fremkalde ABA i unge hunmus og skitsere de ændringer, der var nødvendige for at gøre de eksisterende gnavermodeller for at forbedre overlevelsen hos unge mus. Desuden har vi diskutere forskellige teknikker, der kan kobles med ABA adfærd paradigme for at studere andre aspekter af dyremodel.
Musen ABA-modellen giver mulighed for udforskning strengt for neurobiologi af sygdommen AN. Dette kan adskilles fra de socio-kulturelle påvirkninger, som uden tvivl bidrager mod en persons sårbarhed. ABA-modellen kan også anvendes til at undersøge effekten af begrænsning tilbagevendende fødevarer eller andre former for stress i kombination med hjulet adgang, såat fange nogle aspekter af AN tilbagefald 16. Hæmmende neurotransmitter systemets funktion i hjernen angst centre er blevet undersøgt ved anvendelse af elektronmikroskopisk teknikker 4,16,17. Dendritiske arborization er blevet undersøgt ved hjælp af Neurolucida-assisteret sporing og analyse af pyramidale celler i CA1 området i hippocampus 18,19 og amygdala 17. Virkninger af fødebegrænsning og hjul adgang upon angst er blevet undersøgt under anvendelse af adfærdsmæssige tests såsom den forhøjede plus maze 10. Den genetiske basis for sårbarhed er blevet undersøgt ved anvendelse af forskellige indavlede stammer af mus 9. Farmakologiske manipulationer kan testes i en dyremodel før humane forsøg 20-24. Genetisk modificerede dyr og forbigående knockdown af gener kan anvendes til at undersøge, hvordan manipulation af bestemte molekylære veje kan påvirke adfærd i ABA paradigme. Virkningen af stress i den tidlige liv på differentiel sårbarhed over for ABA wOuld være et andet emne, som kan løses gennem denne tilgang.
De kritiske aspekter af ABA-modellen er (1) fri adgang til frivillig motion på en kørende hjul og (2) fødevarer begrænsning med mad adgang begrænset til en begrænset periode. Adgang til løbehjul tillader dyret at vælge at bruge hjulet og giver en indikation af virkningerne af fødebegrænsning på motivation af dyret til at udøve. Omvendt tid-begrænset mad adgang (snarere end kalorie-restriktion) tillader forsøgslederen for at måle frivillig begrænsning mad ved at overvåge, i hvilket omfang dyr vælger at køre i løbet af de begrænsede timers mad-adgang. På denne måde ABA er en fremragende model af selv-sult der opstår i et.
For at minimere støj i musefunktionsmåde data, er det vigtigt at minimere mængden af uforudsigelige understrege, at dyr oplever. For eksempel bør håndtering af dyr skal holdes på et minimum, med dyrene kun blive forstyrret under vejningen, når endag. Forsøgslederen håndtering af dyrene skal uddannes og komfortable med håndtering af dyrene. Hvis det er muligt, bør én person håndtere dyrene under hele forsøget for at undgå yderligere stress. Dufte og parfumer bør undgås. Tidspunktet for vejning og mad levering bør gøres for at være så regelmæssig som muligt, for at minimere eventuelle uforudsigelighed. Som en sikkerhedsforanstaltning mod datatab, er det bedst at forsyne computeren med strøm via en backup strømforsyning i tilfælde af en strømafbrydelse; selv en kortvarig afbrydelse af strømmen vil få computeren til at genstarte og dataopsamling vil ophøre. Derudover er det vigtigt at overvåge batteriets hjulets levetid sendere dagligt. Hvis batteriniveauet bliver svagt, kan senderen intermitterende undlader at sende data til navet, således undervurdere aktiviteten af dyret.
Musen protokollen beskrevet her blev modificeret fra standardprotokollen der har været anvendt for rotter 4. Adolescent hunmuser meget mere sårbare over for overdreven vægttab og dødsfald som følge af sult. Derfor blev foretaget følgende ændringer for at forbedre overlevelsen til mindst tre dages ABA. Først blev den første dag i fødebegrænsning afkortes ved at fjerne mad ved middagstid snarere end på 8 pm den foregående dag. Endvidere blev den periode af fødevarer adgang steget fra 1 time til 2 timer og tilgængeligheden af vådfoder blev også tilføjet for at minimere effekten af dehydrering. Vi fandt, at indgivelse af vådfoder til musene stærkt forbedret deres tilstand gennem tre dage fødebegrænsning. Uden vådfoder var kropsvægten falder meget hurtigere og havde dyr, der skal fjernes fra fødevarer begrænset miljø. Disse ændringer var tilstrækkelige til, at musene at overleve gennem tre hele dage med mad begrænsning og let komme fra ABA.
Denne protokol for ABA har nogle vigtige begrænsninger at overveje. For det første er det nødvendigt at huse musene individuelt ibure med et løbehjul med henblik på at overvåge hjulet aktivitet hver mus uafhængigt. Dette resulterer i social isolation af dyrene, en kendt stressfaktor, der kan påvirke adfærden hos dyrene under ABA samt nogle af de neurale kredsløb, der bliver undersøgt 26. Indtil videre er der ingen udstyr til rådighed, som er i stand til at overvåge den enkelte aktivitet af co-opstaldet mus, men det synes at være et løses problem ved hjælp af RFID-teknologi og sporing tags bundet til hvert dyr. En anden potentielt uundgåelig konsekvens af co-boliger dyr under maden begrænsning er risikoen for, at dyrene kan blive aggressive overfor deres bur-hjælpere. Ændring dyrenes bur efter hver fodring session er en anden stressor at vi måtte indføre på grund af et dyr hamstring mad under strøelse. Vi tilstræber at minimere stress i et nyt bur ved at indføre en betydelig mængde snavset strøelse fra den tidligere bur i den friske bur.
<p class="jove_content"> Andre grupper ved hjælp af ABA-modellen har valgt forskellige parametre for deres fodring tidsplan. Valget af fodring tid i mørke fase af lys-mørke cyklus er ikke standard. Vi valgte at fodre dyrene på det tidspunkt, at lysene slukkes for at give en mere naturlig gang for dyrene at spise, da natlig mus har sit sædvanlige mere vågen og aktiv i denne tid. Nogle grupper fodre dyrene under lysene-on periode af dagen 13,27. Det kan være af hensyn til bekvemmelighed af forsøgslederen, og det er vigtigt at bemærke, at der skal øget tidsrum for godtgørelse mad i løbet af lys fase for at forbedre overlevelsen. Den har også foreslået, at blokere adgangen til løbehjul under fodring kan forbedre overlevelsen, men vi føler, at dette fjerner meget interessant aspekt af adfærd, der er den beslutning, som nogle dyr til at køre frem for at spise, hvilket yderligere forværrer selv-sult aspekt af ABA-modellen, men indfange kendetegnende formenneskelig adfærd forbundet med en.Det er vigtigt at bemærke, at denne protokol er blevet optimeret specielt til unge kvindelige C57BL / 6-mus. Hvis en anden musestamme, køn eller aldersgruppe skal anvendes, kan nogle parametre i protokollen kræve modifikation. Det har også vist sig, at RT påvirker sværhedsgraden af ABA hos gnavere 28. Mens vi ikke forsøge at variere RT i vores studier, at øge RT vil kunne forbedre overlevelsesprocenten blandt ABA dyr.
Fordelen ved at anvende en dyremodel for en sygdom hos mennesker, såsom en, er det er muligt at studere hjernen anatomi og fysiologi og ændringer induceret af adgang til frivillig motion og fødebegrænsning i et kontrolleret miljø. Anvendelsen af mus i ABA model tillader brug af stærke genetiske metoder, der anvender transgene dyr og virusinfektion for genmanipulation. Fremtidige studier er rettet mod at undersøge virkningerne af bestemte gener i modstandsdygtighedeller sårbarhed over for mad begrænsning-induceret hyperaktivitet og selv-sult.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af Klarman Foundation Grant Program i spiseforstyrrelser forskning til CA; National Institutes for Health Tilskud R21MH091445-01 til CA, R21MH105846 til CA, R01NS066019-01A1 til CA, R01NS047557-07A1 til CA, NEI Core Grant EY13079 til CA, R25GM097634-01 til CA, UL1 TR000038 fra National Center for Advancement of Translationel videnskab til TGC, NYU Research Challenge Fund til CA; og Fulbright Tilskud til yw C.
Wireless running wheel for mouse | Med Associates | ENV-044 | |
USB Interface Hub | Med Associates | DIG-804 | |
Wheel Manager Software | Med Associates | SOF-860 | |
Wheel Manager Data Analysis | Med Associates | SOF-861 |