Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Beoordeling van Activity based Anorexia in muizen

Published: May 14, 2018 doi: 10.3791/57395
Automatic Translation
1, 1,2, 1
1Department of Psychiatry, University of California, San Diego, 2University of California, Los Angeles

Summary

Muizen individueel ondergebracht bij een lopend wiel terwijl gezien de beperkte toegang tot voedsel ontwikkelen verlagingen van de voedselconsumptie en verhogen van de activiteit op het draaiende wiel. Deze experimentele verschijnsel heet activity based anorexia. Dit paradigma is een experimentele instrument voor het bestuderen van de neurobiologie en gedrag onderliggende aspecten van anorexia nervosa.

Abstract

Knaagdieren ontwikkelen activity based anorexia (ABA) wanneer blootgesteld aan een beperkte voeding schema en gratis toegang tot een lopend wiel. Deze omstandigheden leiden tot een levensbedreigende afname van lichaamsgewicht. Knaagdieren blootgesteld aan slechts één van deze voorwaarden passen echter uiteindelijk om het herstel van normale lichaamsgewicht. Hoewel toegenomen uitgevoerd samen met vermindering in vrijwillige voedselinname lijken paradoxaal ABA voorwaarden, wordt ABA gedrag waargenomen via talrijke soorten zoogdieren.

Het ABA-paradigma biedt een diermodel voor anorexia nervosa (AN), een eetstoornis met ernstige disregulatie van eetlust en gedrag. Onderwerpen zijn afzonderlijk ondergebracht met gratis toegang tot een lopend wiel. Elke dag, is het onderwerp voedsel voor een beperkte hoeveelheid tijd aangeboden. In de loop van het experiment vermindert het lichaamsgewicht van een onderwerp van hoogactieve en lage calorie-inname. De duur van het onderzoek varieert, afhankelijk van hoe lang voedsel wordt aangeboden per dag, het soort voedsel aangeboden, de stam van de muis, als drugs worden getest, en omgevingsfactoren.

Een gebrek aan effectieve farmacologische behandelingen voor een patiënten, hun lage levenskwaliteit, hoge kosten van behandeling en hun hoog sterftecijfer geven de urgentie om verder onderzoek AN. Wij bieden een eenvoudige schets voor het uitvoeren van ABA experimenten met muizen, het aanbieden van een methode om te onderzoeken van AN-achtig gedrag om het ontwikkelen van nieuwe therapieën. Dit protocol is geoptimaliseerd voor gebruik in Balb/cJ muizen, maar kan gemakkelijk worden gemanipuleerd voor andere stammen, grote flexibiliteit in het werken met verschillende vragen, vooral met betrekking tot genetische factoren van ABA.

Introduction

Sinds 1953, zijn knaagdieren bij Toon een paradoxale hyperactiviteit op wielen uitgevoerd wanneer ze gratis toegang tot de wielen krijgen terwijl vrijwillige hypophagia ondergaan als beschikbaarheid van voedsel beperkt1 isgemeld. Omgekeerd, knaagdieren doen niet snel dalen in lichaamsgewicht wanneer voedsel op een schema, aangeboden zonder wielen of wanneer ondergebracht bij het uitvoeren van de wielen en het aangeboden voedsel ad libitum1,2,3. Het ABA-model betrouwbaar resulteert in dramatische dalingen in lichaamsgewicht hypophagia, hypothermie, verlies van estrus, en verhoogde stimulatie van de HPA-as4. Uiteindelijk, ABA resulteert in de dood, tenzij het onderwerp wordt verwijderd uit de paradigma-5. Het ABA-paradigma biedt onderzoekers met een dierlijk model van AN, een complexe eetstoornis die beschikt over ernstige disregulatie van eetlust-gedrag, die ongeveer 1 op de 100 vrouwen en een kleiner percentage van mannetjes6. Patiënten die lijden aan AN vertonen vaak hyperactiviteit, bestaande uit extreme hoeveelheden van oefening, en/of algemene rusteloosheid7,8. AN heeft met een sterftecijfer van ongeveer 10%, het hoogste sterftecijfer onder alle psychiatrische stoornissen9. Huidige behandeling voor AN is beperkt tot cognitieve therapieën, aangezien er geen erkende farmacologische behandelingen voor mensen die lijden aan een10,11.

AN is meestal beschouwd als een stoornis die hoofdzakelijk vrouwen. Als een diagnose die is 10 keer meer kans bij vrouwtjes dan mannetjes, zijn vrouwelijke onderwerpen traditioneel de focus in een12. Speciale aandacht moet echter worden gehouden in het uitsluiten van mannetjes uit studies. Terwijl de diagnose van een blijft lager bij mannen, spier dysmorphia (MD) een aandoening die veel overeenkomsten met AN is, heeft in dat lichaam afbeelding wordt vervormd en dieet is vaak ontregelde. Er is ondersteuning voor het begrip dat MD en AN kunnen worden ingedeeld in een soortgelijke manier13,14,15. Dit kan wijzen op dat sommige gevallen van MD de "mannelijke versie" van AN vertegenwoordigen. In het kader van diermodellen, hebben sommige rapporten gesuggereerd dat de mannetjes meer vatbaar dan vrouwtjes aan het paradigma van ABA zijn. Bijvoorbeeld, een recente studie toonde een hogere sterftecijfer en daalde van voedselinname ten opzichte van vrouwen in C57Bl/6 muizen16. Een voorspeller van gevoeligheid voor ABA is spontane fysieke activiteit (SPA). Ratten met hogere of lagere SPA hebben meer kans om gewicht te verliezen in de ABA paradigma, met mannelijke ratten tonen een sterker effect dan vrouwtjes17. Vrouwelijke knaagdieren zijn omgekeerd, te oefenen meer dan mannetjes tijdens de fase van de beperking van ABA18waargenomen. Bovendien, studies met Balb/cJ muizen is gebleken het tegenovergestelde effect van C57Bl/6 muizen, waar vrouwelijke muizen hebben een hogere sterftecijfer en daalde van voedselinname ten opzichte van mannen (Figuur 1)6. Met verschillende resultaten tussen de seksen in de ABA paradigma en vergroten van het bewustzijn van mannen met ontregelde eetpatroon, moeten zowel mannelijke als vrouwelijke onderwerpen worden getest.

Afgezien van seks verschillen in de ABA paradigma, leeftijd en stam moeten worden beschouwd bij de keuze van onderwerpen. Adolescent muizen kunnen nauwkeuriger model AN, aangezien AN meestal in de adolescentie, ontstaat zoals waargenomen met ratten en muizen19,20,21,22. Spanningen die actiever zijn dan anderen op een basislijn-niveau een hoger tarief van gevoeligheid en ernst van ABA23 hebben. Stammen bekend om hogere niveaus van angst, bijvoorbeeld DBA/2, toegenomen wiel activiteit, die op een sneller tempo van de schoolverlaters in de ABA paradigma24 wijzenuitgevoerd. Afhankelijk van de proefopzet, kan de stam van keuze worden aangepast om te maximaliseren van de duur van ABA.

De paradox van ABA is niet uniek voor muizen. Andere zoogdieren zoals ratten, hamsters, gerbils, varkens, chipmunks en cavia's is gebleken dat dit fenomeen6. De instandhouding van het fenomeen van de ABA over zoogdiersoorten suggereert dat het ABA-paradigma een translationeel hulpmiddel voor het onderzoek naar de mechanismen die ten grondslag liggen aan anorexia-achtig gedrag bij de mens kan bieden. Muizen zijn met name zeer geschikt voor de studie van de mechanismen die ten grondslag liggen aan de ABA. Muizen kunnen dichtbevolkte worden ondergebracht en generatietijd is relatief kort. Muizen hebben een volledig gesequenceerd genoom, en talrijke ingeteelde, outbred en speciale stammen, zoals congenics, zijn beschikbaar. Een groot aantal genetisch gemanipuleerde lijnen zijn gegenereerd, waardoor ze ideaal voor studies beoordeling van genetische invloeden op aandoeningen zoals AN. afhankelijk van de vraag bij de hand, onderzoekers kunnen manipuleren complexe neurale circuits en/of gen-expressie om te beoordelen van gedrag in de ABA paradigma, potentieel het beantwoorden van vragen over genetische invloed die niet mogelijk zijn bij de studie van de mens.

Een beperkt aantal dierlijke modellen van AN momenteel bestaan. Stressmodellen induceren hypophagia bij knaagdieren met staart knijpen, nieuwigheid-geïnduceerde hypophagia, koud zwemmen en hersenstimulatie. Door inducerende stress, verminderen veranderingen in de HPA-as eetlust, wat resulteert in verminderde lichaam gewicht25. De HPA-as wordt echter ook krachtig gestimuleerd door ABA, waarin ook extra functies van AN zoals hyperactiviteit. Een ander model te overwegen bij het studeren AN is het voedsel van de chronische beperking model. Door het beperken van voedsel op een reeks van 40 tot 60% van ad libitum, kan een de fysiologische respons op ondervoeding26na te bootsen. Hoewel deze methode effectief is voor het bestuderen van de effecten van onvoldoende voeding, doet het niet reproduceren een kern van de zaak van AN, oftewel vrijwillige voedsel beperking. In de ABA paradigma, dieren zijn verstoken van voedsel toegang voor een deel van de dag, maar ook vrijwillig verminderen voedselinname als een wiel ook aanwezig is. Genetische modellen zijn ook gebruikt voor het onderzoeken van de etiologie van AN. onderzoekers neurochemical en genetische factoren betrokken bij AN, zoals de gene BDNF en neurotransmitters dopamine en serotonine27hebben gevonden. Het gebruik van genetische modellen is cruciaal voor het begrijpen van de neurale mechanismen achter AN. Echter, genoom-brede vereniging studies voor AN hebben nog niet opgeleverd voor grote hits en geen zeldzame varianten in AN zijn geïdentificeerd. Toekomstige studies moeten een genetische benadering combineren met het ABA-model toe begrip van AN-gerelateerde fenotypen.

Ontwikkeling van diermodellen voor hele psychiatrische stoornissen is het vrijwel onmogelijk is als gevolg van de complexiteit en heterogeniteit van menselijke aandoeningen. Echter door het modelleren van specifieke, welomschreven onderdelen van een psychiatrische stoornis, kunnen unieke inzichten in de onderliggende neurobiologie of pathofysiologie worden verkregen. Dergelijke biologische inzichten kunnen vervolgens worden gebruikt voor het identificeren van nieuwe behandelingen. Het knaagdier ABA paradigma biedt daarom een preklinische instrument voor de studie van de mechanismen die ten grondslag liggen aan de AN-achtig gedrag dat ethisch niet kan worden bestudeerd bij de mens, zoals de gevolgen van genetische manipulaties, verstoringen op neurale circuits, en de gevolgen van bepaalde milieufactoren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle methoden die hier worden beschreven zijn goedgekeurd door de institutionele Animal Care en gebruik Comité (IACUC) van de University of California, San Diego.

1. muizen

  1. Kies de juiste muis stam voor de studie.
  2. Muizen kopen bij een leverancier of versterken van een regel om te verkrijgen van de juiste experimentele nummers.
  3. Groep-huis gekocht muizen in de dier faciliteit voor ten minste 1 week vóór het begin van de studie te voorzien van een ruime acclimatisering periode.
  4. Beginnen de vooraf experimentele acclimatisering fase wanneer muizen 8 weken oud zijn.

2. huisvesting

  1. Kies kooien die groot genoeg zijn om een on-gehinderd draaiende wiel, voedsel recipiënt en een fles water bevatten.
  2. Kamertemperatuur en luchtvochtigheid ter aanvulling van de hypothese geteste regelen.
    Opmerking: Hogere temperaturen zal de ontwikkeling van ABA28verminderen.

3. lopende wielen

  1. Kies wielen met draadloze communicatie om te voorkomen dat potentiële afleiding en verwikkelingen binnen de kooi, zie de Tabel van materialen voor een voorbeeld.

4. waterflessen

  1. Selecteer een fles water dat niet voor ruimte met het draaiende wiel of de recipiënt van het voedsel in de kooi concurreren zal.
  2. Als medicamenteuze behandeling in het drinkwater, plakband de fles een lichtgevoelige omgeving te creëren.

5. voedsel

  1. Selecteer een laag vetgehalte chow geschikt is voor de hypothese wordt getest (b.v.de Envigo knaagdier dieet 8604).
    Opmerking: Diëten hoog in vet en suiker kunnen verminderen de ontwikkeling van ABA29.
  2. Gebruik een kleine glazen pot chow, ongeveer 65 cm in diameter x 50 cm in hoogte.
    Opmerking: Een geautomatiseerde feeder kan worden gebruikt in plaats van een glazen pot, die stress verminderen kan door interferentie van de onderzoeker beperken. Dit kan worden voordeligste als ABA studies met drug manipulaties uitvoeren.

6. vooraf experimentele acclimatisering fase

  1. Het experimentele gebied instellen door te kiezen voor een kooi rack dicht bij de laptop en wiel hubs. Hiermee beperkt u problemen met gegevensoverdracht.
  2. Zet de laptop en draadloze hubs.
  3. Open de beheersoftware van de wiel op de laptop.
    1. Als we kijken naar de software om ervoor te zorgen dat beide naven zijn actief.
    2. Open "extra" en selecteer "verwijderen wielen." Herhaal deze stap 5 keer.
    3. De software sluit en opnieuw te openen.
  4. Plaats 3 AAA-batterijen in de accu van een wielbasis.
    1. Sluit de batterij pack draden aan de hardware van de wielbasis. Dit zal worden verbroken vóór gebruik. Sluit de battery pack in de wielbasis.
  5. Controleer de software om de wielbasis wordt vermeld met de ID "1" onder de juiste draadloze hub. Als de base wordt niet weergegeven als ID "1", losgemaakt van het pak van de batterij, en beginnen bij stap 6.2.
  6. De ID van de wiel van "1" met de muis-ID in de naamkolom wijzigen.
  7. Houden het draaiende wiel base naar de bodem van de kooi met duct tape om stabiliteit te waarborgen. Laat niet alle tape uitsteken, zoals muizen op blootgestelde tape kauwen zal.
  8. Kies dan voor een lopend wiel disc zonder een gecorrodeerde magnetische stuk.
  9. Plaats het wiel op de base en draai het wieltje om te controleren of de goedkeuring van de kooi wanden en raspen.
  10. Draai de schijf een bepaald aantal rotaties om ervoor te zorgen dat het wiel lopende software is goed tellen rotaties.
  11. Verhinderen dat stukken van chow verloren in de natte bedden of krijgen door de onderzijde van de pot van voedsel aan de vloer van de kooi, weg van het draaiende wiel en de fles water koker-taping.
    Opmerking: Natte chow verhoogt voedselinname vergeleken om chow30droog.
  12. 5 stuks van chow plaatst in de pot.
    Opmerking: De chow tijdens de pre experimentele fase is beschikbaar ad libitum en hoeft niet te worden gewogen. Blootstelling aan de wielen lopen tijdens de acclimatisatie periode kan intensiveren ABA21,31.
  13. Plaats van een volledige fles water in de kooi en geef water ad libitum.
  14. Herhaal totdat alle kooien een draadloos verbonden draaiende wiel, voedsel en water.
  15. Individueel plaats muizen in hun juiste kooien.
  16. In het wiel beheer software, ga naar "file" en klik op "start overname."
  17. Bekijk de software-update om wiel rotaties worden geteld en het systeem goed werkt.
  18. Muizen aan de huisvestingsomstandigheden van de experimentele voor 2 totale dagen acclimatiseren.
  19. Muizen tijdens deze fase te garanderen dat ze gezond genoeg om te behandelen het ABA-experiment te beoordelen.
  20. Kooien voor eventuele overstroming van flessen water elke dag te controleren. Als de flessen hebben overstroomd, de oude kooi vervangen door een nieuwe kooi en herhaalt u de nodige stappen te onderschrijven wielen en voedsel naar de kooi zonder inmenging.
  21. Op dag 2, kooien voor voedsel niveaus te controleren. Als levensmiddelen slinkt, vullen met 2 stuks van chow. Doe dit zonder verstoring van de muizen.
    Opmerking: Als tijdens de fase van pre experimentele acclimatisering normale muizen hypophagia exposeert of ondergewicht, verwijder de muis uit de studie.

7. experimentele basislijn fase - dag 1

  1. Selecteer "end" en "start overname" in de wiel-beheersoftware.
  2. Meten uit 9 g chow in een kleine plastic bekerglas op een schaal met 0.00 g gevoeligheid. Record het exacte gewicht.
  3. Voorzichtig verwijderen en wegen van de muis in een grote plastic bekerglas op een schaal met 0,0 g gevoeligheid. Record gewicht.
    Opmerking: Het is cruciaal voor het beperken van de stress van muizen terwijl behandeling, daarom behandelen ze geduldig.
  4. Gooi alle acclimatisering voedsel.
  5. Zoek strooisel voor elke voedsel dat kan zijn verwijderd uit de pot en de afzet van die ook.
  6. Laat de waterfles in plaats, maar zorgen er voldoende volledige.
  7. Schoon bevuild wielen met 70% isopropanol en papieren handdoekjes.
  8. Als reiniging noodzakelijk was nadat het isopropanol droogt, de muis terug te keren naar zijn kooi en vervangt de kooi op het rek.
  9. Herhaal deze stappen totdat elke muis wordt gewogen en 9 g van voedsel is gemeten uit en geplaatst in kooien.

8. experimentele basislijn fase - 2-7 dagen

  1. Op hetzelfde tijdstip elke dag terugkeren naar het dier faciliteit. Niet bij het nemen van metingen door boven of onder 10 min variëren.
  2. Meten uit 9 g chow in een kleine plastic bekerglas op een schaal met 0.00 g gevoeligheid. Record het exacte gewicht.
  3. Voorzichtig verwijderen en wegen van de muis in een grote plastic bekerglas op een schaal met 0,0 g gevoeligheid. Record gewicht.
  4. Trek de pot voedsel uit de kooi en dumpen van al het voedsel in een kleine bekerglas op de schaal van 0.00 g.
    1. Als ontlasting en beddengoed in de pot eten met het eten, kies alle strooisel en uitwerpselen. Gebruik een kleine zeef te wrijven van poedervormige levensmiddelen in het bekerglas van de wegen. Verwijder eventuele uitwerpselen alvorens dit te doen met een pincet (indien nodig).
      Opmerking: Beddengoed zal niet breken in kleinere stukken te passen door de zeef.
    2. Zoeken naar eventuele resten van voedsel in de kooi en voeg ze toe aan het bekerglas wordt gewogen. De hoeveelheid resterende voedsel opnemen.
      Opmerking: Als het beddengoed en de kooi moeten worden gezocht, is het beste om dat te doen terwijl de muis is in de weeg bekerglas of overdracht kooi om stress te verminderen.
    3. Beschikken over alle voedsel.
  5. Maak jar schoon en plaats terug in de kooi. Vervang tape indien nodig.
  6. Plaatst de eerder gemeten 9 g van nieuwe levensmiddelen in de pot.
  7. Schoon bevuild wielen met 70% isopropanol, vervolgens drogen de wielen. Deze één kooi op een moment doen en doen niet per ongeluk interchange wielen.
  8. Beëindig en start overname in wiel programma om de andere dag uitvoert.
  9. Herhaal deze stappen tot het begin van de fase van de beperking.

9. experimentele beperking fase - dag 1

  1. Einde en begin acquisitie in de wiel-beheersoftware.
  2. Weeg muizen, oude en nieuwe voedsel per protocol van de basislijn.
  3. Wielen niet nu schoon. Dit kan het afleiden van muizen in hun beperkte voeding periode.
  4. Toegang tot nieuwe voedingsmiddelen, 9 g chow, gedurende 6 uur. Record de tijd voedsel wordt aangeboden.
    Opmerking: De tijd tijdens de lichte cyclus die voedsel beschikbaar is zal van invloed zijn op de ontwikkeling van ABA. Omdat muizen normaal tijdens de cyclus van licht slapen, verergert die toegang geven tot voedsel gedurende deze tijd de ontwikkeling van ABA, omdat muizen niet meestal het grootste deel van hun dagelijkse voedsel op dit moment consumeren. Omgekeerd, muizen eten toegang krijgen tijdens de donkere cyclus zal ontwikkelen ABA langzamer32. Aanpassing van de duur van voedsel toegang zal resulteren in meer of kortere overleving keer (Figuur 2). Voedsel anticiperende activiteit (FAA) is hyperactiviteit, die treedt op onmiddellijk voordat voedsel wordt aangeboden32,33,34. FAA, kan dit gevolgen hebben voor de ontwikkeling van ABA, zoals is gebleken dat de ontkenning van de wiel met access tijdens FAA ABA gedrag32 uitzitten.
    1. Verwijderen van voedsel precies 6 h later voor elke muis en meet de hoeveelheid resterende. Record de tijd voedsel wordt verwijderd.
  5. Schoon wielen nu, indien nodig, en proberen om dit te doen zonder het krijgen achter op het trekken van voedsel van latere kooien.
  6. Weeg voedsel en berekening van het verschil in voedsel om te bepalen van de hoeveelheid voedsel per muis gegeten.
  7. Bereken het gewicht van de schoolverlaters voor elke muis.
    Opmerking: Dropout gewicht is als een muis moet worden verwijderd uit het experiment, wanneer zij 75% van de laatste meting van het lichaamsgewicht van de basislijn tot. Bijvoorbeeld, als een muis bij het begin van de fase van de beperking, wanneer het bereikt 15 g 20 g weegt moeten worden verwijderd uit het experiment.
  8. Houd een kopie van de dropout gewichten aan de kant in het dier faciliteit.
    Opmerking: Evaluatie van de terugwinning van ABA experimenten kunnen worden geprobeerd; voedsel is ofwel ad libitum, verstrekt of wielen worden vergrendeld om te bestuderen van het proces waardoor muizen terug naar een gezond lichaam gewicht34.

10. experimentele beperking fase - 2 tot en met 14 dagen

  1. Herhaal alle stappen van de meting in het protocol beperking dag 1. Verrichten niet herstarten wiel acquisitie.
  2. Als een muis bereikt gewicht (75% van zijn lichaamsgewicht basislijn) dalen, verwijderen van de wiel en voedsel pot uit de kooi en zorgen voor voldoende voedsel op de bodem van de kooi, dan gaat u verder met de andere muizen. Zodra alle kooien hebben te zijn bijgewoond, euthanaseren alle muizen die druppel gewicht hebben bereikt.
  3. Laat het wiel op voor elke muis voor de duur van het experiment.
  4. Controleer elke muis dagelijks voor eventuele verwondingen. Indien nodig, beschadigde teennagels knippen, zweren, enz Ask dierenverzorgers personeel voor advies behandelen als onzeker over hoe verder te gaan met een blessure.

11. beëindiging van de studie

  1. Als de studie 14 dagen duurde heeft, Weeg alle de muizen op dag 15. Beperking dag 1 gewicht wordt beschouwd als een basislijn gewicht.
    Opmerking: De lengte van de studie kan worden gewijzigd om aan te pakken van de hypothese dat wordt getest. Langere duur voedsel toegang perioden kunnen worden gebruikt om uit te breiden van de lengte van de studie.
  2. Euthanaseren muizen als dit nodig is.
  3. Neem vuile apparatuur naar passende kamers.
  4. Wiel graaf overname eindigt op dag 15 tot en met 10 volle dagen van gegevens verstrekken.
  5. Uitschakelen draadloos wheel hubs.
  6. Extraheren van gegevens.
  7. Gegevens analyseren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Hersenen-afgeleide neurotrophic factor (BDNF), een proteïne dat aan de regulering bijdraagt van de voeding en gewicht onderhoud, is in het serum van patiënten met een35verlaagd. Dit experiment onderzocht de effecten van de geplande voederen, lopend wiel toegang of beide op BDNF expressie binnen de hippocampus (HPC), ventrale tegmental gebied (VTA), nucleus accumbens (NAc) en mediale prefrontale cortex (mPFC). Expressie van neuronale cel adhesie molecuul 1 (NCAM1) werd ook beoordeeld om te verkennen van de specificiteit van de gevolgen van BDNF binnen de mesocorticolimbic-pathway.

Muizen werden individueel gehuisvest binnen een 12:12 licht-donker cyclus in een klimaat gecontroleerde kamer in een faciliteit, verzorging van de dieren. Kooien waren uitgerust met draadloze draaiende wielen die gegevens elke 30 doorgegeven s op een laptop. Standaard chow werd aangeboden in een pot ongeveer 2" in diameter met muren ongeveer 1.5" hoge tijdens perioden van zowel de basislijn en de beperking.

Vier experimentele groepen werden pseudo-willekeurig toegewezen: ad libitum (Ad libitum), geplande voeding (STV), free wiel uitgevoerd en voedsel toegang (RUN) of free wiel met voedsel beperking (ABA) (Figuur 3). Groepsopdracht werd bepaald door eerste lichaamsgewicht om vier gewicht equivalent groepen te vormen. Muizen werden individueel gehuisvest en gevoed ad libitum met constante toegang tot een lopend wiel voor 2 dagen gedurende de acclimatisatie en 7 dagen in de periode van de basislijn.

Gedurende de toegangsperiode geplande voedsel van maximaal 12 dagen, werden STV zowel ABA groepen had voedsel toegang voor slechts 6 uur per dag (09:00-15:00) en gecontroleerd en verwijderd indien zij hun berekende druppel gewicht van 25% van hun startende lichaamsgewicht zijn nagekomen. Dagelijkse correcties werden voedsel toegang voor de STV-groep, om ervoor te zorgen dat de STV-groep had een soortgelijke dropout tarief als de ABA-groep, waarvan de leden normaal lichaamsgewicht sneller verliezen te beperken. Elke RUN muis was ingespannen om een ABA-muis voor verwijdering uit de studie, en elke Ad libitum muis was ingespannen voor een muis STV. Samengaan ervoor gezorgd dat alle muizen werden verwijderd uit de studie op dezelfde tijdstippen. Dit ontwerp is toegestaan voor de vergelijking van de expressie van genen tussen groepen muizen die ervaren van verschillende experimentele omstandigheden voor dezelfde duur. Het aantal dagen tot verwijdering werd geïnterpreteerd als een maatregel van voortbestaan. Een andere mogelijkheid is om een extra RUN groep, die is niet beperkt tot het eten zo weinig als de ABA-groep, maar is voorzien van een overmaat van voedsel in de periode van 6 uur. 5 experimentele groepen kunnen bovendien worden gebruikt, met inbegrip van beide vormen van de RUN-groep. De keuze van de groepen is afhankelijk van de doelstellingen van de studie.

Na verwijdering van het ABA-paradigma, werden muizen onthoofd voor snelle hersenen extractie. Weefsel van de mPFC, HPC, NAc en VTA werd verwijderd met behulp van een matrix van de hersenen en weefsel punch en onmiddellijk module bevroren met behulp van droogijs. Monsters werden bewaard in een vriezer-80 ° C vóór de extractie van RNA.

Statistische analyse van de gegevens werd uitgevoerd met behulp van variantieanalyse (ANOVA) proeven. Voor basislijngegevens, wordt ANOVA toegepast op elke afhankelijke variabele (lichaamsgewicht voedselinname en wiel uitgevoerd). Variantie-analyses post hoc of interacties werden uitgevoerd. Bonferroni correcties werden toen post hoc analyses variantie werden toegepast.

Voor het analyseren van de gegevens uit de restrictie, algemene lineaire modellen (PROC GLIMMIX; SAS v9.2; code beschikbaar van overeenkomstige auteur op verzoek) worden gebruikt om te beoordelen elke variabele. Post hoc analyses worden gebruikt voor het oplossen van afzonderlijke interacties met behulp van de valse ontdekking methode koers per balansdatum. Survival analyse werd uitgevoerd met behulp van de Kaplan-Meier-test met Logrank (Mantel-Cox) en Peto-Peto-Wilcoxon post hoc tests. Betekenis is vastgesteld op p < 0.05.

Wiel uitgevoerd beïnvloedde niet lichaamsgewicht tijdens basislijn, terwijl de voedselconsumptie verhoogd bij het uitvoeren van de wielen beschikbaar waren op de basislijn dagen 2-7. Voorafgaand aan geplande voeding, was activiteit op de draaiende wielen niet verschillend tussen de groepen RUN en ABA.

Aangezien Ad Lib en RUN muizen werden ingespannen naar STV en ABA muizen, respectievelijk, was er geen verschil in overleving tussen experimentele groepen tijdens de geplande voeding (Figuur 4een). Zonder samengaan, is voortbestaan van ABA muizen drastisch verminderd in vergelijking met RUN en STV groepen35. Lichaamsgewicht werd evenwel op 1-5 dagen in beide groepen blootgesteld aan geplande voeding (STV en ABA groepen) (Figuur 4b). Voeding ook verminderde voedselinname gepland op 1-5 dagen in beide groepen (Figuur 4c), maar had geen effect op wiel met activiteit (Figuur 4d). In deze studie was hyperactiviteit van de ABA-groep kort (1-3 dagen) en opgave ten opzichte van de RUN groep, misschien vanwege de snel dalende gezondheid van muizen in de ABA-voorwaarde.

Wiel lopende aanzienlijk verhoogde BDNF expressie binnen de VTA (Figuur 5een) terwijl voedsel beperking NCAM1 mRNA uitdrukking in de VTA (Figuur 5b) verhoogd, maar BDNF mRNA uitdrukking niet gewijzigd. Er waren geen belangrijkste effecten van wiel of voedsel toegang of interacties op BDNF of NCAM1 mRNA uitdrukking binnen de nar (Figuur 6). In de mPFC, geplande voeden daalde van BDNF mRNA uitdrukking, maar deed geen afbreuk aan NCAM1 mRNA uitdrukking (Figuur 7). Wiel toegang niet gewijzigd genexpressie en geen interacties van voedsel beperking en wiel toegang werden gevonden. Ook in de HPC, waren er geen interacties van voedsel beperking en wiel toegang op BDNF of NCAM1 mRNA uitdrukking, hoewel voedsel beperking verhoogd NCAM1 mRNA uitdrukking (Figuur 8).

Figure 1
Figuur 1 : Sex verschillen in de ABA paradigma. (een) Cumulatieve overleving tussen man en vrouw muizen na verloop van tijd. (b) lichaamsgewicht tussen man en vrouw muizen over de inname van voedsel van de dagen (c) beperking tussen mannelijke en vrouwelijke muizen beperking dagen. (d) wiel lopen tussen mannelijke en vrouwelijke muizen beperking dagen. Dit cijfer is gewijzigd van de oorspronkelijke publicatie6. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 : Effecten van voeding keer op ABA duur. Deze afbeelding ziet u hoeveel dagen muizen blijft in beperking afhankelijk van hoelang voedsel beschikbaar is. Dit blijkt voor muizen met en zonder wielen. Dit cijfer is gewijzigd van de oorspronkelijke publicatie35. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 : ABA paradigma proefopzet. Dit beeld toont de set up voor ABA experimenten. Dit cijfer is gewijzigd van de oorspronkelijke publicatie36. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 : Effecten van het paradigma van ABA. (een) overleven, (b) dagelijks lichaamsgewicht, (c) voedsel geconsumeerd en (d) wiel lopen tijdens het eten beperking. Getallen cursief verbeelden aantal muizen nog in de ABA paradigma. Resultaten worden uitgedrukt als bedoel ± SEM. Dit cijfer is gewijzigd van de oorspronkelijke publicatie36. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5 : Effecten van ABA op genexpressie in de VTA. (een) BDNF, (b) NCAM1 expressie in de VTA van muizen die onderhevig zijn aan invloeden van ABA. Inzetstukken geven de gemiddelde BDNF en NCAM1 meningsuiting tijdens beperking voor de onafhankelijke maatregel afgebeeld. Resultaten die worden weergegeven als log2(RQ) ± SEM p < 0.05. Dit cijfer is gewijzigd van de oorspronkelijke publicatie36. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6 : Effecten van ABA op genexpressie in de Nucelus Accumbens. (een) BDNF, (b) NCAM1 expressie in de nar van muizen die onderhevig zijn aan invloeden van ABA. Resultaten die worden weergegeven als log2(RQ) ± SEM p < 0.05. Dit cijfer is gewijzigd van de oorspronkelijke publicatie36. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7 : Effecten van ABA op genexpressie in de mPFC. (een) BDNF, (b) NCAM1 expressie in de mPFC van muizen die onderhevig zijn aan invloeden van ABA. De inzet toont u gemiddelde BDNF meningsuiting tijdens beperking voor de onafhankelijke maatregel afgebeeld. Resultaten weergegeven als betekenen log2(RQ) ± SEM p < 0.05. Dit cijfer is gewijzigd van de oorspronkelijke publicatie36. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 8
Figuur 8 : Effecten van ABA op genexpressie in de HPC. (een) BDNF, (b) NCAM1 expressie in de HPC van muizen die onderhevig zijn aan invloeden van ABA. Inzetstukken geven gemiddelde BDNF en NCAM1 meningsuiting tijdens beperking voor de onafhankelijke maatregel afgebeeld. Resultaten weergegeven als betekenen log2(RQ) ± SEM p < 0.05. Dit cijfer is gewijzigd van de oorspronkelijke publicatie36. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Het ABA-experiment kan worden gewijzigd door onderzoekers voor het testen van verschillende stammen, leeftijden, drugs en verschillende andere variabelen AN. dragen in genetische variabiliteit van de geest, aanpassingen aan het draaiende wiel of voedsel toegangsperiode zou vergroten of verkleinen van de ernst van symptomen en aantal schoolverlaters. Dit kan dienen te verhogen of verlagen van de lengte van het experiment, afhankelijk van de experimentele kwestie van belang.

Nauwkeurige meting van de voeding is een essentieel onderdeel van het ABA-paradigma, maar vaak problematisch kan worden gemaakt. Beddengoed, ontlasting en urine in de pot van voedsel, in combinatie met voedsel wordt verplaatst in de ruimte van de kooi biedt moeilijkheid bij het nauwkeurig afwegen resterende voedsel. Muizen laten ook kleine stukjes voedsel en poeder in de pot en de rest van de kooi. Een zeef helpt zo het probleem van de zeven door dekbed(den) aanwezig om te zoeken naar resten van het voedsel voor opnamen van het juiste gewicht te beperken, maar de methode is niet onfeilbaar. Behandeling van de muizen om te verkrijgen van hun gewichten is een ander cruciaal, nog storende factor in de ABA paradigma. Met onderzoeker interferentie zijn muizen gevoeliger voor stress, die de voorwaarden van ABA verergeren kan.

ABA is een handige methode bij de beoordeling van AN, maar deze techniek met beperkingen komt. De eerste beperking te overwegen is dat het ABA-model niet alle aspecten van anorexia doet nabootsen. Knaagdieren toegang krijgen tot een hoog vet dieet zal bijvoorbeeld niet ABA ontwikkelen onder de typische experimentele omstandigheden30. Echter bestaan vrijwel geen dierlijke modellen die alle aspecten van een psychiatrische stoornis recapituleren. ABA kon dus nog steeds belangrijke inzichten in AN-gerelateerde problemen opleveren.

Drug behandelingen kunnen ook worden geïmplementeerd in de ABA paradigma. Drug administration via het drinkwater is ideaal, aangezien het vermijdt dagelijkse injecties die ongewenste effecten, met inbegrip van lokale irritatie op de injectieplaats en op korte termijn sedatie geïnduceerd door bepaalde drugs kunnen hebben. Het is echter cruciaal voor het aanpassen van de concentratie van drug dagelijks om consistente dosering, aangezien dagelijkse wateropname dramatisch in de loop van ABA, eerste met een toename van het drinken en later met reducties in de vloeistof consumptie verandert. Met behulp van onderhuids mini pompen leveren drug voortdurend is ook mogelijk met het ABA paradigma; echter, moet worden gezorgd dat de mini pompen klein genoeg zijn om muizen te krijgen in en uit van voedsel potten en onbelemmerde uitvoeren op het draaiende wiel. Bovendien, het gebruik van optogenetic vezelkabels theoretisch haalbaar is, maar zou vereisen een gemodificeerde set-up. U kunt ook kan manipulatie van de activiteit van bepaalde circuits met behulp van ontwerper receptoren uitsluitend geactiveerd door "designer drugs" (DREADD) worden gebruikt met het ABA paradigma zonder de complicatie van inwoning koorden. Dus, een scala aan moderne neurowetenschap hulpmiddelen kan worden opgenomen om te bestuderen van de neurale mechanismen van ABA gedrag.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd gefinancierd door een onafhankelijke toekenning van de onderzoeker NARSAD en een IMHRO Rising Star depressie Research Award in geheugen van George Largay aan SCD.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Wireless Low Profile Running Wheels, Hubs, Software Med Associates ENV-047
Standard Teklad Rodent Chow Envigo 8604
8 Week Old Mice Jackson Laboratories Balb/cJ Strain used in our study - Can use other strains to assess ABA
Scout Pro Scale 200 g Ohaus SPE202 Used to weigh mice
Scout Pro Scale 400 g Ohaus SPE402 Used to weight food

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hall, J. F., Hanford, P. V. Activity as a function of a restricted feeding schedule. J Comp Physiol Psychol. 47 (5), 362-363 (1954).
  2. Hall, J. F., Smith, K., Schnitzer, S. B., Hanford, P. V. Elevation of activity level in the rat following transition from ad libitum to restricted feeding. J Comp Physiol Psychol. 46 (6), 429-433 (1953).
  3. Routtenberg, A., Kuznesof, A. W. Self-starvation of rats living in activity wheels on a restricted feeding schedule. J Comp Physiol Psychol. 64 (3), 414-421 (1967).
  4. Taksande, B. G., Chopde, C. T., Umekar, M. J., Kotagale, N. R. Agmatine attenuates hyperactivity and weight loss associated with activity-based anorexia in female rats. Pharmacol Biochem Behav. 132, 136-141 (2015).
  5. Boulton, A. A., Baker, G. B., Iverson, M. T. -M. Activity anorexia. Neuromethods, 18, Animal Models in Psychiatry. 1, Humana Press. Totowa, NJ. 267-311 (1991).
  6. Klenotich, S. J., Dulawa, S. C. The activity-based anorexia mouse model. Methods Mol Biol. 829, 377-393 (2012).
  7. Kron, L., Katz, J. L., Goryzynski, G., Weiner, H. Hyperactivity in anorexia nervosa: a fundamental clinical feature. Compr Psychiatry. 19 (5), 433-440 (1978).
  8. Hebebrand, J., et al. Hyperactivity in patients with anorexia nervosa and in semistarved rats: evidence for a pivotal role of hypoleptinemia. Physiol Behav. 79 (1), 25-37 (2003).
  9. Birmingham, C. L., Su, J., Hlynsky, J. A., Goldner, E. M., Gao, M. The mortality rate from anorexia nervosa. Int J Eat Disord. 38 (2), 143-146 (2005).
  10. Walsh, B. T., et al. Fluoxetine after weight restoration in anorexia nervosa: a randomized controlled trial. JAMA. 295 (22), 2605-2612 (2006).
  11. Kaye, W. H., et al. Double-blind placebo-controlled administration of fluoxetine in restricting- and restricting-purging-type anorexia nervosa. Biol Psychiatry. 49 (7), 644-652 (2001).
  12. Jagielska, G., Kacperska, I. Outcome, comorbidity and prognosis of anorexia nervosa. Psychiatr Pol. 51 (2), 205-218 (2017).
  13. Murray, S. B., et al. A comparison of eating, exercise, shape, and weight related symptomatology in males with muscle dysmorphia and anorexia nervosa. Body Image. 9 (2), 193-200 (2012).
  14. Nieuwoudt, J. E., Zhou, S., Coutts, R. A., Booker, R. Symptoms of muscle dysmorphia, body dysmorphic disorder, and eating disorders in a nonclinical population of adult male weightlifters in Australia. J Strength Cond Res. 29 (5), 1406-1414 (2015).
  15. Griffiths, S., Mond, J. M., Murray, S. B., Touyz, S. Positive beliefs about anorexia nervosa and muscle dysmorphia are associated with eating disorder symptomatology. Aust N Z J Psychiatry. 49 (9), 812-820 (2015).
  16. Achamrah, N., et al. Sex differences in response to activity-based anorexia model in C57Bl/6 mice. Physiol Behav. 170, 1-5 (2017).
  17. Perez-Leighton, C. E., Grace, M., Billington, C. J., Kotz, C. M. Role of spontaneous physical activity in prediction of susceptibility to activity based anorexia in male and female rats. Physiol Behav. 135, 104-111 (2014).
  18. Pirke, K. M., Broocks, A., Wilckens, T., Schweiger, U. Starvation-induced hyperactivity in the rat: the role of endocrine and neurotransmitter changes. Neurosci Biobehav Rev. 17 (3), 287-294 (1993).
  19. Doerries, L. E. Gender differences in activity anorexia: predictable, paradoxical, or enigmatic. Activity anorexia: Theory, research, and treatment. Epling, W. F., Pierce, W. D. , Erlbaum. Mahwah, NJ. 69-77 (1996).
  20. Woods, D. J., Routtenberg, A. "Self-starvation" in activity wheels: developmental and chlorpromazine interactions. J Comp Physiol Psychol. 76 (1), 84-93 (1971).
  21. Pare, W. P. The influence of food consumption and running activity on the activity-stress ulcer in the rat. Am J Dig Dis. 20 (3), 262-273 (1975).
  22. Boakes, R. A., Mills, K. J., Single, J. P. Sex differences in the relationship between activity and weight loss in the rat. Behav Neurosci. 113 (5), 1080-1089 (1999).
  23. Pjetri, E., et al. Identifying predictors of activity based anorexia susceptibility in diverse genetic rodent populations. PLoS One. 7 (11), (2012).
  24. Gelegen, C., et al. Difference in susceptibility to activity-based anorexia in two inbred strains of mice. Eur Neuropsychopharmacol. 17 (3), 199-205 (2007).
  25. Shimizu, N., Oomura, Y., Kai, Y. Stress-induced anorexia in rats mediated by serotonergic mechanisms in the hypothalamus. Physiol Behav. 46 (5), 835-841 (1989).
  26. Siegfried, Z., Berry, E. M., Hao, S., Avraham, Y. Animal models in the investigation of anorexia nervosa. Physiol Behav. 79 (1), 39-45 (2003).
  27. Kim, S. F. Animal models of eating disorders. Neuroscience. 211, 2-12 (2012).
  28. Gutierrez, E., Cerrato, M., Carrera, O., Vazquez, R. Heat reversal of activity-based anorexia: implications for the treatment of anorexia nervosa. Int J Eat Disord. 41 (7), 594-601 (2008).
  29. Brown, A. J., Avena, N. M., Hoebel, B. G. A high-fat diet prevents and reverses the development of activity-based anorexia in rats. Int J Eat Disord. 41 (5), 383-389 (2008).
  30. Boakes, R. A., Juraskova, I. The role of drinking in the suppression of food intake by rodent activity. Behav Neurosci. 115 (3), 718-730 (2001).
  31. Boakes, R. A., Dwyer, D. M. Weight loss in rats produced by running: effects of prior experience and individual housing. Q J Exp Psychol. 50 (2), 129-148 (1997).
  32. Dwyer, D. M., Boakes, R. R. Activity-based anorexia in rats as failure to adapt to a feeding schedule. Behav Neurosci. 111 (1), 195-205 (1997).
  33. Beneke, W. M., Schulte, S. E., Vander Tuig, J. G. An analysis of excessive running in the development of activity anorexia. Physiol Behav. 58 (3), 451-457 (1995).
  34. Dixon, D. P., Ackert, A. M., Eckel, L. A. Development of, and recovery from, activity-based anorexia in female rats. Physiol Behav. 80 (2-3), 273-279 (2003).
  35. Klenotich, S. J., et al. Olanzapine, but not fluoxetine, treatment increases survival in activity-based anorexia in mice. Neuropsychopharmacology. 37 (7), 1620-1631 (2012).
  36. Ho, E. V., Klenotich, S. J., McMurray, M. S., Dulawa, S. C. Activity-Based Anorexia Alters the Expression of BDNF Transcripts in the Mesocorticolimbic Reward Circuit. PLoS ONE. 11 (11), 0166756 (2016).

Tags

Gedrag kwestie 135 Activity-Based anorexie Anorexia Nervosa hyperactiviteit Food Restriction-Induced hyperactiviteit muizen voedsel beperking Hypophagia eetstoornis
Beoordeling van Activity based Anorexia in muizen
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Welch, A. C., Katzka, W. R., Dulawa, … More

Welch, A. C., Katzka, W. R., Dulawa, S. C. Assessing Activity-based Anorexia in Mice. J. Vis. Exp. (135), e57395, doi:10.3791/57395 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter