Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Модель социальной изоляции: неинвазивная модель стресса и тревоги грызунов

Published: November 11, 2022 doi: 10.3791/64567
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1Titus Family Department of Clinical Pharmacy, School of Pharmacy, University of Southern California, 2Homer Stryker M.D. School of Medicine, Western Michigan University

Summary

Здесь представлена модель мыши, вызванная социальной изоляцией (СИ), которая использует диких мышей типа C56BL / 6J для индуцирования стресса и тревожного поведения с минимальным обращением и без инвазивных процедур. Эта модель отражает современные жизненные модели социальной изоляции и идеально подходит для изучения тревоги и связанных с ней расстройств.

Abstract

Тревожные расстройства являются одной из ведущих причин инвалидности в Соединенных Штатах (США). Современные методы лечения не всегда эффективны, и менее 50% пациентов достигают полной ремиссии. Критическим шагом в разработке нового анксиолитика является разработка и использование животной модели, такой как мыши, для изучения патологических изменений и тестирования мишени (целей) препарата, эффективности и безопасности. Современные подходы включают генетические манипуляции, хроническое введение молекул, вызывающих беспокойство, или введение экологического стресса. Эти методы, однако, могут не реально отражать беспокойство, вызванное повседневной жизнью. Этот протокол описывает новую модель тревоги, которая имитирует преднамеренные или непреднамеренные модели социальной изоляции в современной жизни. Модель тревоги, вызванная социальной изоляцией, сводит к минимуму воспринимаемые отвлекающие факторы и инвазивность и использует диких мышей типа C57BL / 6. В этом протоколе 6-8-недельные мыши (самцы и самки) поодиночке помещаются в непрозрачные клетки, чтобы визуально блокировать внешнюю среду, такую как соседние мыши, в течение 4 недель. Никакие экологические обогащения (например, игрушки) не предоставляются, постельный материал уменьшается на 50%, любая обработка препарата вводится в виде агаровой формы, а воздействие / обработка мышей сводится к минимуму. Социально изолированные мыши, полученные с использованием этого протокола, демонстрируют большее тревожное поведение, агрессию, а также снижение познания.

Introduction

Тревожные расстройства представляют собой самый большой класс и бремя психических заболеваний в Соединенных Штатах (США), с соответствующими ежегодными расходами, превышающими 42 миллиарда долларов США 1,2,3. В последние годы тревога и стресс увеличили распространенность самоубийств и идей самоубийства более чем на 16%4. Пациенты с хроническими заболеваниями особенно уязвимы к непреднамеренным вторичным эффектам психического расстройства или снижения когнитивной функции5. Современные методы лечения тревоги включают психотерапию, лекарства или комбинацию обоих6. Однако, несмотря на этот кризис, менее 50% пациентов достигают полной ремиссии 6,7. Анксиолитики, такие как бензодиазепины (BZs) и селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС), имеют значительные недостатки или практически не дают немедленных эффектов8. Кроме того, существует относительная нехватка новых анксиолитиков, находящихся в стадии разработки, что осложняется дорогостоящим и трудоемким процессом разработки лекарств 9,10.

Критическим шагом в процессе разработки лекарств является создание и использование животной модели, такой как мыши, для изучения патологических изменений и проверки безопасности и эффективности лекарств11. Современные подходы к созданию моделей тревожных животных включают 1) генетические манипуляции, такие как выбивание серотониновых рецепторов (5-HT1A) или рецептора А γ-аминомасляной кислоты (ГАМКАР) α субъединиц12; 2) хроническое введение индукторов тревоги, таких как кортикостерон или липополисахариды (ЛПС)13,14; или 3) управление экологическим стрессом, включая социальное поражение и разлучение матерей15. Эти методы, однако, могут не реально отражать беспокойство, вызванное в повседневной жизни, и поэтому могут не подходить для исследования основного механизма или тестирования новых лекарств.

Как и люди, мыши и крысы являются очень социальными существами 16,17,18. Социальный контакт и социальные взаимодействия необходимы для оптимального здоровья мозга и имеют решающее значение для правильного развития нервной системы в период воспитания19. Таким образом, материнское разделение или социальная изоляция в период воспитания приводит к появлению мышей, которые показывают больше тревоги, депрессии и изменений в нейротрансмиссии20. Кроме того, социальный груминг или аллогруминг является распространенной формой связывания или утешительного поведения среди мышей и крыс, которые живут вместе21. Таким образом, социализация является неотъемлемой частью жизни грызунов, а изоляция негативно сказывается на их здоровье.

В этом контексте настоящий протокол описывает новую модель тревоги, имитирующую преднамеренные или непреднамеренные модели социальной изоляции в современной жизни. Эта модель социальной изоляции (СИ) сводит к минимуму воспринимаемые отвлекающие факторы и инвазивность и использует взрослых диких мышей типа C57BL/ 6 и крыс Sprague-Dawley (SD). Протокол, представленный здесь, фокусируется на модели тревожных мышей, основанной на наших опубликованных доказательствах, которые показали повышенное тревожное поведение, агрессию, снижение познания и увеличение нейровоспаления в результате социальной изоляции 22,23,24. Тревожно-подобное поведение подтверждается повышенным плюс лабиринтом (EPM) и тестами открытого поля (OF), в то время как когнитивная функция измеряется тестами распознавания новых объектов (NOR) и распознавания нового контекста (NCR). Эта модель полезна для исследования тревоги и связанных с ней расстройств, но также может быть адаптирована или модифицирована для изучения естественного прогрессирования и развития легких когнитивных нарушений, а также метаболических изменений из-за стресса.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Все эксперименты на животных проводятся в соответствии с протоколами, утвержденными Институциональным комитетом по уходу и использованию животных Университета Южной Калифорнии (USC) (IACUC), и все методы проводятся в соответствии с соответствующими руководящими принципами, правилами и рекомендациями.

1. Животные

  1. Получите одобрение от соответствующих комитетов по уходу за животными для исследования.
  2. Установите виварий на темно-светлый 12-часовой цикл с контролируемой температурой и влажностью от 24 ± 2 °C до 50%-60% соответственно.
  3. Получить самцов и/или самок диких мышей типа C57BL/6 в возрасте 6-8 недель. После стратификации животных по полу случайным образом распределите их по одной из следующих групп: 1) групповой дом с обработкой транспортного средства; 2) групповой дом с наркотическим лечением; 3) социальная изоляция с обращением с транспортным средством; или 4) социальная изоляция с медикаментозным лечением. Стремитесь к тому, чтобы по крайней мере четыре мыши в группе на пол (в идеале шесть мышей на группу).
  4. По прибытии мышей акклиматизируйте их к виварию в течение не менее 24 ч. Мыши должны прибывать в одиночку.

2. Настройка клетки

  1. Для животных социальной изоляции возьмите стандартную клетку для мышей (75 на2 площади) и добавьте половину количества подстилки и 1 из2 куска хлопка (или эквивалента) для гнездования.
  2. Оберните наружные стенки клеток в непрозрачные черные полиэтиленовые пакеты (или эквивалентные) и закрепите с помощью ленты. Убедитесь, что мыши не могут видеть внешнюю среду или окружающих животных.
    1. Оставьте верхнюю и нижнюю часть клетки незавернутыми, если мыши не смогут видеть через них соседних животных.
    2. При упаковке убедитесь, что ни один сегмент сумки не доступен изнутри клетки. Это делается для того, чтобы животное не разорвало мешок на части.
    3. Не включайте никаких форм обогащения окружающей среды, таких как игрушки или ходовые колеса.
  3. Осторожно и аккуратно поместите мышей в подготовленные клетки. Обеспечьте еду и воду ad libitum.
  4. Домашние контрольные мыши в группах по два или три человека в нормальных условиях содержания в клетке (т.е. в стандартной клетке для мышей [75 в2-х этажной площади], полное количество подстилки,2 в 2 куске хлопка или эквиваленте для гнездования и без упаковки непрозрачных пакетов).
    1. Убедитесь, что мыши, размещенные в группе, совместимы друг с другом (т. Е. Между ними нет борьбы / конфликтов). При возникновении конфликта удалите агрессора и исключите из анализа.
    2. Разделите самцов и самок мышей и держите дистанцию между самцами и самками, чтобы избежать возможности повлиять на изменения эндокринного уровня самок мышей из-за их способности чувствовать запах.

3. Уход и лечение в период социальной изоляции

  1. Беспокоить мышей как можно меньше в период социальной изоляции. Выполняйте любые процедуры и действия, такие как изменение клеток и введение лечения, во время их активного периода (т. Е. Во время темного цикла) и при минимальных шумовых нарушениях.
  2. Меняйте клетки только один раз в неделю во время темного цикла. Тот же пластиковый пакет можно снять и переворачивать в новые клетки, если нет значительных повреждений.
    1. Для контрольных (размещенных в группе) мышей меняйте клетки два раза в неделю или более по мере необходимости во время темного цикла.
  3. Убедитесь, что у мышей достаточно воды и пищи, чтобы их было не менее 1 недели.
  4. Продолжайте изолировать (или группировать) мышей в течение как минимум 4 недель, чтобы увидеть оптимальные результаты.

4. Агар препарат/лечебный препарат - неинвазивное медикаментозное лечение

  1. Если в исследовании участвуют методы лечения (например, исследуемые препараты), в идеале вводят лечение с как можно меньшим обращением, используя формы агара. Такие пути, как инъекция и пероральный прием, создают дополнительный стресс для мышей, что может стать смешанным фактором тревоги.
  2. Корректируйте сроки и частоту лечения в зависимости от характера применяемого препарата.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В данном исследовании в качестве лечения использовалось 2 мг/кг дигидромирицетина (ДГМ, [(2R,3R)-3,5,7-тригидрокси-2-(3,4,5-тригидроксифенил)-2,3-дигидрохромен-4-он]). ДГМ вводили ежедневно, в однократной дозе, во время темной фазы последних 2 недель периода изоляции (или группового дома).
  3. Чтобы подготовить обработку, добавьте 3% (мас./об.) агар в деионизированную (DI) воду и нагрейте до ~90 °C для растворения. Решение будет пузыриться. Предотвратите просыпание или закипание.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Нагрейте раствор в стеклянной колбе с помощью коротких интервалов в 10 с микроволновки.
    ВНИМАНИЕ: Стеклянная посуда будет горячей. Носите соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ) при обращении с раствором.
  4. Закрутите раствор и визуально обеспечьте однородность раствора.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Раствор должен быть полупрозрачной и от светло-желтого до светло-коричневого цвета.
  5. Пока раствор еще теплый, добавляют 5% (мас./об.) сахарозу и желаемую дозу лечения. Только добавляйте сахарозу и не добавляйте интересующую обработку к управлению транспортным средством.
  6. Закрутите раствор и визуально обеспечьте однородность раствора. Затем вылейте раствор в форму и дайте остыть при комнатной температуре, чтобы затвердеть. Если процедура светочувствительна, обязательно защитите ее от света.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Раствор должен быть слегка вязким.
  7. После затвердевания нарежьте агар кубиками размером 0,5 см х 0,5 см х 0,5 см и храните при температуре 4 °C до введения.
  8. Чтобы провести лечение, поместите один куб на небольшую весовую лодку. Во время темной фазы светло-темного цикла спокойно и осторожно поместите агаровую весовую лодку в отдельные клетки, не прикасаясь к мыши. Позвольте мыши потреблять агар.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Мыши обычно тратят 15-45 минут, чтобы полностью потреблять агар.
  9. Подтвердите полное потребление агара, а затем осторожно извлеките весовую лодку из клетки. Повторите по мере необходимости.
  10. Готовьте кубики агара еженедельно, чтобы сохранить свежесть и избежать загрязнения.

5. Анализ поведения

  1. Проводят поведенческие тесты через 24 ч после последнего дня 4-недельного (и более) периода изоляции. Проводите испытания во время темной фазы при непрямом красном освещении и записывайте с помощью видеокамеры.
  2. Организуйте по крайней мере трех человек для проведения ручного офлайн-подсчета баллов в двойной слепой манере, чтобы свести к минимуму предвзятость и ошибку.
  3. Надземный плюс лабиринт (EPM)
    1. Подготовьте аппарат EPM. Аппарат, используемый в этом протоколе, был получен коммерчески (см. Таблицу материалов) и изготовлен из непрозрачного пластика с двумя распростертыми руками и двумя закрытыми руками (33 см х 5 см каждая, распростертые руки перпендикулярно закрытым рукам) с центральной платформой 5 см х 5 см. Поднимите аппарат на 50 см над полом.
    2. Поместите животное на центр аппарата, лицом к открытой руке. Дайте животному исследовать в течение 5 минут и запишите их активность с помощью видеокамеры.
      1. Очистите аппарат после каждого животного, тщательно протерев все поверхности дезинфицирующим средством (70% этиловым спиртом). Убедитесь, что весь помет грызунов вытерт.
    3. Оцените поведение мышей в автономном режиме на основе времени, проведенного в открытых объятиях, с закрытыми руками и центральной платформе с помощью секундомера. Запустите секундомер, когда мышь поместит не менее трех лап в соответствующую руку или платформу.
  4. Испытание в открытом поле (OF)
    1. Подготовьте аппарат ОФ. Аппарат, используемый в этом протоколе (см. Таблицу материалов), был изготовлен из непрозрачного пластика размером 50 см х 50 см х 38 см (длина х ширина х высота).
    2. Нарисуйте квадратные сетки (10 см х 10 см каждая) на поле, в общей сложности 25 сеток.
    3. Поместите животное в центр поля и дайте исследовать его в течение 10 мин. Записывайте их активность на видеокамеру.
      1. Очистите аппарат после каждого животного, тщательно протерев всю поверхность дезинфицирующим средством (70% этиловым спиртом). Убедитесь, что весь помет грызунов вытерт.
    4. Оцените поведение мышей в автономном режиме на основе времени, проведенного в центральной зоне, времени, проведенного в углах, общего пройденного расстояния и количества раз, когда мышь выращивалась.
      1. Используйте секундомер для записи времени, проведенного в центре или углу. Запустите секундомер, когда мышь поместит не менее трех лап в соответствующую область.
      2. Используйте счетчик для записи пройденного расстояния и частоты вздыбления. Подсчитайте количество квадратов, в которые входит мышь (когда мышь помещает в квадрат не менее трех лап). Считайте вздыбления, когда мышь четко встает на задние лапы. Не считайте, когда мышь встает и прислоняется к стенам или когда она встает к жениху.
  5. Тест распознавания новых объектов (NOR)
    1. Выполните этот тест в течение 3 дней. На 1 день подготовьте аппарат открытого поля размером 50 см х 50 см х 38 см (длина х ширина х высота). Поместите животное в центр открытого поля и дайте ознакомиться в течение 5 мин. Затем поместите животное обратно в его домашнюю клетку.
      1. Очистите аппарат после каждого животного, тщательно протерев все поверхности дезинфицирующим средством (70% этиловым спиртом). Убедитесь, что весь помет грызунов вытерт.
    2. На 2 день подготовьте тот же аппарат открытого поля и поместите два одинаковых объекта, например, небольшой кубик. Расположите их симметрично на расстоянии около 20 см друг от друга. Поместите животное в центр аппарата и дайте исследовать в течение 5 мин. Затем поместите животное обратно в его домашнюю клетку.
      1. Очистите аппарат после каждого животного, тщательно протерев все поверхности дезинфицирующим средством (70% этиловым спиртом). Убедитесь, что весь помет грызунов вытерт.
    3. На 3-й день подготовьте тот же аппарат открытого поля и один из объектов со 2-го дня (т.е. маленький куб), который будет функционировать как привычный объект. Поместите другой, непохожий новый объект, например, деревянную пирамиду, симметрично от знакомого объекта на расстоянии около 20 см друг от друга. Позвольте животному исследовать в течение 3 минут и запишите их активность на видеокамеру.
      1. Очистите аппарат после каждого животного, тщательно протерев все поверхности дезинфицирующим средством (70% этиловым спиртом). Убедитесь, что весь помет грызунов вытерт.
    4. Оцените поведение мышей в автономном режиме на основе времени, затраченного на изучение знакомого объекта и нового объекта. Вычислите индекс распознавания объектов (ORI%), где Equation 1; tf и tn представляют время исследования знакомых и новых объектов соответственно.
  6. Тест на распознавание нового контекста (NCR)
    1. Выполняйте этот тест в течение 2 дней. Подготовьте два открытых поля отчетливой формы и две пары объектов отчетливой формы. Аппарат OF может быть использован в качестве одного из контекстов (открытое поле). Другой контекст должен быть аналогичного размера, но другой формы, например, круглое открытое поле.
    2. На 1-й день поместите одну пару идентичных объектов (т.е. два куба) в квадратный контекст, а другую пару идентичных объектов (т.е. две пирамиды) в круглый контекст. Объекты должны располагаться симметрично на расстоянии 15-20 см друг от друга.
    3. Поместите животное в центр и дайте исследовать в течение 5 минут в одном контексте. Повторите в другом контексте. Затем поместите животное обратно в его домашнюю клетку.
      1. Очистите аппарат после каждого животного, тщательно протерев все поверхности дезинфицирующим средством (70% этиловым спиртом). Убедитесь, что весь помет грызунов вытерт.
    4. На 2-й день поменяйте местами один из объектов из одного контекста на другой (т.е. поместите один куб и одну пирамиду в квадратный контекст, а один куб и одну пирамиду в круглый контекст).
    5. Поместите животное в центр и дайте исследовать в течение 3 мин. Записывайте их активность на видеокамеру. Животные не нуждаются в записи в обоих контекстах.
      1. Очистите аппарат после каждого животного, тщательно протерев все поверхности дезинфицирующим средством (70% этиловым спиртом). Убедитесь, что весь помет грызунов вытерт.
    6. Оцените поведение мышей в автономном режиме на основе времени, затраченного на изучение различных объектов. Рассчитайте индекс распознавания (RI%) как соотношение времени, затраченного на исследование нового объекта «вне контекста» (т. е. пирамиды в квадратном контексте) по сравнению с знакомым объектом «в контексте» (т. Е. Кубом в квадратном контексте). Equation 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Все репрезентативные результаты и цифры были изменены из наших последних публикаций 22,23. Чтобы оценить влияние социальной изоляции на тревожность и исследовательское поведение, тесты EPM и OF были проведены через 24 часа после даты окончания 4-недельного периода социальной изоляции. Социально изолированные мыши проводили значительно меньше времени в открытой руке (1,28 ± 0,17 мин) по сравнению с контрольной (2,31 ± 0,27 мин) и значительно больше времени в закрытой руке (3,31 ± 0,27 мин) по сравнению с контрольной (2,24 ± 0,31 мин) (Рисунок 1). Аналогичным образом, в тесте OF социально изолированные мыши путешествовали меньше (2 176 ± 146 см против контроля [2 765 ± 161 см]), меньше (28,25 ± 2,07 против контроля [46,63 ± 1,52]), проводили больше времени в поворотах (73,00 ± 4,31 с против контроля [28,25 ± 2,07 с]) и проводили меньше времени в центральной области (7,63 ± 0,86 с против контроля [19,63 ± 0,71 с]), указывая на усиленное тревожно-подобное поведение (рисунок 2).

Кроме того, было оценено влияние социальной изоляции на познание, поскольку тревожные расстройства обычно также проявляют симптомы когнитивных нарушений, таких как потеря памяти и трудности с концентрациейвнимания 25,26. Были использованы два теста: распознавание новых объектов (NOR) и распознавание нового контекста (NCR), как описано ранее23, для оценки способности мышей распознавать новые объекты в аналогичном контексте (NOR) и новом контексте с аналогичными объектами (NCR). Социально изолированные мыши показали как снижение распознавания новых объектов (55,3 ± 4,1% по сравнению с контролем [66,3 ± 4,7%]) (рисунок 3A), так и снижение распознавания нового контекста (51,5 ± 6,5% по сравнению с контролем [68,6 ± 2,8%]), что свидетельствует о когнитивных нарушениях (рисунок 3B).

Figure 1
Рисунок 1: Изменения в тревожном поведении, измеряемые повышенным плюсовым лабиринтом (EPM). Время, проведенное в (A) открытой руке и (B) закрытой руке аппарата EPM. Данные, представленные в виде среднего ± SEM. Односторонняя ANOVA с последующим множественным сравнением, метод Холма-Сидака. N = 11 на группу. * p ≤ 0,05. Эта цифра была изменена по сравнению с Al Omran et al.22 (открытый доступ под международной лицензией Creative Commons Attribution 4.0). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 2
Рисунок 2: Изменения в тревожном поведении и двигательной активности, измеренные с помощью теста открытого поля (OF). Данные показаны как (A) общее пройденное расстояние, (B) количество раз, когда мыши выращивались, (C) общее время, проведенное в углу, и (D) общее время, проведенное в центре аппарата OF. Данные, представленные в виде среднего ± SEM. Односторонняя ANOVA с последующим множественным сравнением, метод Холма-Сидака. N = 11 на группу. * с≤ 0,05. Эта цифра была изменена по сравнению с Al Omran et al.22 (открытый доступ под международной лицензией Creative Commons Attribution 4.0). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 3
Рисунок 3: Изменения в познании, измеряемые тестами распознавания новых объектов (NOR) и распознавания нового контекста (NCR). (A) ORI = индекс распознавания объектов. (B) RI = (новый контекст) индекс распознавания. Данные, представленные в виде среднего ± SEM. Односторонняя ANOVA с последующим множественным сравнением, метод Холма-Сидака. N = 9 на группу. * p ≤ 0,05. Эта цифра была изменена по сравнению с Watanabe et al.23 (открытый доступ под международной лицензией Creative Commons Attribution 4.0). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Критические шаги в протоколе включают правильную настройку клеток социальной изоляции (т. Е. Упаковка непрозрачных пакетов и уменьшение количества постельных принадлежностей), минимизация обращения с мышами и беспокойства мышей в течение всего периода изоляции и обеспечение того, чтобы мыши получали и потребляли агар с препаратом полностью. Очень важно, чтобы состояние вивария или корпуса поддерживалось при постоянной температуре и влажности, а также минимизировались внешние помехи. Значительные усилия должны быть направлены на снижение как можно большего количества этих смешанных факторов, включая, но не ограничиваясь, шумовым возмущением (например, разговором, шумами оборудования и т. Д.), Чрезмерным обращением и беспокойством животных во время световой фазы цикла темного света. Время, необходимое для замены клеток, пополнения пищи и / или воды, обеспечения обработки и всех других функций в период изоляции, также должно быть сведено к минимуму. Хотя и редко, в прошлом мы наблюдали драки среди самцов мышей, размещенных в группах. Таким образом, для мышей, размещенных в группе (контрольная или аналогичная), необходимо тщательное наблюдение, чтобы убедиться, что среди мышей нет конфликтов, поскольку это будет учитываться как еще один фактор беспокойства или стресса. В случае, если боевые действия действительно происходят, подозреваемый агрессор должен быть заменен на другого партнера, размещенного в группе, и продолжать наблюдаться. Если агрессор продолжает создавать конфликты, предлагается исключить агрессора, а также мышей, получивших травмы от агрессора, из исследования.

Описанный протокол рекомендует 4 недели изоляции, но этот срок может быть увеличен. Самый длинный период социальной изоляции, который мы выполнили, составляет 8 недель, и мы также выполнили повторную социальную изоляцию (изоляция, групповой дом, повторная изоляция) в качестве модели накопленной тревоги / стресса. Сроки и продолжительность этих периодов изоляции могут быть изменены в соответствии с экспериментальными потребностями или целями. Тем не менее, сокращение периода изоляции до менее чем 4 недель не рекомендуется, так как мышам может быть недостаточно времени, чтобы демонстрировать тревожное поведение или патологические изменения мозга. Сроки и частота лечения также могут быть изменены.

По отношению к существующим методам установления тревожных животных моделей, эта модель имеет ряд преимуществ. Во-первых, он не требует обширного отбора фенотипа (селекционное разведение) или генетических манипуляций, таких как выбивание или заглушение рецепторов в головном мозге. Хотя генетически модифицированные мыши полезны для исследования восприимчивых генов, они не могут полностью улавливать патогенез тревоги12. Кроме того, нокауты генов могут быть смертельными или не точно имитировать беспокойство, наблюдаемое у людей27. Генетические манипуляции требуют времени и усилий, требуя извлечения эмбриональных стволовых клеток, инъекции ДНК, культивирования, имплантации в матку и выращивания27. Кроме того, эти генетические животные могут по-настоящему не отражать эффекты лекарств для разработки лекарств. Эта модель социальной изоляции, хотя и требует не менее 4 недель изоляции, выгодна с точки зрения времени, усилий и надежности. Во-вторых, мышам не нужно хронически вводить индукторы тревоги, такие как кортикостерон или липополисахариды (ЛПС)13,14. Исследователям нет необходимости проходить ежедневные процедуры инъекций, а модель социальной изоляции более точно отражает беспокойство у людей, так как большинство людей не получают ежедневные инъекции, чтобы испытывать беспокойство. Наконец, мышей не нужно обусловливать (например, в парадигмах социального поражения), что требует времени и может не генерировать воспроизводимые уровни тревоги (т.е. значительные различия среди мышей)15.

Многие из существующих в настоящее время моделей социальной изоляции начинают период изоляции в раннем развитии, между неонатальным и подростковым периодами. Такие модели изоляции в раннем возрасте вызывают депрессивное и тревожное поведение, поведение социального избегания и другие нейропсихиатрические симптомы, которые отражают тревожные расстройства, депрессию, аутизм и связанные с ними психические расстройства28. Хотя метод социальной изоляции в раннем возрасте хорошо зарекомендовал себя и широко используется, он не полностью отражает развитие психических расстройств, поскольку не все люди испытывают материнское разделение (социальную изоляцию) в подростковом возрасте29 лет. Кроме того, их эффекты варьируются в зависимости от вида, штамма, пола и частоты/продолжительности выделения28. Например, некоторые исследования показали, что социальная изоляция после отъема увеличивает агрессивное поведение у мышей C57BL / 6J, в то время как другие показали только небольшой эффект или отсутствие эффекта28. Это изменение, вероятно, связано с небольшими различиями в частоте, продолжительности или конфигурации корпуса периода изоляции. Другое исследование с мышами во взрослой или поздней стадии жизни показало, что социальная изоляция увеличивает гиперактивность, без явного депрессивного или тревожного поведения30. Эти мыши не смогли увидеть соседних мышей, похожих на нашу модель, но использовали самок гибрида F1 C57BL / 6J x 129S6 / SvEvTacмышей 30, что свидетельствует о изменчивости между штаммами и полом. Это исследование надеется свести к минимуму эти вариации, предложив последовательный метод.

Недостатком данной методики является то, что звуковой фактор не устраняется. Поскольку клетки не являются звуконепроницаемыми, животные все еще способны слышать друг друга и, следовательно, не могут находиться в абсолютной изоляции. Может быть интересно включить звуконепроницаемую клетку в протокол и исследовать влияние слуховой изоляции на беспокойство и познание. Однако для целей этой модели блокируются только визуальные чувства и взаимодействия, поскольку эта модель не является моделью сенсорной депривации, а скорее моделью, запрещающей личное социальное взаимодействие. Модель предназначена для имитации личных социальных взаимодействий, поскольку слуховой стимул обычно присутствует в жизни человека. Другим недостатком является то, что этот протокол был протестирован только на мышах C57BL/6 и крысах Sprague Dawley. Как упоминалось ранее, последствия социальной изоляции могут варьироваться в зависимости от вида и штамма. Хотя воспроизводимость этого протокола у других видов /штаммов грызунов не может быть гарантирована, можно подтвердить, что эта модель может быть последовательно воссоздана у этих двух животных.

Поскольку животные демонстрировали снижение познания и памяти, эта модель может быть разработана как модель с умеренными когнитивными нарушениями. Хотя необходима дальнейшая оптимизация, модель может быть полезна для исследования механизма когнитивных нарушений, вызванных социальной изоляцией, возможно, от накопленных эпизодов стресса и тревоги. Модель также может быть использована для изучения влияния социальной изоляции в более позднем возрасте на социальное поведение, агрессию или насилие.

В целом, модель мышиной тревоги, вызванная социальной изоляцией, может быть применена для исследования тревоги и связанных с ней расстройств неинвазивным, минимально обработанным способом и направлена на точное имитирование тревоги, вызванной социальной изоляцией и одиночеством.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Acknowledgments

Эта работа финансировалась грантом Национального института здравоохранения AA17991 (для J.L.), Фондом беззаботной биотехнологии (для J.L.), Университетом Южной Калифорнии (USC), USC Graduate School Travel/Research Award (для S.W.) Стипендия культурной миссии Саудовской Аравии (для A.A.O.) и стипендиальная программа армейских медицинских профессий (для A.S.S.).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Black Plastic Bags Office Depot 791932 24" x 32"
Elevated Plus Maze SD Instruments NA Black color
Open Field enclosure SD Instruments NA White color
Select Agar Invitrogen 30391-023
Square cotton for nesting (nestlet) Ancare Corporation NC9365966 Divide a 2" square piece into 4 pieces to create a 1" square piece for isolation group
Sucrose Sigma S1888-1KG
Weigh boat SIgma HS1420A Small, square white polystyrene

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Craske, M. G., et al. Anxiety disorders. Nature Reviews Disease Primers. 3 (1), 17024 (2017).
  2. Kasper, S., den Boer, J., Ad Sitsen, J. Handbook of Depression and Anxiety: A Biological Approach. , Marcel Dekker Inc. New York. (2003).
  3. Konnopka, A., König, H. Economic burden of anxiety disorders: a systematic review and meta-analysis. Pharmacoeconomics. 38 (1), 25-37 (2020).
  4. Batterham, P. J., et al. Effects of the COVID-19 pandemic on suicidal ideation in a representative Australian population sample-Longitudinal cohort study. Journal of Affective Disorders. 300, 385-391 (2022).
  5. Ismail, I. I., Kamel, W. A., Al-Hashel, J. Y. Association of COVID-19 pandemic and rate of cognitive decline in patients with dementia and mild cognitive impairment: a cross-sectional study. Gerontology and Geriatric Medicine. 7, 23337214211005223 (2021).
  6. NIMH. Anxiety Disorders. , Available from: https://www.nimh.nih.gov/health/topics/anxiety-disorders/index.shtml (2018).
  7. Roy-Byrne, P. Treatment-refractory anxiety; definition, risk factors, and treatment challenges. Dialogues in Clinical Neuroscience. 17 (2), 191-206 (2015).
  8. Cassano, G. B., Baldini Rossi, N., Pini, S. Psychopharmacology of anxiety disorders. Dialogues in Clinical Neuroscience. 4 (3), 271-285 (2002).
  9. Garakani, A., et al. Pharmacotherapy of anxiety disorders: current and emerging treatment options. Frontiers in Psychiatry. 11, 595584 (2020).
  10. Hutson, P. H., Clark, J. A., Cross, A. J. CNS target identification and validation: avoiding the valley of death or naive optimism. Annual Review of Pharmacology and Toxicology. 57 (1), 171-187 (2017).
  11. Hart, P. C., et al. Experimental models of anxiety for drug discovery and brain research. Mouse Models for Drug Discovery: Methods and Protocols. Proetzel, G., Wiles, M. V. , Springer. New York. 271-291 (2016).
  12. Scherma, M., Giunti, E., Fratta, W., Fadda, P. Gene knockout animal models of depression, anxiety and obsessive compulsive disorders. Psychiatric Genetics. 29 (5), 191-199 (2019).
  13. Liu, W. -Z., et al. Identification of a prefrontal cortex-to-amygdala pathway for chronic stress-induced anxiety. Nature Communications. 11 (1), 2221 (2020).
  14. Zheng, Z. -H., et al. Neuroinflammation induces anxiety- and depressive-like behavior by modulating neuronal plasticity in the basolateral amygdala. Brain, Behavior, and Immunity. 91, 505-518 (2021).
  15. Toth, I., Neumann, I. D. Animal models of social avoidance and social fear. Cell and Tissue Research. 354 (1), 107-118 (2013).
  16. Wang, F., Kessels, H. W., Hu, H. The mouse that roared: neural mechanisms of social hierarchy. Trends in Neurosciences. 37 (11), 674-682 (2014).
  17. Endo, N., et al. Multiple animal positioning system shows that socially-reared mice influence the social proximity of isolation-reared cagemates. Communications Biology. 1 (1), 225 (2018).
  18. Netser, S., et al. Distinct dynamics of social motivation drive differential social behavior in laboratory rat and mouse strains. Nature Communications. 11 (1), 5908 (2020).
  19. Krimberg, J. S., Lumertz, F. S., Orso, R., Viola, T. W., de Almeida, R. M. M. Impact of social isolation on the oxytocinergic system: A systematic review and meta-analysis of rodent data. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 134, 104549 (2022).
  20. Mumtaz, F., Khan, M. I., Zubair, M., Dehpour, A. R. Neurobiology and consequences of social isolation stress in animal model-A comprehensive review. Biomedicine & Pharmacotherapy. 105, 1205-1222 (2018).
  21. Ranade, S. Comforting in mice. Nature Neuroscience. 24 (12), 1640 (2021).
  22. Al Omran, A. J., et al. Social isolation induces neuroinflammation and microglia overactivation, while dihydromyricetin prevents and improves them. Journal of Neuroinflammation. 19 (1), 2 (2022).
  23. Watanabe, S., et al. Dihydromyricetin improves social isolation-induced cognitive impairments and astrocytic changes in mice. Scientific Reports. 12 (1), 5899 (2022).
  24. Silva, J., et al. Modulation of hippocampal GABAergic neurotransmission and gephyrin levels by dihydromyricetin improves anxiety. Frontiers in Pharmacology. 11, 1008 (2020).
  25. Porter, V. R., et al. Frequency and characteristics of anxiety among patients with Alzheimer's disease and related dementias. Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neuroscience. 15 (2), 180-186 (2003).
  26. Hossain, M. M., et al. Prevalence of anxiety and depression in South Asia during COVID-19: A systematic review and meta-analysis. Heliyon. 7 (4), 06677 (2021).
  27. NHGRI. Knockout Mice Fact Sheet. , Available from: https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Knockout-Mice-Fact-Sheet (2020).
  28. Takahashi, A. Social stress and aggression in murine models. Current Topics in Behavioral Neuroscience. 54, 181-208 (2022).
  29. Lam, R. W. Challenges in the treatment of anxiety disorders: beyond guidelines. International Journal of Psychiatry in Clinical Practice. 10, 18-24 (2006).
  30. Sullens, D. G., et al. Social isolation induces hyperactivity and exploration in aged female mice. PLoS One. 16 (2), 0245355 (2021).

Tags

Неврология выпуск 189
Модель социальной изоляции: неинвазивная модель стресса и тревоги грызунов
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Watanabe, S., Al Omran, A., Shao, A. … More

Watanabe, S., Al Omran, A., Shao, A. S., Liang, J. Social Isolation Model: A Noninvasive Rodent Model of Stress and Anxiety. J. Vis. Exp. (189), e64567, doi:10.3791/64567 (2022).

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