Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Sosyal İzolasyon Modeli: Noninvaziv Bir Kemirgen Stres ve Anksiyete Modeli

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

Burada, minimal kullanımla ve invaziv prosedürler olmadan stres ve anksiyete benzeri davranışları indüklemek için vahşi tip C56BL / 6J fareleri kullanan sosyal izolasyon (SI) kaynaklı bir anksiyete fare modeli sunulmaktadır. Bu model, sosyal izolasyonun modern yaşam kalıplarını yansıtır ve anksiyete ve ilgili bozuklukları incelemek için idealdir.

Abstract

Anksiyete bozuklukları, Amerika Birleşik Devletleri'nde (ABD) engelliliğin önde gelen nedenlerinden biridir. Mevcut tedaviler her zaman etkili değildir ve hastaların% 50'sinden azı tam remisyon elde eder. Yeni bir anksiyolitik geliştirmede kritik bir adım, patolojik değişiklikleri incelemek ve ilaç hedeflerini, etkinliğini ve güvenliğini test etmek için fareler gibi bir hayvan modeli geliştirmek ve kullanmaktır. Mevcut yaklaşımlar arasında genetik manipülasyon, anksiyete indükleyici moleküllerin kronik uygulaması veya çevresel stresin uygulanması yer almaktadır. Bununla birlikte, bu yöntemler, günlük yaşam boyunca indüklenen kaygıyı gerçekçi bir şekilde yansıtmayabilir. Bu protokol, modern yaşamdaki kasıtlı veya kasıtsız sosyal izolasyon kalıplarını taklit eden yeni bir anksiyete modelini tanımlamaktadır. Sosyal izolasyona bağlı anksiyete modeli, algılanan dikkat dağıtıcı unsurları ve istilacılığı en aza indirir ve vahşi tip C57BL / 6 fareleri kullanır. Bu protokolde, 6 ila 8 haftalık fareler (erkek ve dişi), komşu fareler gibi dış ortamı 4 hafta boyunca görsel olarak bloke etmek için opak kafeslerde tek başına barındırılır. Hiçbir çevresel zenginleştirme (oyuncak gibi) sağlanmaz, yatak malzemesi% 50 oranında azaltılır, herhangi bir ilaç tedavisi agar formu olarak uygulanır ve farelerin maruz kalması / taşınması en aza indirilir. Bu protokol kullanılarak üretilen sosyal olarak izole edilmiş fareler, daha fazla kaygı benzeri davranış, saldırganlık ve azalmış biliş sergiler.

Introduction

Anksiyete bozuklukları, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki (ABD) zihinsel hastalıkların en büyük sınıfını ve yükünü temsil eder ve ilgili yıllık maliyetler 42 milyar ABD Doları 1,2,3'ü aşmaktadır. Son yıllarda, anksiyete ve stres, intihar ve intihar düşüncesinin yaygınlığını %16'nın üzerinde artırmıştır4. Kronik hastalıkları olan hastalar, zihinsel sıkıntının istenmeyen ikincil etkilerine veya bilişsel işlevlerde azalmaya karşı özellikle savunmasızdır5. Anksiyete için mevcut tedaviler psikoterapi, ilaçlar veya her ikisinin bir kombinasyonunu içerir6. Bununla birlikte, bu krize rağmen, hastaların% 50'sinden azı tam remisyonelde etmektedir 6,7. Benzodiazepinler (BZ'ler) ve seçici serotonin geri alım inhibitörleri (SSRI'lar) gibi anksiyolitik ilaçların önemli dezavantajları vardır veya çok az veya hiç acil etki üretmez8. Dahası, geliştirilmekte olan yeni anksiyolitik ilaçların göreceli bir kıtlığı vardır ve ilaç geliştirmenin maliyetli ve zaman alıcı süreci 9,10 ile karşı karşıya kalmaktadır.

İlaç geliştirme sürecindeki kritik bir adım, patolojik değişiklikleri incelemek ve ilaç güvenliğini ve etkinliğini test etmek için fareler gibi bir hayvan modelinin kurulması ve kullanılmasıdır11. Anksiyete hayvan modellerinin oluşturulmasına yönelik mevcut yaklaşımlar arasında 1) serotonin reseptörlerini (5-HT1A) veya γ-aminobütirik asit A reseptörünü (GABA AR) α alt birimlerini nakavt etmek gibi genetik manipülasyon12; 2) kortikosteron veya lipopolisakkaritler (LPS) gibi anksiyete indükleyicileri kronik olarak uygulamak13,14; veya 3) sosyal yenilgi ve annelerin ayrılması da dahil olmak üzere çevresel stresi yönetmek15. Bununla birlikte, bu yöntemler, günlük yaşam boyunca indüklenen kaygıyı gerçekçi bir şekilde yansıtmayabilir ve bu nedenle altta yatan mekanizmayı araştırmak veya yeni ilaçları test etmek için uygun olmayabilir.

İnsanlar gibi, fareler ve sıçanlar da son derece sosyal yaratıklardır16,17,18. Sosyal temas ve sosyal etkileşimler optimal beyin sağlığı için gereklidir ve yetiştirme döneminde uygun nörogelişim için kritiköneme sahiptir 19. Bu nedenle, yetiştirme döneminde annenin ayrılması veya sosyal izolasyon, daha fazla kaygı, depresyon ve nörotransmisyondaki değişiklikleri gösteren farelerle sonuçlanır20. Dahası, sosyal tımar veya allogrooming, birlikte yaşayan fareler ve sıçanlar arasında yaygın bir bağlanma veya rahatlatıcı davranış biçimidir21. Bu nedenle, sosyalleşme kemirgen yaşamının ayrılmaz bir parçasıdır ve izolasyon sağlıklarını olumsuz yönde etkiler.

Bu bağlamda, mevcut protokol, modern yaşamdaki kasıtlı veya kasıtsız sosyal izolasyon kalıplarını taklit etmek için yeni bir kaygı modeli tanımlamaktadır. Bu sosyal izolasyon (SI) modeli, algılanan dikkat dağıtıcı unsurları ve istilacılığı en aza indirir ve yetişkin vahşi tip C57BL / 6 fareleri ve Sprague-Dawley (SD) sıçanlarını kullanır. Burada sunulan protokol, sosyal izolasyonun bir sonucu olarak artan anksiyete benzeri davranış, saldırganlık, azalmış biliş ve artmış nöroinflamasyon gösteren yayınlanmış kanıtlarımıza dayanan anksiyete fareleri modeline odaklanmaktadır22,23,24. Anksiyete benzeri davranış, yükseltilmiş artı labirent (EPM) ve açık alan (OF) testleri ile doğrulanırken, bilişsel işlev yeni nesne tanıma (NOR) ve yeni bağlam tanıma (NCR) testleri ile ölçülür. Bu model, anksiyete ve ilgili bozuklukları araştırmak için yararlıdır, ancak hafif bilişsel bozukluğun doğal ilerlemesini ve gelişimini ve strese bağlı metabolik değişiklikleri incelemek için uyarlanabilir veya değiştirilebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Tüm hayvan deneyleri, Güney Kaliforniya Üniversitesi (USC) Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (IACUC) tarafından onaylanan protokollere göre gerçekleştirilir ve tüm yöntemler ilgili yönergelere, düzenlemelere ve tavsiyelere uygun olarak gerçekleştirilir.

1. Hayvanlar

  1. Çalışma için uygun hayvan bakım komitelerinden onay alın.
  2. Vivaryumu, sırasıyla 24 ± 2 °C ve% 50 -% 60 arasında kontrollü sıcaklık ve nem ile karanlık ışık 12 saatlik bir döngüye ayarlayın.
  3. 6-8 haftalık erkek ve / veya dişi vahşi tip C57BL / 6 fareleri elde edin. Hayvanları cinsiyete göre sınıflandırdıktan sonra, rastgele aşağıdaki gruplardan birine atayın: 1) araç tedavisi ile grup evi; 2) ilaç tedavisi ile grup evi; 3) araç tedavisi ile sosyal izolasyon; veya 4) ilaç tedavisi ile sosyal izolasyon. Cinsiyet başına grup başına en az dört fareyi hedefleyin (ideal olarak grup başına altı fare).
  4. Farelerin varışında, onları en az 24 saat boyunca vivaryuma alıştırın. Fareler tek başına evde gelmelidir.

2. Kafes kurulumu

  1. Sosyal izolasyon hayvanları için, standart bir fare kafesi (2 zemin alanında 75) alın ve yatak miktarının yarısını ve yuvalama için1'de 2 parça pamuk (veya eşdeğeri) ekleyin.
  2. Kafeslerin dış duvarlarını opak, siyah plastik torbalara (veya eşdeğeri) sarın ve bant kullanarak sabitleyin. Farelerin dış ortamı veya çevredeki hayvanları göremediğinden emin olun.
    1. Fareler komşu hayvanları içlerinden göremedikleri sürece, kafesin üst ve alt kısımlarını ambalajsız bırakın.
    2. Sarma yaparken, çantanın hiçbir bölümüne kafesin içinden erişilemediğinden emin olun. Bu, hayvanın torbayı parçalamasını önlemek içindir.
    3. Oyuncaklar veya koşu tekerlekleri gibi herhangi bir çevresel zenginleştirme biçimi eklemeyin.
  3. Fareleri hazırlanan kafeslere dikkatlice ve nazikçe yerleştirin. Yiyecek ve su ad libitum sağlayın.
  4. Normal kafesleme koşulları altında iki veya üç kişilik gruplar halinde ev kontrol fareleri (yani, standart bir fare kafesinde [2 kat alanında 75], tam miktarda yatak, yuvalama için 2'de2 parça pamuk veya eşdeğeri ve opak torbaların sarılmaması durumunda).
    1. Grup barındırılan farelerin birbirleriyle uyumlu olduğundan emin olun (yani, aralarında kavga / çatışma yoktur). Çakışma meydana gelirse, saldırganı kaldırın ve analizden hariç tutun.
    2. Erkek ve dişi fareleri ayırın ve koku alma yetenekleri nedeniyle dişi farelerin endokrin seviye değişikliklerini etkileme olasılığını önlemek için erkekler ve dişiler arasındaki mesafeyi koruyun.

3. Sosyal izolasyon döneminde bakım ve tedavi

  1. Sosyal izolasyon döneminde fareleri mümkün olduğunca az rahatsız edin. Kafes değişiklikleri ve tedavi uygulaması gibi herhangi bir prosedürü ve aktiviteyi, aktif dönemlerinde (yani karanlık döngü sırasında) ve minimum gürültü rahatsızlıkları altında gerçekleştirin.
  2. Kafesleri karanlık döngü sırasında haftada sadece bir kez değiştirin. Aynı plastik torba, önemli bir hasar olmadığı sürece çıkarılabilir ve yeni kafeslere yeniden sarılabilir.
    1. Kontrol (grup barındırılan) fareler için, karanlık döngü sırasında kafesleri haftada iki kez veya daha fazla değiştirin.
  3. Farelerin en az 1 hafta dayanacak kadar bol su ve yiyeceğe sahip olduklarından emin olun.
  4. En iyi sonuçları görmek için fareleri en az 4 hafta boyunca izole etmeye (veya grup muhafazasına) devam edin.

4. Agar ilacı/tedavisi hazırlığı-noninvaziv ilaç tedavisi

  1. Tedaviye (örneğin, araştırılan ilaçlar) dahil edilirse, ideal olarak agar formlarını kullanarak tedaviyi mümkün olduğunca az işlemle uygulayın. Enjeksiyon ve oral gavage gibi yollar, fareler üzerinde kafa karıştırıcı bir endişe faktörü haline gelebilecek ek strese neden olur.
  2. Kullanılan ilacın doğasına göre tedavinin zamanlamasını ve sıklığını ayarlayın.
    NOT: Bu çalışmada tedavi olarak 2 mg/kg dihidromisisetin (DHM, [(2R,3R)-3,5,7-trihidroksi-2-(3,4,5-trihidroksifenil)-2,3-dihidrokrom-4-bir]) kullanılmıştır. DHM, izolasyon (veya grup evi) döneminin son 2 haftasının karanlık fazında günlük, tek bir dozda uygulandı.
  3. Tedaviyi hazırlamak için, deiyonize (DI) suya% 3 (w / v) agar ekleyin ve çözünmesi için ~ 90 ° C'ye ısıtın. Çözüm kabarcık olacak. Dökülmeyi veya kaynamayı önleyin.
    NOT: Çözeltiyi bir cam şişede kısa, 10 saniyelik mikrodalgalama aralıklarıyla ısıtın.
    DİKKAT: Züccaciye sıcak olacaktır. Çözeltiyi kullanırken uygun kişisel koruyucu ekipman (KKD) giyin.
  4. Çözeltiyi döndürün ve görsel olarak homojen bir çözelti sağlayın.
    NOT: Çözelti yarı saydam ve renklendirmede açık sarı ila açık kahverengi olmalıdır.
  5. Çözelti hala sıcakken,% 5 (w / v) sakkaroz ve istenen tedavi dozunu ekleyin. Sadece sakkaroz ekleyin ve araç kontrolüne ilgi çekici muameleyi eklemeyin.
  6. Çözeltiyi döndürün ve görsel olarak homojen bir çözelti sağlayın. Ardından, çözeltiyi bir kalıba dökün ve katılaşması için oda sıcaklığında soğumaya bırakın. Tedavi ışığa duyarlıysa, ışıktan koruduğunuzdan emin olun.
    NOT: Çözelti hafif viskoz olmalıdır.
  7. Katılaştıktan sonra, agar'ı 0,5 cm x 0,5 cm x 0,5 cm'lik küpler halinde kesin ve uygulamaya kadar 4 ° C'de saklayın.
  8. Tedaviyi uygulamak için, küçük bir tartı teknesine tek bir küp yerleştirin. Açık-karanlık döngüsünün karanlık aşamasında, agar ağırlıklı tekneyi fareye dokunmadan sessizce ve dikkatlice ayrı kafeslere yerleştirin. Farenin agar'ı tüketmesine izin verin.
    NOT: Fareler agar'ı tamamen tüketmek için tipik olarak 15-45 dakika harcarlar.
  9. Agarın tam tüketimini onaylayın ve ardından tartım teknesini kafesten dikkatlice çıkarın. Gerektiğinde tekrarlayın.
  10. Taze tutmak ve herhangi bir kontaminasyonu önlemek için haftalık olarak agar küpleri hazırlayın.

5. Davranış analizi

  1. 4 haftalık (veya daha fazla) izolasyon süresinin son gününden 24 saat sonra davranış testleri yapın. Karanlık aşamada dolaylı kırmızı ışık altında testler yapın ve bir video kamera ile kayıt yapın.
  2. Önyargı ve hatayı en aza indirmek için el ile çevrimdışı puanlamayı çift kör bir şekilde yürütmek üzere en az üç kişiyi ayarlayın.
  3. Yükseltilmiş artı labirent (EPM)
    1. EPM aparatını hazırlayın. Bu protokolde kullanılan aparat ticari olarak elde edilmiştir (bakınız Malzeme Tablosu) ve iki açık kollu opak plastikten ve iki kapalı kollu (her biri 33 cm x 5 cm, kapalı kollara dik açık kollar) 5 cm x 5 cm'lik bir merkez platforma sahiptir. Aparatı zeminden 50 cm yükseğe kaldırın.
    2. Hayvanı aparatın ortasına, açık bir kola bakacak şekilde yerleştirin. Hayvanın 5 dakika boyunca keşfetmesine izin verin ve bir video kamera kullanarak etkinliklerini kaydedin.
      1. Her hayvandan sonra tüm yüzeyleri dezenfektan (% 70 etil alkol) ile iyice silerek aparatı temizleyin. Tüm kemirgen dışkılarının silindiğinden emin olun.
    3. Farelerin davranışlarını, açık kollarda, kapalı kollarda ve kronometre kullanarak merkez platformda geçirilen zamana göre çevrimdışı olarak puanlayın. Kronometreyi, fare ilgili kola veya platforma en az üç pençe yerleştirdiğinde başlatın.
  4. Açık alan (OF) testi
    1. OF aparatını hazırlayın. Bu protokolde kullanılan aparat (bakınız Malzeme Tablosu) 50 cm x 50 cm x 38 cm (uzunluk x genişlik x yükseklik) ölçülerinde opak plastikten yapılmıştır.
    2. Toplam 25 ızgara için alana kare ızgaralar (her biri 10 cm x 10 cm) çizin.
    3. Hayvanı tarlanın ortasına yerleştirin ve 10 dakika boyunca keşfetmeye izin verin. Etkinliklerini bir video kameraya kaydedin.
      1. Her hayvandan sonra tüm yüzeyi dezenfektan (% 70 etil alkol) ile iyice silerek aparatı temizleyin. Tüm kemirgen dışkılarının silindiğinden emin olun.
    4. Merkezi bölgede geçirilen süreye, köşelerde geçirilen süreye, kat edilen toplam mesafeye ve farenin kaç kez yetiştirildiğine bağlı olarak farelerin davranışını çevrimdışı olarak puanlayın.
      1. Ortada veya köşede geçirilen süreyi kaydetmek için bir kronometre kullanın. Kronometreyi, fare ilgili alana en az üç pençe yerleştirdiğinde başlatın.
      2. Kat edilen mesafeyi ve yetiştirme sıklığını kaydetmek için bir sayaç kullanın. Farenin girdiği kare sayısını sayın (fare kareye en az üç pençe yerleştirdiğinde). Fare arka pençelerinde açıkça ayağa kalktığında yetiştirmeyi sayın. Fare ayağa kalktığında ve duvarlara yaslandığında veya damada karşı durduğunda saymayın.
  5. Yeni nesne tanıma (NOR) testi
    1. Bu testi 3 gün boyunca gerçekleştirin. 1. günde, 50 cm x 50 cm x 38 cm'lik (uzunluk x genişlik x yükseklik) bir açık alan aparatı hazırlayın. Hayvanı açık alanın ortasına yerleştirin ve 5 dakika boyunca tanıdık gelmeye bırakın. Sonra hayvanı tekrar ev kafesine yerleştirin.
      1. Her hayvandan sonra tüm yüzeyleri dezenfektan (% 70 etil alkol) ile iyice silerek aparatı temizleyin. Tüm kemirgen dışkılarının silindiğinden emin olun.
    2. 2. günde, aynı açık alan aparatını hazırlayın ve küçük bir küp gibi iki özdeş nesneyi yerleştirin. Onları yaklaşık 20 cm arayla simetrik olarak yerleştirin. Hayvanı aparatın ortasına yerleştirin ve 5 dakika boyunca keşfetmeye bırakın. Sonra hayvanı tekrar ev kafesine yerleştirin.
      1. Her hayvandan sonra tüm yüzeyleri dezenfektan (% 70 etil alkol) ile iyice silerek aparatı temizleyin. Tüm kemirgen dışkılarının silindiğinden emin olun.
    3. 3. günde, aynı açık alan aparatını ve tanıdık nesne olarak işlev görecek olan 2. günden itibaren nesnelerden birini (yani, küçük küp) hazırlayın. Ahşap piramit gibi birbirine benzemeyen başka bir yeni nesneyi, tanıdık nesneden yaklaşık 20 cm uzakta simetrik olarak yerleştirin. Hayvanın 3 dakika boyunca keşfetmesine izin verin ve etkinliklerini bir video kameraya kaydedin.
      1. Her hayvandan sonra tüm yüzeyleri dezenfektan (% 70 etil alkol) ile iyice silerek aparatı temizleyin. Tüm kemirgen dışkılarının silindiğinden emin olun.
    4. Farelerin davranışlarını, tanıdık nesneyi ve yeni nesneyi keşfetmek için harcanan zamana göre çevrimdışı olarak puanlayın. Nesne tanıma indeksini (ORI%) hesaplayın, burada ; tf ve tn, Equation 1sırasıyla tanıdık ve yeni nesneleri keşfetme zamanlarını temsil eder.
  6. Yeni bağlam tanıma (NCR) testi
    1. Bu testi 2 gün boyunca gerçekleştirin. Farklı şekilli iki açık alan ve iki çift belirgin şekilli nesne hazırlayın. OF aparatı bağlamlardan biri olarak kullanılabilir (açık alan). Diğer bağlam benzer boyutta ancak yuvarlak açık alan gibi farklı şekillerde olmalıdır.
    2. 1. günde, kare bağlamda bir çift özdeş nesne (yani iki küp) ve diğer özdeş nesne çiftini (yani iki piramit) yuvarlak bağlama yerleştirin. Nesneler 15-20 cm aralıklarla simetrik olarak yerleştirilmelidir.
    3. Hayvanı merkeze yerleştirin ve bir bağlamda 5 dakika boyunca keşfetmeye izin verin. Diğer bağlamda tekrarlayın. Ardından, hayvanı tekrar ev kafesine yerleştirin.
      1. Her hayvandan sonra tüm yüzeyleri dezenfektan (% 70 etil alkol) ile iyice silerek aparatı temizleyin. Tüm kemirgen dışkılarının silindiğinden emin olun.
    4. 2. günde, nesnelerden birini bir bağlamdan diğeriyle değiştirin (yani, kare bağlamda bir küp ve bir piramit ve yuvarlak bağlamda bir küp ve bir piramit yerleştirin).
    5. Hayvanı merkeze yerleştirin ve 3 dakika boyunca keşfetmeye izin verin. Etkinliklerini bir video kameraya kaydedin. Hayvanların her iki bağlamda da kaydedilmesine gerek yoktur.
      1. Her hayvandan sonra tüm yüzeyleri dezenfektan (% 70 etil alkol) ile iyice silerek aparatı temizleyin. Tüm kemirgen dışkılarının silindiğinden emin olun.
    6. Farklı nesneleri keşfetmek için harcanan zamana bağlı olarak farelerin davranışını çevrimdışı olarak puanlayın. Tanıma indeksini (RI), yeni "bağlam dışı" nesneyi (yani, kare bağlamdaki piramit) tanıdık "bağlam içi" nesneye (yani, kare bağlamdaki küp) araştırmak için harcanan zamanın oranı olarak hesaplayın. Equation 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Tüm temsili sonuçlar ve rakamlar son yayınlarımızdan22,23 oranında değiştirilmiştir. Sosyal izolasyonun anksiyete ve keşif davranışı üzerindeki etkilerini değerlendirmek amacıyla 4 haftalık sosyal izolasyon süresinin bitiş tarihini takip eden 24 saat sonra EPM ve OF testleri yapıldı. Sosyal olarak izole edilmiş fareler, kontrole (2.31 ± 0.27 dakika) kıyasla açık kolda anlamlı derecede daha az zaman (1.28 ± 0.17 dakika) ve kapalı kolda (3.31 ± 0.27 dakika) kontrole kıyasla (2.24 ± 0.31 dakika) anlamlı derecede daha uzun zaman harcadılar (Şekil 1). Benzer şekilde, OF testinde, sosyal olarak izole edilmiş fareler daha az seyahat ettiler (2.176 ± 146 cm kontrol [2.765 ± 161 cm]), daha az büyüdüler (28.25 ± 2.07 kontrole karşı [46.63 ± 1.52]), köşelerde daha fazla zaman harcadılar (73.00 ± 4.31 s. kontrole karşı [28.25 ± 2.07 s]) ve merkezi alanda daha az zaman harcadılar (7.63 ± 0.86 s'ye karşı kontrol [19.63 ± 0.71 s]), anksiyete benzeri davranışların arttığını gösterir (Şekil 2).

Ayrıca, sosyal izolasyonun biliş üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir, çünkü anksiyete bozuklukları tipik olarak hafıza kaybı ve konsantre olma zorluğu gibi bilişsel bozukluk belirtileri de gösterir25,26. İki test kullanıldı: farelerin benzer bağlam altında yeni nesneleri tanıma yeteneğini (NOR) ve benzer nesnelerle yeni bağlamı (NCR) ve benzer nesnelerle yeni bağlamı (NCR) değerlendirmek için daha önce23'te açıklandığı gibi yeni nesne tanıma (NOR) ve yeni bağlam tanıma (NCR). Sosyal olarak izole edilmiş fareler hem azalmış yeni nesne tanıma (55.3 ± kontrole karşı %4.1 [66.3 ± %4.7]) (Şekil 3A) hem de azalmış yeni bağlam tanıma (51.5 ± %6.5 kontrole karşı [68.6 ± %2.8]), bilişsel bozukluğu düşündürmektedir (Şekil 3B).

Figure 1
Şekil 1: Yüksek artı labirent (EPM) ile ölçülen anksiyete benzeri davranışlardaki değişiklikler. EPM aparatının (A) açık kolunda ve (B) kapalı kolunda geçirilen süre. Ortalama olarak temsil edilen veriler SEM ±. Tek yönlü ANOVA, ardından çoklu karşılaştırmalar, Holm-Sidak yöntemi. N = Grup başına 11. * p ≤ 0.05. Bu rakam Al Omran et al.22'den (Creative Commons Atıf 4.0 Uluslararası Lisansı altında açık erişim) değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Açık alan (OF) testi ile ölçülen anksiyete benzeri davranış ve lokomotor aktivitedeki değişiklikler. Veriler, (A) kat edilen toplam mesafe, (B) farelerin yetiştirilme sayısı, (C) köşede geçirilen toplam süre ve (D) OF cihazının merkezinde geçirilen toplam süre olarak gösterilmektedir. Ortalama olarak temsil edilen veriler SEM ±. Tek yönlü ANOVA, ardından çoklu karşılaştırmalar, Holm-Sidak yöntemi. N = Grup başına 11. * s≤ 0.05. Bu rakam Al Omran et al.22'den (Creative Commons Atıf 4.0 Uluslararası Lisansı altında açık erişim) değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Yeni nesne tanıma (NOR) ve yeni bağlam tanıma (NCR) testleri ile ölçülen bilişsellikteki değişiklikler. (A) ORI = nesne tanıma indeksi. (B) RI = (yeni bağlam) tanıma indeksi. Ortalama olarak temsil edilen veriler SEM ±. Tek yönlü ANOVA, ardından çoklu karşılaştırmalar, Holm-Sidak yöntemi. Grup başına N = 9. * p ≤ 0.05. Bu rakam Watanabe et al.23'ten (Creative Commons Atıf 4.0 Uluslararası Lisansı altında açık erişim) değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Protokoldeki kritik adımlar, sosyal izolasyon kafeslerinin düzgün bir şekilde kurulmasını (yani, opak torbaların sarılması ve yatak miktarının azaltılması), izolasyon süresi boyunca farelerin elleçlenmesini ve rahatsız edilmesini en aza indirmeyi ve farelerin agar'ı tamamen ilaçla elde etmelerini ve tüketmelerini sağlamayı içerir. Vivaryum veya mahfaza durumunun sabit bir sıcaklık ve nemde tutulmasının yanı sıra en aza indirilmiş dış parazitlerin korunması çok önemlidir. Gürültü bozukluğu (örneğin, konuşma, ekipman sesleri, vb.), Aşırı kullanım ve karanlık-ışık döngüsünün ışık fazı sırasında hayvanların rahatsız edilmesi dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere, bu kafa karıştırıcı faktörlerin mümkün olduğunca azaltılması için önemli çaba gösterilmelidir. İzolasyon süresi boyunca kafesleri değiştirmek, yiyecek ve / veya suyu doldurmak, arıtma sağlamak ve diğer tüm işlevler için gereken süre de en aza indirilmelidir. Nadir olmasına rağmen, geçmişte grup barındıran erkek fareler arasında kavga gözlemledik. Bu nedenle, grup tarafından barındırılan fareler için (kontrol veya aynı şekilde), fareler arasında herhangi bir çatışma olmadığından emin olmak için dikkatli bir gözlem gereklidir, çünkü bu, endişe veya stresin başka bir karıştırıcısı olarak etki eder. Çatışmanın meydana gelmesi durumunda, şüpheli saldırgan başka bir grup ev sahibi meslektaşı ile değiştirilmeli ve gözlemlenmeye devam edilmelidir. Saldırgan çatışma yaratmaya devam ederse, saldırganın yanı sıra saldırgandan yaralanan farelerin de çalışmadan dışlanması önerilir.

Açıklanan protokol 4 haftalık izolasyon önermektedir, ancak bu süre artırılabilir. Gerçekleştirdiğimiz en uzun sosyal izolasyon süresi 8 haftadır ve aynı zamanda birikmiş kaygı / stres modeli olarak tekrarlanan sosyal izolasyon (izolasyon, grup evi, yeniden izolasyon) gerçekleştirdik. Bu izolasyon sürelerinin zamanlaması ve uzunluğu, deneysel ihtiyaçlara veya amaçlara uyacak şekilde değiştirilebilir. Bununla birlikte, izolasyon süresinin 4 haftadan daha kısa bir süreye düşürülmesi önerilmez, çünkü farelerin anksiyete benzeri davranışlar veya beyin patolojik değişiklikleri sergilemesi için yeterli zaman olmayabilir. Tedavi (ler) in zamanlaması ve sıklığı da değiştirilebilir.

Anksiyete hayvan modellerini oluşturmak için mevcut yöntemlerle ilgili olarak, bu modelin çeşitli avantajları vardır. İlk olarak, kapsamlı fenotip seçimi (seçici üreme) veya beyindeki reseptörleri nakavt etmek veya susturmak gibi genetik manipülasyon gerektirmez. Genetiği değiştirilmiş fareler duyarlı genleri araştırmak için yararlı olsa da, anksiyete patogenezini tamamen yakalayamayabilirler12. Ayrıca, gen nakavtları ölümcül olabilir veya insanlarda gözlenen kaygıyı doğru bir şekilde taklit edemez27. Genetik manipülasyon zaman ve çaba gerektirir, embriyonik kök hücre ekstraksiyonu, DNA enjeksiyonu, kültürleme, uterusa implantasyon ve yetiştirmegerektirir 27. Ek olarak, bu genetik hayvanlar, ilaçların geliştirilmesi için ilaç etkilerini gerçekten yansıtmayabilir. Bu sosyal izolasyon modeli, en az 4 haftalık izolasyon gerektirse de zaman, emek ve güvenilirlik açısından avantajlıdır. İkincisi, farelerin kortikosteron veya lipopolisakkaritler (LPS) 13,14 gibi anksiyete indükleyicilerle kronik olarak uygulanması gerekmez. Araştırmacıların günlük enjeksiyon prosedürlerinden geçmelerine gerek yoktur ve sosyal izolasyon modeli, çoğu birey kaygı yaşamak için günlük enjeksiyonlar almadığından, insanlarda kaygıyı daha doğru bir şekilde yansıtır. Son olarak, farelerin şartlandırılmasına gerek yoktur (sosyal yenilgi paradigmalarında olduğu gibi), bu da zaman alır ve tekrarlanabilir kaygı seviyeleri (yani, fareler arasında önemli varyasyonlar) üretmeyebilir15.

Şu anda mevcut olan sosyal izolasyon modellerinin çoğu, yenidoğan-çocuk ve ergen dönemleri arasında erken gelişimde izolasyon dönemine başlar. Bu tür erken yaşam izolasyon modelleri, depresif ve anksiyete benzeri davranışlara, sosyal kaçınma davranışlarına ve anksiyete bozukluklarını, depresyonu, otizmi ve ilgili zihinsel bozuklukları yansıtan diğer nöropsikiyatrik semptomları indükler28. Erken yaşam sosyal izolasyon yöntemi iyi kurulmuş ve yaygın olarak kullanılsa da, zihinsel bozuklukların gelişimini tamamen yansıtmaz, çünkü tüm bireyler ergenlik yıllarında anne ayrılığı (sosyal izolasyon) yaşamaz29. Ayrıca, etkileri türe, suşa, cinsiyete ve izolasyonun sıklığına / süresine bağlı olarak değişir28. Örneğin, bazı çalışmalar C57BL / 6J farelerde agresif davranışı arttırmak için sütten kesilme sonrası sosyal izolasyon bulurken, diğerleri sadece küçük bir etki göstermiştir28. Bu varyasyon muhtemelen izolasyon süresinin sıklığı, süresi veya konut kurulumundaki küçük farklılıklardan kaynaklanmaktadır. Yetişkin veya geç yaşam evresindeki farelerle yapılan bir başka çalışmada, belirgin depresif veya anksiyete benzeri davranışlar olmaksızın hiperaktiviteyi artırmak için sosyal izolasyon bulunmuştur30. Bu fareler, modelimize benzer şekilde komşu fareleri göremediler, ancak dişi F1 hibrid C57BL / 6J x 129S6 / SvEvTac fareleri30'u kullandılar, bu da suşlar ve cinsiyet arasındaki değişkenliği düşündürdü. Bu çalışma, tutarlı bir yöntem önererek bu varyasyonları en aza indirmeyi umuyor.

Bu tekniğin bir dezavantajı, ses faktörünün ortadan kaldırılmamasıdır. Kafesler ses geçirmez olmadığından, hayvanlar hala birbirlerini duyabiliyorlar ve bu nedenle mutlak izolasyonda olmayabilirler. Ses geçirmez bir kafesi protokole dahil etmek ve işitsel izolasyonun anksiyete ve biliş üzerindeki etkilerini araştırmak ilgi çekici olabilir. Bununla birlikte, bu modelin amaçları doğrultusunda, bu model duyusal bir yoksunluk modeli değil, yüz yüze sosyal etkileşimi yasaklayan bir model olduğu için yalnızca görsel duyular ve etkileşimler engellenir. Model, işitsel uyaran tipik olarak insan yaşamında mevcut olduğu için yüz yüze sosyal etkileşimleri taklit etmeyi amaçlamaktadır. Diğer bir dezavantaj, bu protokolün sadece C57BL / 6 farelerde ve Sprague Dawley sıçanlarında test edilmiş olmasıdır. Daha önce de belirtildiği gibi, sosyal izolasyonun etkileri türlere ve suşlara göre değişebilir. Bu protokolün diğer kemirgen türlerinde / suşlarında tekrarlanabilirliği garanti edilemese de, bu modelin bu iki hayvanda tutarlı bir şekilde yeniden oluşturulabileceği doğrulanabilir.

Hayvanlar azalmış biliş ve hafıza sergiledikçe, bu model hafif bir bilişsel bozukluk modeli olarak geliştirilebilir. Daha fazla optimizasyona ihtiyaç duyulmasına rağmen, model, belki de birikmiş stres ve kaygı bölümlerinden kaynaklanan sosyal izolasyon kaynaklı bilişsel bozulma mekanizmasını araştırmak için yararlı olabilir. Model, sonraki yaşamdaki sosyal izolasyonun sosyal davranışlar, saldırganlık veya şiddet üzerindeki etkisini incelemek için de kullanılabilir.

Genel olarak, sosyal izolasyon kaynaklı anksiyete fare modeli, anksiyete ve ilgili bozuklukları invaziv olmayan, minimal bir şekilde ele alınan bir şekilde araştırmak için uygulanabilir ve sosyal izolasyon ve yalnızlıktan kaynaklanan kaygıyı doğru bir şekilde taklit etmeyi amaçlar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.

Acknowledgments

Bu çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüsü hibesi AA17991 (J.L.'ye), Kaygısız Biyoteknoloji Vakfı (J.L.'ye), Güney Kaliforniya Üniversitesi (USC), USC Graduate School Seyahat / Araştırma Ödülü (S.W.'ye) tarafından finanse edilmiştir. Suudi Arabistan Kültür Misyonu Bursu (A.A.O.'ya) ve Ordu Sağlık Meslekleri Burs Programı (A.S.S.'ye).

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

Nörobilim Sayı 189
Sosyal İzolasyon Modeli: Noninvaziv Bir Kemirgen Stres ve Anksiyete Modeli
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