Sociaal isolatiemodel: een niet-invasief knaagdiermodel van stress en angst
Summary
Hier gepresenteerd is een sociaal isolatie (SI) -geïnduceerd angstmuismodel dat wild type C56BL / 6J-muizen gebruikt om stress en angstachtig gedrag te induceren met minimale hantering en geen invasieve procedures. Dit model weerspiegelt moderne levenspatronen van sociaal isolement en is ideaal voor het bestuderen van angst en gerelateerde stoornissen.
Abstract
Angststoornissen zijn een van de belangrijkste oorzaken van invaliditeit in de Verenigde Staten (VS). De huidige behandelingen zijn niet altijd effectief en minder dan 50% van de patiënten bereikt volledige remissie. Een cruciale stap in het ontwikkelen van een nieuw anxiolyticum is het ontwikkelen en gebruiken van een diermodel, zoals muizen, om pathologische veranderingen te bestuderen en medicijndoelen, werkzaamheid en veiligheid te testen. Huidige benaderingen omvatten genetische manipulatie, chronische toediening van angstopwekkende moleculen of het toedienen van omgevingsstress. Deze methoden weerspiegelen echter mogelijk niet realistisch angst die in het dagelijks leven wordt veroorzaakt. Dit protocol beschrijft een nieuw angstmodel, dat de opzettelijke of onbedoelde patronen van sociaal isolement in het moderne leven nabootst. Het door sociale isolatie geïnduceerde angstmodel minimaliseert waargenomen afleidingen en invasiviteit en maakt gebruik van wilde type C57BL / 6-muizen. In dit protocol worden 6- tot 8 weken oude muizen (mannelijk en vrouwelijk) afzonderlijk gehuisvest in ondoorzichtige kooien om de externe omgeving, zoals naburige muizen, gedurende 4 weken visueel te blokkeren. Er worden geen omgevingsverrijkingen (zoals speelgoed) verstrekt, beddengoed wordt met 50% verminderd, elke behandeling van het medicijn wordt toegediend als een agarvorm en de blootstelling / behandeling van de muizen wordt geminimaliseerd. Sociaal geïsoleerde muizen gegenereerd met behulp van dit protocol vertonen groter angstachtig gedrag, agressie en verminderde cognitie.
Introduction
Angststoornissen vertegenwoordigen de grootste klasse en last van psychische aandoeningen in de Verenigde Staten (VS), met gerelateerde jaarlijkse kosten van meer dan US $ 42 miljard 1,2,3. In de afgelopen jaren hebben angst en stress de prevalentie van zelfmoord en zelfmoordgedachten met meer dan 16% verhoogd 4. Patiënten met chronische ziekten zijn bijzonder kwetsbaar voor onbedoelde secundaire effecten van psychische problemen of verminderde cognitieve functie5. Huidige behandelingen voor angst omvatten psychotherapie, medicijnen of een combinatie van beide6. Ondanks deze crisis bereikt minder dan 50% van de patiënten echter volledige remissie 6,7. Anxiolytica zoals benzodiazepinen (BZ’s) en selectieve serotonineheropnameremmers (SSRI’s) hebben aanzienlijke nadelen of produceren weinig tot geen onmiddellijke effecten8. Bovendien is er een relatieve schaarste aan nieuwe anxiolytica in ontwikkeling, uitgedaagd door het kostbare en tijdrovende proces van medicijnontwikkeling 9,10.
Een cruciale stap in het ontwikkelingsproces van geneesmiddelen is de oprichting en het gebruik van een diermodel, zoals muizen, om pathologische veranderingen te bestuderen en de veiligheid en werkzaamheid van geneesmiddelente testen 11. Huidige benaderingen voor het vaststellen van angstdiermodellen omvatten 1) genetische manipulatie, zoals het uitschakelen van serotoninereceptoren (5-HT1A) of γ-aminoboterzuur A-receptor (GABAAR) α subeenheden12; 2) chronisch toedienen van angstinductoren zoals corticosteron of lipopolysacchariden (LPS)13,14; of 3) het toedienen van omgevingsstress, waaronder sociale nederlaag en moederscheiding15. Deze methoden weerspiegelen echter mogelijk niet realistisch angst die gedurende het dagelijks leven wordt veroorzaakt en zijn daarom mogelijk niet geschikt voor het onderzoeken van het onderliggende mechanisme of het testen van nieuwe geneesmiddelen.
Net als mensen zijn muizen en ratten zeer sociale wezens 16,17,18. Sociaal contact en sociale interacties zijn essentieel voor een optimale gezondheid van de hersenen en zijn van cruciaal belang voor een goede neurologische ontwikkeling tijdens de opvoedingsperiode19. Moederscheiding of sociaal isolement tijdens de opfokperiode resulteert dus in muizen die meer angst, depressie en veranderingen in neurotransmissie vertonen20. Bovendien is sociale verzorging of allogrooming een veel voorkomende vorm van binding of troostend gedrag bij muizen en ratten die samenleven21. Socialisatie is dus een integraal onderdeel van het leven van knaagdieren en isolatie heeft een negatieve invloed op hun gezondheid.
In deze context beschrijft het huidige protocol een nieuw angstmodel om de opzettelijke of onbedoelde patronen van sociaal isolement in het moderne leven na te bootsen. Dit model voor sociaal isolement (SI) minimaliseert waargenomen afleidingen en invasiviteit en maakt gebruik van volwassen wilde type C57BL / 6-muizen en Sprague-Dawley (SD) -ratten. Het hier gepresenteerde protocol richt zich op het angstmuizenmodel op basis van ons gepubliceerde bewijs, dat verhoogd angstachtig gedrag, agressie, verminderde cognitie en verhoogde neuro-inflammatie liet zien als gevolg van sociaal isolement 22,23,24. Angstachtig gedrag wordt bevestigd door de verhoogde plus doolhof (EPM) en open veld (OF) tests, terwijl cognitieve functie wordt gemeten door nieuwe objectherkenning (NOR) en nieuwe contextherkenning (NCR) tests. Dit model is nuttig voor het onderzoeken van angst en gerelateerde stoornissen, maar kan ook worden aangepast of aangepast om de natuurlijke progressie en ontwikkeling van milde cognitieve stoornissen en metabole veranderingen als gevolg van stress te bestuderen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritieke stappen in het protocol omvatten het correct opzetten van de sociale isolatiekooien (d.w.z. het inpakken van ondoorzichtige zakken en het verminderen van de hoeveelheid beddengoed), het minimaliseren van de behandeling en verstoring van muizen gedurende de isolatieperiode en ervoor zorgen dat de muizen de agar volledig met medicijn verkrijgen en consumeren. Het is van cruciaal belang dat de vivarium- of behuizingsconditie op een constante temperatuur en vochtigheid wordt gehouden, evenals minimale exter…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gefinancierd door de National Institute of Health grant AA17991 (aan J.L.), Carefree Biotechnology Foundation (aan J.L.), University of Southern California (USC), USC Graduate School Travel / Research Award (aan S.W.) Saudi Arabia Cultural Mission Scholarship (naar A.A.O.) en Army Health Professions Scholarship Program (naar AS).
Materials
| 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 |
References
- Craske, M. G., et al. Anxiety disorders. Nature Reviews Disease Primers. 3 (1), 17024 (2017).
- Kasper, S., den Boer, J., Ad Sitsen, J. . Handbook of Depression and Anxiety: A Biological Approach. , (2003).
- Konnopka, A., König, H. Economic burden of anxiety disorders: a systematic review and meta-analysis. Pharmacoeconomics. 38 (1), 25-37 (2020).
- 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).
- 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).
- . NIMH. Anxiety Disorders Available from: https://www.nimh.nih.gov/health/topics/anxiety-disorders/index.shtml (2018)
- Roy-Byrne, P. Treatment-refractory anxiety; definition, risk factors, and treatment challenges. Dialogues in Clinical Neuroscience. 17 (2), 191-206 (2015).
- Cassano, G. B., Baldini Rossi, N., Pini, S. Psychopharmacology of anxiety disorders. Dialogues in Clinical Neuroscience. 4 (3), 271-285 (2002).
- Garakani, A., et al. Pharmacotherapy of anxiety disorders: current and emerging treatment options. Frontiers in Psychiatry. 11, 595584 (2020).
- 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).
- Hart, P. C., Proetzel, G., Wiles, M. V., et al. Experimental models of anxiety for drug discovery and brain research. Mouse Models for Drug Discovery: Methods and Protocols. , 271-291 (2016).
- 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).
- Liu, W. -. Z., et al. Identification of a prefrontal cortex-to-amygdala pathway for chronic stress-induced anxiety. Nature Communications. 11 (1), 2221 (2020).
- 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).
- Toth, I., Neumann, I. D. Animal models of social avoidance and social fear. Cell and Tissue Research. 354 (1), 107-118 (2013).
- Wang, F., Kessels, H. W., Hu, H. The mouse that roared: neural mechanisms of social hierarchy. Trends in Neurosciences. 37 (11), 674-682 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ranade, S. Comforting in mice. Nature Neuroscience. 24 (12), 1640 (2021).
- 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).
- Watanabe, S., et al. Dihydromyricetin improves social isolation-induced cognitive impairments and astrocytic changes in mice. Scientific Reports. 12 (1), 5899 (2022).
- Silva, J., et al. Modulation of hippocampal GABAergic neurotransmission and gephyrin levels by dihydromyricetin improves anxiety. Frontiers in Pharmacology. 11, 1008 (2020).
- 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).
- 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).
- . NHGRI. Knockout Mice Fact Sheet Available from: https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Knockout-Mice-Fact-Sheet (2020)
- Takahashi, A. Social stress and aggression in murine models. Current Topics in Behavioral Neuroscience. 54, 181-208 (2022).
- Lam, R. W. Challenges in the treatment of anxiety disorders: beyond guidelines. International Journal of Psychiatry in Clinical Practice. 10, 18-24 (2006).
- Sullens, D. G., et al. Social isolation induces hyperactivity and exploration in aged female mice. PLoS One. 16 (2), 0245355 (2021).
