Модель социальной изоляции: неинвазивная модель стресса и тревоги грызунов
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.
Protocol
Representative Results
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, <…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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 |
Referências
- 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).
