Course de roue et la complexité de l'environnement comme une intervention thérapeutique dans un modèle animal de l'ETCAF

Summary

L'exercice cardiovasculaire et des expériences stimulantes dans un environnement complexe ont des effets bénéfiques sur plusieurs mesures de neuroplasticité dans le cerveau des rongeurs. Cet article va discuter de la mise en œuvre de ces interventions comme un "superintervention" qui combine la course roue et la complexité de l'environnement et se penchera sur les limites de ces interventions.

Abstract

L' exercice aérobie (par exemple, la roue en cours d' exécution (WR) largement utilisé dans la recherche animale) un impact positif sur de nombreuses mesures de potentiel neuroplastique dans le cerveau, comme les taux de neurogenèse adulte, l' angiogenèse, et l' expression de facteurs neurotrophiques chez les rongeurs. Cette intervention a également été montré pour atténuer les aspects comportementaux et neuroanatomiques des impacts négatifs de tératogènes (c. -à- exposition de développement à l' alcool) et la neurodégénérescence liée à l' âge chez les rongeurs. la complexité de l'environnement (CE) a été montré pour produire de nombreux avantages neuroplastiques dans les structures corticales et sous-corticales et peut être couplé avec la roue en marche pour augmenter la prolifération et la survie de nouvelles cellules dans l'hippocampe adulte. La combinaison de ces deux interventions fournit un "superintervention" robuste (WR-CE) qui peuvent être mis en œuvre dans une gamme de modèles de rongeurs de troubles neurologiques. Nous allons discuter de la mise en œuvre de WR / CE et son constituant dansinterventions pour une utilisation comme une intervention thérapeutique plus puissant chez les rats en utilisant le modèle animal de l'exposition prénatale à l'alcool chez l'homme. Nous allons également discuter de quels éléments des procédures sont absolument nécessaires pour les interventions et celles qui peuvent être modifiés en fonction de la question ou des installations de l'expérimentateur.

Introduction

L'élevage dans des environnements différents a longtemps été connu pour provoquer des changements dans diverses mesures de bien-être neurologique. De nombreuses études portent sur les effets bénéfiques de l' élevage dans un environnement complexe (CE) en commençant par la recherche de pointe par Diamond et Rosenzweig (par exemple, ^{1, 2)} et Greenough (Par exemple, ^{3, 4).} CE a été démontré avoir un effet positif indéniable sur les changements synaptiques et cellulaires dans le cerveau ^{5, 6, 7.} CE peut affecter un grand nombre de régions du cerveau , y compris l'hippocampe ^{8, 9} et le cortex visuel ^{10, 11,} striatum ventral ^{12, 13,} ainsi queen fonction neuroimmunitaire cerveau à l' échelle (revue dans ^14). Un intérêt particulier a mis au point à partir des études sur l' hippocampe quand il a été démontré que la CE peut augmenter le taux de cellules granulaires adultes-né du gyrus denté survie à travers la plasticité dendritique ^{9, 13.} Ce dernier point a recueilli beaucoup d' intérêt en raison de la masse croissante de la littérature indiquant que l' exercice cardiovasculaire favorise la neurogenèse adulte dans le cerveau à la fois sain et endommagé ^{15, 16, 17, 18.} Roue roulement (WR) est un outil facile à mettre en œuvre sous forme d'activité cardiovasculaire volontaire qui a été montré pour être bénéfique dans des modèles de rongeurs de troubles neurologiques ou de vieillissement ^{17, 19, 20.} WR affecte l'expression de facteurs de croissance à la fois dans le système nerveux central et périphérique ^{21, 22, 23.}

La combinaison (suite) WR et CE dans un "superintervention" (WR-CE) (soit 12 jours de WR suivie de 30 jours dans l'affaire CE) prévoit une forte augmentation de la neurogenèse adulte hippocampique et l' augmentation de la survie des cellules nouvellement proliféré ^8, le effet que, dans le modèle animal de l'ETCAF est pas obtenue par des composants individuels (voir ci-dessous). Comme les deux composantes du WR-CE affectent un large éventail de structures dans le cerveau ¹³ (WR examinées dans ^22, EC a examiné en ^24), la mise en œuvre de cette intervention peut facilement être appliquée à des modèles de rongeurs des deux vie modèles d' apparition de développement et ultérieures de neurologique dépréciation (par exemple, l' exposition à l'alcool néonatale, le vieillissement, le stress au début de la vie).

nt "> Intégration de WR-CE dans les périodes adultes adolescent et précoce (c. -à- jours postnataux 30 – 72) peut améliorer certains des effets négatifs d'un modèle de rat de troubles du spectre de l' alcoolisation fœtale (ETCAF) ⁸ Une collection d'études ont. démontré que les rongeurs exposés à l' alcool de postnatale jour (PD) 4 à 9 affichage des déficits importants dans les mesures neuroanatomiques tels que la complexité dendritique ^25, le développement cérébelleux ^{26, 27} et réactivité neuroimmunitaire ^28, ainsi que des manifestations de troubles de l' apprentissage et de la mémoire ^{29, 30, 31} . Même une quantité réduite d'exposition à l'alcool au sein de cette fenêtre de temps (c. -à- PD 7 à 9) peut conduire à des déficits dans l' apprentissage et la mémoire chez des rats adolescents et adultes ³² alors que certaines structures ne voient plus sigdépréciation neuroanatomique nificant ^27. Beaucoup de ces déficits – en plus des troubles de comportement dans les tâches de l' hippocampe dépendant – ont été atténués suite à une exposition à ce paradigme WR-CE ^{8, 33} ou WR seuls ^{25, 31.} Bien que WR seul a été une intervention largement utilisée, la combinaison de WR-CE n'a pas encore été utilisé dans la littérature en dépit de sa capacité à maintenir les avantages relativement court terme de WR ^8. Cet article va discuter de la mise en œuvre de l'intervention WR-CE au cours de l'adolescence. Bien que ce modèle est utilisé dans le contexte de l'exposition à l'alcool postnatale, il peut être introduit dans divers modèles de rongeur pour évaluer le potentiel du cerveau pour la neuroplasticité dans les modèles de troubles cérébraux.

Protocol

Déclaration d'éthique: Le protocole suivant a été approuvé par le Comité institutionnel des animaux soin et l'utilisation (IACUC) de l'Université du Delaware. 1. Exposition de développement (ou modèle de Binge-like Ethanol exposition) Sur PD3, déterminer le sexe de chaque animal et de contre-favoriser les animaux si nécessaire pour maintenir la taille des portées (8 animaux) et le sexe (4 mâles: 4 femelles) cohérente au sein de chaque portée. NOTE: Il est important de…

Representative Results

Afin d'évaluer l'effet de l'intervention de super, nous devons examiner les effets de chacun de ses éléments constitutifs – WR et CE – sur nos mesures d'intérêt. Les figures 1 à 3 (ci – dessous) est apparu dans une publication précédente en utilisant ce paradigme 8. Figure 4 est apparu dans une thèse de doctorat 36. Ces données illustrent l'impact de WR-CE sur …

Discussion

Dans le protocole ci-dessus, nous avons démontré une intervention opportune pour sauver les déficits neuroanatomiques suite à une exposition à l'alcool néonatale. Cette intervention peut être utilisée comme agent thérapeutique dans d'autres modèles animaux, en raison de la robustesse de chacune des composantes de l'intervention. Activité cardiovasculaire volontaire sous forme de WR a été montré pour bénéficier plusieurs résultats comportementaux ^38, <sup cl…

Materials

Female Time-pregnant Long Evans Rats	Envigo (Formerly: Harlan, Inc.)		Average litter size is 8-10 pups
Black India Ink	Higgins (Chartpak, Inc.)	44201
Syringes and Injection Needles	Becton, Dickinson and Company (BD)	Assorted	For injection of pawmarking ink, administration of milk-alcohol solution
Ear Punch	Kent Scientific Corporation	INS750076
Running Wheels	Wahmann Labs		Wahmann Running Wheel is discontinued. Substitute with  One per cage
EC Cage	Martin's Cages, Inc.	R-695
Small EC Toys	Assorted
Medium EC Toys	Assorted		Should be able to fit 1-2 rats inside of/ on top of object
Large EC Toys	Assorted		Should be able to fit 3 or more rats inside of/on top of object