Valutare l'alterazione della memoria spaziale in un modello di topi di lesioni traumatiche del cervello usando un labirinto radiale
Summary
Qui presentiamo un protocollo per una prova specifica del topo di cognizione che non richiede nuoto. Questo test può essere utilizzato per distinguere con successo i topi traumatici e lesioni cerebrali indotte da impatto corticale controllato dai controlli di sangue.
Abstract
Nonostante il recente aumento dell'uso dei modelli di topi nella ricerca scientifica, i ricercatori continuano ad utilizzare compiti cognitivi originariamente progettati e convalidati per l'uso del ratto. Il test di labirinto Radial Water Tread (RWT) della memoria spaziale (progettato appositamente per i topi e che non richiede nuoto) è stato dimostrato in precedenza per distinguere con successo tra i topi TBI controllati dall'impatto corticale e i controlli di sangue. Qui viene presentato un protocollo dettagliato per questa attività. Il labirinto RWT capitalizza sulla tendenza naturale dei topi per evitare aree aperte a favore di abbracciare i lati di un apparato (thigmotaxis). Le pareti del labirinto sono fiancheggiate da nove fori di fuga posizionati al di sopra del pavimento dell'apparecchio, e i topi sono addestrati per usare le indicazioni visive per individuare il foro di fuga che porta dal labirinto. Il labirinto è pieno di un centimetro di acqua fredda, sufficiente a motivare la fuga, ma non abbastanza profonda per richiedere che il nuoto del nuoto. Il periodo di acquisizione richiede solo quattro addestramentiGiorni con un test di ritenzione della memoria nel giorno 5 e un test di memoria a lungo termine il giorno 12. I risultati qui riportati suggeriscono che il labirinto RWT è un'alternativa fattibile ai test cognitivi basati sul nuoto convalidati da ratto nella valutazione dello spazio Deficit di memoria nei modelli del mouse di TBI.
Introduction
Le alterazioni della memoria sono tra i sintomi più comuni riportati dai pazienti in seguito alla lesione traumatica del cervello (TBI) 1 , 2 . L'identificazione e la valutazione accurata di analoghi deficit di memoria nei modelli animali di TBI sono quindi essenziali per la nostra comprensione di questa condizione e la sua gestione. Qui presentiamo un protocollo per testare la memoria spaziale in un modello di mouse di TBI usando un labirinto Radial Water Tread (RWT). Questo apparato è stato precedentemente mostrato per valutare i deficit cognitivi nei modelli di topo di TBI 3 indotti da impatto corticale controllato (CCI) e rappresenta un'alternativa potenziale a prove sperimentali di cognizione convalidate dal ratto.
La crescente diversità e disponibilità di modelli di topi transgenici ha portato ad un recente incremento dell'uso di topi nei ratti nella ricerca scientifica 4 . Nonostante questo turno, i ricercatori continuano a contare su un comportamento aI compiti cognitivi originariamente progettati e convalidati per l'uso del ratto. I test più comuni attualmente utilizzati per valutare la conoscenza nei topi, il labirinto acquatico di Morris (MWM) e il labirinto circolare di Barnes, sono stati appositamente progettati per capitalizzare i comportamenti istintuali trovati nei ratti 5 , 6 . Considerando le differenze genetiche, neuroetologiche e cognitive che esistono tra queste due specie 4 , non è sorprendente che i topi siano costantemente sottoperformati a questi compiti 7 , 8 .
Le differenze dipendenti dalle specie nell'abilità di test sono particolarmente interessanti nei test cognitivi basati sul nuoto, come il MWM. Mentre entrambi i ratti e i topi sono nuotatori esperti, i ricercatori hanno identificato diversi ceppi di topi che eseguono notevolmente male i compiti cognitivi basati sul nuoto 9 , 10 , </Sup> 11 , 12 , 13 . Anche in animali selvatici, i ratti generalmente superano i topi 7 , 8 . Mentre questo potrebbe essere interpretato come una differenza specifica della specie nella memoria spaziale, analisi di follow-up utilizzando un labirinto a terra secca non hanno rilevato differenze dipendenti dalla specie nelle prestazioni cognitive 8 . Un certo numero di fattori non correlati alla cognizione potrebbero rappresentare questa constatazione, comprese le differenze dipendenti dalla specie sia nella capacità di nuoto che nella strategia di ricerca. Infatti, l'analisi fattoriale delle strategie di ricerca specifiche del mouse nel MWM mostra che i fattori non-conoscitivi (in particolare, la thigomotaxis e la passività [ cioè , galleggianti]) possono svolgere un ruolo più significativo nelle prestazioni MWM rispetto all'apprendimento spaziale 14 .
Qui dimostriamo l'uso di una prova cognitiva progettata per capitalizzare l'inComportamento conciso di topi e che non necessita di nuoto, per misurare la disfunzione di memoria spaziale in un modello di topi del CCI indotto da TBI. Mentre il labirinto RWT ( Figura 1 A-B ) è stato concepito come un nuovo ibrido del labirinto circolare MWM e Barnes, è stato specificamente progettato per sfruttare il comportamento thigmotactic istintivo ai topi 15 , 16 . L'apparecchio è costituito da una vasca d'acciaio zincata da 32 pollici in cui sono stati forati nove fori di uscita uniformemente distanziati. I fori sono centrati di 2-1 / 4 pollici al di sopra del pavimento della vasca e sono dimensionati per adattarsi ad adattatori trapani ABS DWV SPG x SJ da 1-1 / 2 pollici. Otto delle uscite sono coperte dall'esterno e cieco ad una profondità di 1 pollice con gli arresti di gomma. Il nono è collegato da un gomito a 90 gradi acrilonitrile butadiene stirene (ABS) ad una scatola di plastica opaca da cui il mouse può essere facilmente rimosso dopo la prova. Nel corso di unBreve periodo di acquisizione, il mouse è addestrato per utilizzare le indicazioni visive uniche che fiancheggiano il labirinto per individuare questa scatola di fuga. Durante i test, il labirinto è riempito con un pollice di acqua fredda (12-14 ° C), abbastanza avversivo da promuovere la fuga, ma non abbastanza profondo che il mouse è necessario per nuotare.
Il labirinto di RWT rappresenta un'alternativa a basso costo e basso mantenimento del MWM ed è stato utilizzato con successo nei modelli di topi invecchiati e transgenici dei modelli 15 , 17 , 18 , 19 e CCI indotti da TBI 3 . Il protocollo qui descritto rappresenta un metodo semplice ed efficace per misurare la compromissione della memoria spaziale che non richiede alcuna formazione pre-lesioni e potrebbe essere facilmente modificata in base alle particolari esigenze di un laboratorio di ricerca.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il protocollo di labirinto RWT presentato qui segna con successo la distinzione tra i topi TBI indotti da CCI e i controlli di sham e rappresenta un'alternativa alternativa possibile al mouse al MWM e al labirinto circolare di Barnes. Mentre i risultati riportati qui parlano solo dell'uso del labirinto RWT in un modello di topi TBI, questo apparecchio è stato utilizzato con successo nei modelli invecchiati e transgenici in cui la non conformità causata da stress derivante da prove basate sul nuoto effettuate u…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata sostenuta dall'Istituto per le opportunità di concessione del progetto pilota per la salute transazionale (UL1TR000423), dall'Università di Washington Center per lo sviluppo umano e la disabilità e dall'Università di Washington, Core e Brain Imaging Core. Vorremmo riconoscere il dottor Warren Ladiges per il suo ruolo nello sviluppo e nella diffusione del design e del protocollo originale del labirinto Radial Water Tread presentato qui. Ringraziamo anche Toby Cole per la sua assistenza con questo progetto.
Materials
| 35 Gal. Hot Dipped Steel Round Tub | Home Depot | Internet #206638142 | Needed: 1 |
| 1-1/2 in. ABS DWV SPG x SJ Trap Adapter | Home Depot | Internet #100344703, Store SKU #188956 | Needed: 9 |
| 1-3/4 in. x 1-7/16 in. Black Rubber Stopper | Home Depot | Internet #100114974 Store SKU #755844 | Needed: 8 |
| 1-1/2 in. ABS DWV 90 Degree Hub x Hub Elbow | Home Depot | Internet #100346663 Store SKU #188603 | Needed: 1 |
| HDX 10 Gal. Storage Tote |
Home Depot | Internet #202523587 Store SKU #258804 Store SO SKU #258804 | Needed: 1 |
| Impact One Stereotaxic Impactor for CCI | Leica Biosystems | 39463920 | Needed: 1 |
| Vernier Stereotaxic w/ Manual Fine Drive Stereotaxic Instrument for Small Animals | Leica Biosystems | 39463001 | Needed: 1 |
References
- Levin, H. Neurobehavioral outcome of closed head injury: Implications for clinical trials. J. Neurotrauma. 12 (4), 601-610 (1995).
- Schretlen, D., Shapiro, A. A quantitative review of the effects of traumatic brain injury on cognitive functioning. Int Rev Psychiatry. 15 (4), 341-349 (2003).
- Cline, M. M., et al. Novel application of a radial water tread maze can distinguish cognitive deficits in mice with traumatic brain injury. Brain Res. 1657, 140-147 (2017).
- Ellenbroek, B., Youn, J. Rodent models in neuroscience research: Is it a rat race?. Dis. Model. Mech. 9 (10), 1079-1087 (2016).
- Morris, R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. J. Neurosci Methods. 11 (1), 47-60 (1984).
- Barnes, C. Memory deficits associated with senescence: A neurophysiological and behavioral study in the rat. J. Comp. Physiol. Psych. 93 (1), 74-104 (1979).
- Frick, K., Stillner, E., Berger-Sweeney, J. Mice are not little rats: Species differences in a one-day water maze task. Neuroreport. 11 (16), 3461-3465 (2000).
- Whishaw, I., Tomie, J. Of Mice and Mazes: Similarities Between Mice and Rats on Dry Land But Not Water Mazes. Physiol Behav. 60 (5), 1191-1197 (1995).
- Francis, D., Zaharia, M., Shanks, N., Anisman, H. Stress-induced disturbances in Morris water-maze performance: Interstrain variability. Physiol Behav. 58 (1), 57-65 (1995).
- Wahlsten, D., Rustay, N., Metten, P., Crabbe, J. In search of a better mouse test. Trends Neurosci. 26 (3), 132-136 (2003).
- Crawley, , et al. Behavioral phenotypes of inbred mouse strains: implications and recommendations for molecular studies. Psychopharmacology. (Berl). 132 (2), 107-124 (1997).
- Wahlsten, D., et al. Different data from different labs: lessons from studies of gene-environment interaction. J. Neurobiol. 54 (1), 283-311 (2002).
- Rogers, D. C., et al. Use of SHIRPA and discriminant analysis to characterise marked differences in the behavioural phenotype of six inbred mouse strains. Behav Brain Res. 105 (2), 207-217 (1999).
- Wolfer, D. P., Stagljar-Bozicevic, M., Errington, M. L., Lipp, H. Spatial Memory and Learning in Transgenic Mice: Fact or Artifact?. Physiology. 13 (3), 118-123 (1998).
- Koopmans, G., Blokland, A., Vannieuwenhuijzen, P., Prickaerts, J. Assessment of spatial learning abilities of mice in a new circular maze. Physiol Behav. 79 (4-5), 683-693 (2003).
- Deacon, R., Rawlins, N. Learning impairments of hippocampal-lesioned mice in a paddling pool. Behav Neurosci. 116 (3), 472-478 (2002).
- Pettan-Brewer, C., et al. A novel radial water tread maze tracks age-related cognitive decline in mice. Pathobiol Aging Age Relat Dis. 3, 1-4 (2013).
- Wiley, J., Pettan-Brewer, C., Ladiges, W. Phenylbutyric acid reduces amyloid plaques and rescues cognitive behavior in AD transgenic mice. Aging Cell. 10 (3), 418-428 (2011).
- Enns, L., et al. Disruption of Protein Kinase A in Mice Enhances Healthy Aging. PLoS ONE. 4 (6), (2009).
- Ivonen, H., Nurminen, L., Harri, M., Tanila, H., Puolivali, J. Hypothermia in mice tested in Morris water maze. Behav Brain Res. 141 (2), 207-213 (2003).
- Shultz, S. R., et al. Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor is neuroprotective in experimental traumatic brain injury. J Neurotrauma. 31 (10), 976-983 (2014).
