מודל בידוד חברתי: מודל מכרסם לא פולשני של מתח וחרדה
Summary
מוצג כאן מודל עכברי חרדה המושרה על ידי בידוד חברתי (SI) המשתמש בעכברי C56BL/6J מסוג פראי כדי לגרום ללחץ והתנהגות דמוית חרדה עם טיפול מינימלי וללא הליכים פולשניים. מודל זה משקף דפוסי חיים מודרניים של בידוד חברתי והוא אידיאלי לחקר חרדה והפרעות נלוות.
Abstract
הפרעות חרדה הן אחד הגורמים המובילים למוגבלות בארצות הברית (ארה”ב). הטיפולים הקיימים כיום אינם תמיד יעילים ופחות מ-50% מהמטופלים משיגים הפוגה מלאה. שלב קריטי בפיתוח נוגד חרדה חדשני הוא לפתח ולהשתמש במודל של בעלי חיים, כגון עכברים, כדי לחקור שינויים פתולוגיים ולבדוק מטרות של תרופות, יעילות ובטיחות. הגישות הנוכחיות כוללות מניפולציה גנטית, מתן כרוני של מולקולות מעוררות חרדה, או מתן לחץ סביבתי. שיטות אלה, עם זאת, לא יכול לשקף באופן מציאותי חרדה המושרה לאורך חיי היומיום. פרוטוקול זה מתאר מודל חרדה חדש, המחקה את הדפוסים המכוונים או הלא מכוונים של בידוד חברתי בחיים המודרניים. מודל החרדה הנגרמת על ידי בידוד חברתי ממזער את הסחות הדעת והפולשנות הנתפסות ומשתמש בעכברים מסוג C57BL/6 פראיים. בפרוטוקול זה, עכברים בני 6 עד 8 שבועות (זכר ונקבה) שוכנים בנפרד בכלובים אטומים כדי לחסום חזותית את הסביבה החיצונית, כגון עכברים שכנים, למשך 4 שבועות. לא מסופקות העשרות סביבתיות (כגון צעצועים), חומר המצע מופחת ב-50%, כל טיפול בתרופה ניתן בצורת אגר, והחשיפה/טיפול בעכברים ממוזערת. עכברים מבודדים חברתית שנוצרו באמצעות פרוטוקול זה מפגינים התנהגות דמוית חרדה גדולה יותר, תוקפנות, כמו גם ירידה בקוגניציה.
Introduction
הפרעות חרדה מייצגות את המעמד והנטל הגדול ביותר של מחלות נפש בארצות הברית (ארה”ב), עם עלויות שנתיות נלוות העולות על 42 מיליארד דולר 1,2,3. בשנים האחרונות, חרדה ומתח העלו את שכיחות ההתאבדויות וההתאבדויות ביותר מ-16%4. חולים עם מחלות כרוניות פגיעים במיוחד להשפעות משניות לא מכוונות של מצוקה נפשית או תפקוד קוגניטיבי מופחת5. הטיפולים הנוכחיים לחרדה כוללים פסיכותרפיה, תרופות, או שילוב שלשניהם 6. עם זאת, למרות משבר זה, פחות מ -50% מהחולים משיגים הפוגה מלאה 6,7. לתרופות נוגדות חרדה כגון בנזודיאזפינים (BZs) ומעכבי ספיגה חוזרת סלקטיבית של סרוטונין (SSRI) יש חסרונות משמעותיים אולייצר מעט מאוד השפעות מיידיות 8. יתר על כן, קיים מחסור יחסי בתרופות נוגדות חרדה חדשות הנמצאות בפיתוח, המאותגרות על ידי התהליך היקר והגוזל זמן של פיתוח תרופות 9,10.
שלב קריטי בתהליך פיתוח התרופה הוא הקמה ושימוש במודל של בעלי חיים, כגון עכברים, כדי לחקור שינויים פתולוגיים ולבדוק את הבטיחות והיעילות של תרופות11. הגישות הנוכחיות לביסוס מודלים של בעלי חיים חרדים כוללות 1) מניפולציה גנטית, כגון סילוק קולטני סרוטונין (5-HT1A) או קולטן חומצה γ-אמינובוטירית קולטן A (GABAAR) α תת-יחידות12; 2) מתן כרוני של מעוררי חרדה כגון קורטיקוסטרון או ליפופוליסכרידים (LPS)13,14; או 3) ניהול לחץ סביבתי כולל תבוסה חברתית והפרדה אימהית15. עם זאת, שיטות אלה עשויות שלא לשקף באופן מציאותי חרדה הנגרמת במהלך חיי היומיום ולכן ייתכן שאינן מתאימות לחקר המנגנון הבסיסי או לבדיקת תרופות חדשות.
כמו בני אדם, עכברים וחולדות הם יצורים חברתיים מאוד16,17,18. מגע חברתי ואינטראקציות חברתיות חיוניים לבריאות מוחית מיטבית והם קריטיים להתפתחות עצבית תקינה במהלך תקופת הגידול19. לכן, היפרדות אימהית או בידוד חברתי במהלך תקופת הגידול גורמים לעכברים להראות יותר חרדה, דיכאון, ושינויים בהעברה עצבית20. יתר על כן, טיפוח חברתי או allogrooming היא צורה נפוצה של קשר או התנהגות מנחמת בקרב עכברים וחולדות שחיים יחד21. לפיכך, סוציאליזציה היא חלק בלתי נפרד מחיי המכרסמים, והבידוד משפיע לרעה על בריאותם.
בהקשר זה, הפרוטוקול הנוכחי מתאר מודל חרדה חדש המחקה את הדפוסים המכוונים או הלא מכוונים של בידוד חברתי בחיים המודרניים. מודל בידוד חברתי (SI) זה ממזער את הסחות הדעת והפולשנות הנתפסות ומשתמש בעכברי פרא בוגרים מסוג C57BL/6 ובחולדות ספראג-דאולי (SD). הפרוטוקול המוצג כאן מתמקד במודל עכברי החרדה המבוסס על הראיות שפרסמנו, שהראו התנהגות מוגברת דמוית חרדה, תוקפנות, ירידה בקוגניציה ודלקת עצבית מוגברת כתוצאה מבידוד חברתי22,23,24. התנהגות דמוית חרדה מאושרת על ידי מבחני מבוך פלוס מוגבה (EPM) ומבחני שדה פתוח (OF), בעוד שהתפקוד הקוגניטיבי נמדד על ידי מבחני זיהוי עצמים חדשים (NOR) ומבחני זיהוי הקשר חדש (NCR). מודל זה שימושי לחקר חרדה והפרעות קשורות, אך ניתן גם להתאים או לשנות אותו כדי ללמוד את ההתקדמות הטבעית וההתפתחות של פגיעה קוגניטיבית קלה, כמו גם שינויים מטבוליים עקב מתח.
Protocol
Representative Results
Discussion
צעדים קריטיים בפרוטוקול כוללים הגדרה נכונה של כלובי הבידוד החברתי (כלומר, עטיפת שקיות אטומות והפחתת כמות המצעים), מזעור הטיפול וההפרעה לעכברים לאורך כל תקופת הבידוד, ווידוא שהעכברים מקבלים וצורכים את האגר עם סמים לחלוטין. זה קריטי כי vivarium או מצב הדיור נשמר בטמפרטורה קבועה ולחות, כמו ג…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו מומנה על ידי מענק המכון הלאומי לבריאות AA17991 (ל- J.L.), קרן ביוטכנולוגיה נטולת דאגות (ל- J.L.), אוניברסיטת דרום קליפורניה (USC), פרס נסיעות / מחקר של בית הספר לתארים מתקדמים של USC (ל- S.W.) מלגת שליחות תרבותית של ערב הסעודית (ל- A.A.O.), ותוכנית מלגות למקצועות הבריאות של הצבא (ל- 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 |
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).
