באמצעות מודל אנורקסיה מכרסמים מבוסס פעילות לחקר הבסיס הנוירוביולוגי של אנורקסיה נרבוזה
Summary
Here we present a protocol to induce activity-based anorexia (ABA) in female adolescent mice. ABA is a condition of hyperactivity evoked by imposing food restriction on rodents with access to a running wheel. This phenomenon is being used as a model to study the underlying neurobiology of anorexia nervosa.
Abstract
אנורקסיה נרבוזה () היא מחלה פסיכיאטרית מאופיינת בצריכת קלוריות מוגבלת יתר על המידה ורמות גבוהות באופן חריג של פעילות גופנית. מחלה מאתגרת לטיפול, בשל חוסר הבנה של נוירוביולוגיה שבבסיס, יש שיעור התמותה הגבוה ביותר בקרב מחלות פסיכיאטריות. כדי לענות על צורך זה, מדעני המוח משתמשים במודל חיה ללמוד איך עצבי מעגלים עשויים לתרום לפגיעות ולעשויות להיות מושפע. אנורקסיה (ABA) המבוסס על פעילות היא תופעה ביו-ההתנהגות המתוארת במכרסמים שמודלי התסמינים העיקריים של אנורקסיה נרבוזה. כאשר מכרסמים עם גישה חופשית למימוש רצון על הגבלת מזון ניסיון גלגל ריצה, הם הופכים היפראקטיביים – פועלים יותר מחיות עם גישה חופשית למזון. כאן, אנו מתארים את ההליכים שבי ABA מושרה בC57BL / 6 נקבות עכברים מתבגרים. ביום שלאחר הלידה 36 (P36), בעלי החיים שוכן עם גישה לתרגיל מרצון על ריצהגלגל. לאחר 4 ימים של הסתגלות לגלגל הריצה, על P40, כל המזון הוא להסיר את הכלוב. במשך 3 הימים הבאים, מזון מוחזר לכלוב (המאפשר גישת בעלי חיים אוכל חינם) לשעה 2 ביום. לאחר היום הרביעי של הגבלת מזון, גישה חופשית למזון הוא חזר וגלגל הריצה הוא להסיר את הכלוב כדי לאפשר לבעלי החיים להתאושש. ניתוח רב-יום רצוף של ריצת פעילות גלגל מראה כי העכברים הפכו היפראקטיבי בתוך 24 שעות הבאות תחילת הגבלת מזון. העכברים לרוץ גם בזמן המוגבל שבמהלכו יש להם גישה למזון. בנוסף, דפוס היממה של ריצת גלגל הופך מופר על ידי הניסיון של הגבלת מזון. אנחנו כבר מסוגלים לתאם שינויי נוירו-ביולוגיים בהיבטים שונים של בעלי החיים גלגל ריצת התנהגות לסבך אזורי מוח מסוימים ושינויי neurochemical עם עמידות ופגיעות להיפראקטיביות מושרה מזון-הגבלה.
Introduction
אנורקסיה נרבוזה () היא מחלה פסיכיאטרית מאופיינת בהגבלה מופרזת של צריכת מזון, על-תרגיל, ופחדים לא רציונאליים של עלייה במשקל. אחת המחלות הפסיכיאטריות הקטלניות ביותר 1, יש אין טיפול תרופתי מקובל עד כה, ואת המנגנונים ואת ההשפעות של המחלה נוירו-ביולוגיים הם הבינו היטב. אנחנו לומדים מודל חיה של לחקור את שינויי נוירו-ביולוגיים וneurochemical קשורות עם תסמיני סימן היכר של המחלה.
אנורקסיה (ABA) המבוסס על פעילות היא תופעה ביו-ההתנהגות המתוארת במכרסמים שדגמים מסוימים של המאפיינים של 2,3. כאשר מכרסמים עם גישה חופשית למימוש רצון על ניסיון אוכל-הגבלת גלגל ריצה, רב, אך לא כולם, הפכו היפראקטיביים – פועל יותר ממה שהם רצו לפני תחילת אוכל-הגבלת 3,4. יש כבר הסברים הציעו רבים למעל התרגיל הוצג על ידיבעלי החיים ABA וחולים: שזה סוג של התנהגות 5 ליקוט, מנגנון להתמודדות עם הלחץ של מזון-הגבלה 6, ניסיון להעלות את טמפרטורת גוף בזמן הירידה מושרה רעב בחילוף חומרים 7, או תוצאה של hypoleptinemia 8 . מודל מכרסם זה מתרבה התופעות של אובדן משקל גוף, היפראקטיביות, הגבלת מזון מרצון על ידי הבחירה לרוץ בגישת מזון מוגבלת, מתאמים עם חרדת תכונות 9,10, ופגיעות שנפגעו על ידי ניסיון חיים המוקדמים 11. בעוד ABA המודל המכרסם נחשב מודל מתח, זה לא יכול לשקף במדויק בחולים אנושיים, המראים עליית תפקוד מערכת חיסון 12. בין שני המכרסמים והחולים אנושיים, אנשים מסוימים להראות יותר פגיעות מאחרים. בעוד שמחקרים אפידמיולוגיים שואפים להבהיר את גורמי סיכון ל, מעטים יחסית מחקרים ניסו להבין את בסיס נוירו-ביולוגי להבדלים אישיים בvulnerability לאינדוקצית ABA במכרסמים.
חשוב לציין כי שימוש בפרדיגמת ABA נרחב, והשימוש בו כמודל חיה של נבדק 6,13-15 בהרחבה. התרומה של העבודה הנוכחית היא להתוות שיטות הספציפיות המשמשות כדי לעודד ABA בנקבות עכברים מתבגרים ומתאר את השינויים שהיו דרושים כדי להפוך למודלים של המכרסמים הקיימים כדי לשפר את ההישרדות בעכברים צעירים. בנוסף, אנו דנים בטכניקות שונות שיכול להיות בשילוב עם הפרדיגמה ABA ההתנהגות כדי ללמוד היבטים אחרים של מודל החיה.
מודל ABA העכבר מאפשר חיפושים בקפדנות של נוירוביולוגיה של המחלה. זה ניתנות להפרדה מההשפעות החברתית-תרבותיות, אשר, ללא ספק, תורמות לפגיעות של אדם. גם מודל ABA יכול לשמש כדי לחקור את ההשפעה של הגבלת מזון חוזרת ונשנית או צורות אחרות של מתח בשילוב עם גישת גלגל, כך שכדי ללכוד כמה היבטים של הישנות 16. תפקוד מערכת העצבית מעכב במרכזי חרדת מוח נחקר תוך שימוש בטכניקות אלקטרון-מיקרוסקופי 4,16,17. arborization הדנדריטים נחקר באמצעות מעקב וניתוח של תאי פירמידה בתחום CA1 של ההיפוקמפוס והאמיגדלה 18,19 17 סייע-Neurolucida. השפעות של הגבלת מזון וגישה גלגל על חרדה נחקרו באמצעות בדיקות התנהגותיות כגון גבוה בתוספת 10 מבוך. הבסיס הגנטי של פגיעות נחקר באמצעות זנים טהורים שונים של עכברים 9. ניתן לבדוק מניפולציות תרופתיות במודל חיה לפני ניסויים בבני אדם 20-24. בעלי חיים מהונדסים גנטי ומציאה חולפת של גנים יכולים לשמש כדי ללמוד כיצד מניפולציה של מסלולים מולקולריים מסוימים יכולה להשפיע על התנהגות בפרדיגמה ABA. ההשפעה של לחץ בחייו המוקדמים על פגיעות ההפרש לABA wולד להיות נושא אחר שניתן לטפל באמצעות גישה זו.
Protocol
Representative Results
Discussion
ההיבטים הקריטיים של מודל ABA הם (1) גישה חופשית למימוש רצון על גלגל ריצה ו( 2) הגבלת מזון עם גישת מזון מוגבלת לתקופה מוגבלת של זמן. גישה לגלגל ריצה מאפשרת לבעל החיים יבחרו להשתמש בגלגל ונותנת אינדיקציה להשפעה של הגבלת מזון במוטיבציה של בעלי החיים לממש. לעומת זאת, גישה מוגבלת בזמן אוכל (ולא קלוריות הגבלה) מאפשרת הניסוי למדידת הגבלת מזון מרצון על ידי ניטור המידה שבה חיות לבחור להפעיל בשעות מוגבלות של גישת אוכל. בדרך זו, ABA הוא מודל מצוין של ההרעבה העצמית המתרחשת ב.
על מנת למזער את הרעש בנתונים התנהגות עכבר, חשוב למזער את כמות לחץ בלתי צפוי שניסיון חיים. לדוגמא, טיפול בבעלי החיים צריכים להיות כל הזמן למינימום, עם בעלי החיים רק הפרעה במשקל, ברגע שיום. הנסיין טיפול בעלי החיים צריך להיות מאומן ונוח עם טיפול בחיות. במידת האפשר, אדם אחד צריך לטפל בבעלי החיים לאורך כל הניסוי, כדי למנוע לחץ נוסף. יש להימנע ריחות ובשמים. הזמן של משקל ואספקת מזון צריך להיעשות כדי להיות רגיל ככל האפשר, כדי למזער את הבלתי צפוי. כאמצעי זהירות מפני אובדן נתונים, עדיף לשלטון המחשב באמצעות אספקת חשמל גיבוי במקרה של הפסקת חשמל; אפילו הפסקה קצרה של כוח תגרום למחשב לבצע הפעלה מחדש ורכישת נתונים תחדל. בנוסף, חשוב לפקח על חיי הסוללה של משדרי הגלגל יומי. אם רמת הסוללה חלשה הופכת, משדר עלול להיכשל לסירוגין לשלוח נתונים לרכזת, ובכך להמעיט את הפעילות של בעלי החיים.
פרוטוקול העכבר המתואר כאן היה שונה מהפרוטוקול הסטנדרטי ששימש במשך 4 חולדות. נקבות עכברים מתבגריםהם הרבה יותר פגיעים לירידה במשקל מוגזמת ומוות כתוצאה מרעב. לכן, נעשו השינויים הבאים על מנת לשפר את ההישרדות ללפחות שלושה ימים של ABA. ראשון, ביום הראשון של הגבלת מזון קוצר על ידי הסרת מזון בצהריים ולא בשעה 8 ביום הקודם. יתר על כן, בתקופה של גישת מזון הזמן הוגדלה מ 1 שעה לשעה 2 ואת הזמינות של מזון רטוב גם הוסיפה כדי למזער את ההשפעות של התייבשות. מצאנו כי מתן מזון רטוב לעכברים שיפר את מצבם באופן משמעותי בשלושה ימי הגבלת מזון. ללא מזון הרטוב, משקל גוף היה נופל הרבה יותר מהר ובעלי חיים היו הצורך להסיר מסביבת המזון מוגבלת. שינויים אלה היו מספיק כדי לאפשר העכברים לשרוד דרך שלושה ימים מלאים של הגבלת מזון וקלות להתאושש מABA.
יש פרוטוקול זה לABA כמה מגבלות חשובות לשקול. ראשית, יש צורך לשכן את העכברים בנפרד ב כלובים עם גלגל ריצה כדי לפקח על פעילות הגלגל של כל עכבר באופן עצמאי. התוצאה היא הבידוד החברתי של בעלי החיים, לחץ ידוע שעשויות להשפיע על התנהגותם של בעלי החיים בABA, כמו גם חלק מהמעגלים העצביים שהם נחקרים 26. עד כה, אין ציוד זמין שהוא מסוגל לעקוב אחר הפעילות יחידה של עכברים שוכנו שיתוף, אבל נראה שזה היה להיות בעיה פתירה באמצעות טכנולוגיית RFID ומעקב תגים קשורים לכל חיה. תוצאה עלול להיות בלתי נמנעת אחרת של בעלי חיים שיתוף דיור בהגבלת מזון היא הסיכון שבעלי החיים עשויים להיות תוקפניים כלפי הכלוב-זוגם. שינוי הכלוב של החיות לאחר כל פגישת האכלה הוא לחץ אחר שהיו לנו להציג מזון אגירת בעלי חיים בשל אחד מתחת למצעים. אנו שואפים לצמצם את הלחץ של כלוב חדש על ידי החדרת כמות משמעותית של מצעים מלוכלכים מהכלוב הקודם לתוך הכלוב הטרי.
<p class="jove_content"> קבוצות אחרות תוך שימוש במודל ABA בחרו פרמטרים שונים ללוח זמני ההאכלה שלהם. הבחירה של זמן האכלה בשלב האפל של מחזור האור-חושך היא לא סטנדרטית. בחרנו להאכיל את החיות בזמן שהאורות תכבה, כדי לאפשר זמן טבעי יותר לבעלי החיים לאכול, מאז העכבר הלילי הוא נוהג יותר ערני ופעיל בתקופה זו. חלק מהקבוצות להאכיל את החיות בתקופת האורות-על של היום 13,27. זה עשוי להיות לטובת הנוחות של הניסוי, וזה חשוב לציין כי בזמן התקופה לקצבת מזון בשלב האור צריכה להיות מוגברת לשיפור הישרדות. כמו כן ניתן להציע שחוסם את גישה לגלגל הריצה במהלך ההאכלה עשויה לשפר את ההישרדות, אבל אנחנו מרגישים שזה מסיר את ההיבט מעניין מאוד של התנהגות שהוא ההחלטה שנעשתה על ידי חלק מבעלי החיים לרוץ ולא לאכול, מחריף את ההרעבה העצמית נוסף היבט של מודל ABA, אבל לכידת סימן היכר שלהתנהגות אנושית הקשורים ל.חשוב לציין כי פרוטוקול זה כבר מותאם במיוחד לנשים בגיל ההתבגרות עכברי C57BL / 6. אם זן עכבר, מין, או קבוצת גיל שונה הוא לשמש, כמה פרמטרים של הפרוטוקול עשויים לדרוש שינוי. כמו כן, הוכיח כי RT משפיע על חומרת ABA במכרסמים 28. בזמן שאנחנו לא מנסים להשתנות RT ללימודים שלנו, להגדיל את RT עשוי לשפר את שיעורי הישרדות בקרב בעלי החיים ABA.
היתרון של שימוש במודל חיה של מחלות אנושיות, כגון, הוא שאפשר ללמוד את האנטומיה והפיסיולוגיה של מוח ושינויים הנגרמת על ידי גישה לתרגיל מרצון והגבלת מזון בסביבה מבוקרת. השימוש בעכברים במודל ABA מאפשר השימוש בגישות גנטיות חזקות באמצעות בעלי חיים מהונדסים וזיהום ויראלי למניפולציה גנטית. מחקרים עתידיים מכוונים לומד את ההשפעה של גנים מסוימים בחוסןאו פגיעות להיפראקטיביות מושרה הגבלת מזון והרעבה עצמית.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי גרנט תכנית קלרמן הקרן באכילת מחקר הפרעות לCA; המכונים הלאומי לבריאות מענקי R21MH091445-01 לCA, R21MH105846 לCA, R01NS066019-01A1 לCA, R01NS047557-07A1 לCA, EY13079 ניי Core גרנט לCA, R25GM097634-01 לCA, UL1 TR000038 מהמרכז הלאומי לקידום Translational מדע לTGC, מחקר קרן האתגר של אוניברסיטת ניו-יורק לקליפורניה; ומענקי פולברייט לYW ג
Materials
| Wireless running wheel for mouse | Med Associates | ENV-044 | |
| USB Interface Hub | Med Associates | DIG-804 | |
| Wheel Manager Software | Med Associates | SOF-860 | |
| Wheel Manager Data Analysis | Med Associates | SOF-861 |
References
- Arcelus, J., Mitchell, A. J., Wales, J., Nielsen, S. Mortality rates in patients with anorexia nervosa and other eating disorders. A meta-analysis of 36 studies. Archives of general psychiatry. 68, 724-731 (2011).
- Hall, J. F., Hanford, P. V. Activity as a function of a restricted feeding schedule. Journal of comparative and physiological psychology. 47, 362-363 (1954).
- Routtenberg, A., Kuznesof, A. W. Self-starvation of rats living in activity wheels on a restricted feeding schedule. Journal of comparative and physiological psychology. 64, 414-421 (1967).
- Aoki, C., et al. Adolescent female rats exhibiting activity-based anorexia express elevated levels of GABA(A) receptor alpha4 and delta subunits at the plasma membrane of hippocampal CA1 spines. Synapse. 66, 391-407 (2012).
- Adan, R. A., et al. Neurobiology driving hyperactivity in activity-based anorexia. Current topics in behavioral neurosciences. 6, 229-250 (2011).
- Gutierrez, E. A rat in the labyrinth of anorexia nervosa: contributions of the activity-based anorexia rodent model to the understanding of anorexia nervosa. The International journal of eating disorders. 46, 289-301 (2013).
- Hillebrand, J. J., de Rijke, C. E., Brakkee, J. H., Kas, M. J., Adan, R. A. Voluntary access to a warm plate reduces hyperactivity in activity-based anorexia. Physiology and behavior. 85, 151-157 (2005).
- Hebebrand, J., et al. Hyperactivity in patients with anorexia nervosa and in semistarved rats: evidence for a pivotal role of hypoleptinemia. Physiology and behavior. 79, 25-37 (2003).
- Gelegen, C., et al. Difference in susceptibility to activity-based anorexia in two inbred strains of mice. European neuropsychopharmacology : the journal of the European College of Neuropsychopharmacology. 17, 199-205 (2007).
- Wable, G. S., Min, J. Y., Chen, Y. W., Aoki, C. Anxiety is correlated with running in adolescent female mice undergoing activity-based anorexia. Behavioral neuroscience. , (2014).
- Carrera, O., Gutierrez, E., Boakes, R. A. Early handling reduces vulnerability of rats to activity-based anorexia. Developmental psychobiology. 48, 520-527 (2006).
- Armstrong-Esther, C. A., Lacey, J. H., Crisp, A. H., Bryant, T. N. An investigation of the immune response of patients suffering from anorexia nervosa. Postgraduate medical journal. 54, 395-399 (1978).
- Klenotich, S. J., Dulawa, S. C. The activity-based anorexia mouse model. Methods in molecular biology. 829, 377-393 (2012).
- Casper, R. C., Sullivan, E. L., Tecott, L. Relevance of animal models to human eating disorders and obesity. Psychopharmacology. 199, 313-329 (2008).
- Carrera, O., Fraga, A., Pellon, R., Gutierrez, E., Crawley, J. a. c. q. u. e. l. i. n. e. . N. Rodent model of activity-based anorexia. Current protocols in neuroscience. 67, 41-49 (2014).
- Chowdhury, T. G., Wable, G. S., Sabaliauskas, N. A., Aoki, C. Adolescent female C57BL/6 mice with vulnerability to activity-based anorexia exhibit weak inhibitory input onto hippocampal CA1 pyramidal cells. Neuroscience. 241, 250-267 (2013).
- Wable, G. S., et al. Excitatory synapses on dendritic shafts of the caudal basal amygdala exhibit elevated levels of GABAA receptor alpha4 subunits following the induction of activity-based anorexia. Synapse. 68, 1-15 (2014).
- Chowdhury, T. G., Barbarich-Marsteller, N. C., Chan, T. E., Aoki, C. Activity-based anorexia has differential effects on apical dendritic branching in dorsal and ventral hippocampal CA1. Brain structure and function. , (2013).
- Chowdhury, T. G., et al. Activity-based anorexia during adolescence disrupts normal development of the CA1 pyramidal cells in the ventral hippocampus of female rats. Hippocampus. , (2014).
- Klenotich, S. J., et al. Olanzapine, but not fluoxetine, treatment increases survival in activity-based anorexia in mice. Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 37, 1620-1631 (2012).
- Altemus, M., Glowa, J. R., Galliven, E., Leong, Y. M., Murphy, D. L. Effects of serotonergic agents on food-restriction-induced hyperactivity. Pharmacology, biochemistry, and behavior. 53, 123-131 (1996).
- Atchley, D. P., Eckel, L. A. Treatment with 8-OH-DPAT attenuates the weight loss associated with activity-based anorexia in female rats. Pharmacology, biochemistry, and behavior. 83, 547-553 (2006).
- Verhagen, L. A., Luijendijk, M. C., Hillebrand, J. J., Adan, R. A. Dopamine antagonism inhibits anorectic behavior in an animal model for anorexia nervosa. European neuropsychopharmacology : the journal of the European College of Neuropsychopharmacology. 19, 153-160 (2009).
- Verty, A. N., et al. The cannabinoid receptor agonist THC attenuates weight loss in a rodent model of activity-based anorexia. Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 36, 1349-1358 (2011).
- Aoki, C., et al. alpha4betadelta-GABAARs in the hippocampal CA1 as a biomarker for resilience to activity-based anorexia. Neuroscience. 265, 108-123 (2014).
- Stranahan, A. M., Khalil, D., Gould, E. Social isolation delays the positive effects of running on adult neurogenesis. Nature. 9, 526-533 (2006).
- Wu, H., et al. Rethinking food anticipatory activity in the activity-based anorexia rat model. Scientific reports. 4, 3929 (2014).
- Gutierrez, E., Vazquez, R., Boakes, R. A. Activity-based anorexia: ambient temperature has been a neglected factor. Psychonomic bulletin and review. 9, 239-249 (2002).
