Utilizzando il per attività Anoressia roditore modello per studiare le basi neurobiologiche di Anoressia Nervosa
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
L'anoressia nervosa (AN) è una malattia psichiatrica caratterizzata da apporto calorico troppo limitato e anormalmente elevati livelli di attività fisica. Una malattia difficile da trattare, a causa della mancanza di comprensione della neurobiologia sottostante, AN ha il tasso di mortalità più alto tra le malattie psichiatriche. Per rispondere a questa esigenza, i neuroscienziati stanno utilizzando un modello animale per studiare come i circuiti neurali possono contribuire verso vulnerabilità per AN e può essere influenzata da AN. Activity Based anoressia (ABA) è un fenomeno bio-comportamentale descritti nei roditori che i modelli di sintomi principali di anoressia nervosa. Quando roditori con accesso gratuito a esercizio volontario su una restrizione alimentare esperienza ruota in esecuzione, diventano iperattivi – esecuzione di più di animali con libero accesso al cibo. Qui, si descrivono le procedure con cui l'ABA è indotta in adolescenti di sesso femminile C57BL / 6 topi. Il giorno 36 postnatale (P36), l'animale si trova con accesso al volontario esercizio su una corsaruota. Dopo 4 giorni di acclimatazione alla ruota portante, il P40, tutto il cibo viene rimosso dalla gabbia. Per i prossimi 3 giorni, il cibo viene restituito alla gabbia (che consente l'accesso di animali cibo gratis) per 2 ore al giorno. Dopo il quarto giorno di restrizione alimentare, libero accesso al cibo viene restituito e la ruota portante viene rimosso dalla gabbia per consentire agli animali di recuperare. Continuo analisi multi-giorno di esecuzione dell'attività ruota dimostra che i topi diventano iperattivi entro 24 ore dopo l'inizio di restrizione alimentare. I topi corrono anche durante il periodo di tempo limitato, durante il quale hanno accesso al cibo. Inoltre, il ritmo circadiano della ruota in esecuzione viene interrotto dall'esperienza di restrizione alimentare. Siamo stati in grado di correlare i cambiamenti neurobiologici con i vari aspetti della ruota comportamento corsa degli animali per implicare particolari regioni del cervello e cambiamenti neurochimici con la resistenza e la vulnerabilità alimentare restrizione iperattività indotta.
Introduction
L'anoressia nervosa (AN) è una malattia psichiatrica caratterizzata da eccessiva limitazione dell'assunzione di cibo, eccesso di esercizio fisico, e le paure irrazionali di aumentare di peso. Una delle malattie psichiatriche più letali 1, AN ha alcun trattamento farmacologico accettato fino ad oggi, e dei meccanismi neurobiologici e gli effetti della malattia sono poco conosciuti. Stiamo studiando un modello animale di AN per esplorare i cambiamenti neurobiologici e neurochimici associati a sintomi caratteristici della malattia.
Activity Based anoressia (ABA) è un fenomeno bio-comportamentale descritta nei roditori che modella alcune delle caratteristiche di un 2,3. Quando roditori con accesso gratuito a esercizio volontario su una ruota in esecuzione esperienza di cibo-restrizione, molti, ma non tutti, diventano iperattivi – in esecuzione più di quello che correvano prima dell'inizio del cibo restrizione 3,4. Ci sono stati molti spiegazioni proposte per over-esercizio esibita daAnimali ABA e pazienti AN: che si tratta di una forma di comportamento di foraggiamento 5, un meccanismo per affrontare lo stress di cibo restrizione 6, un tentativo di aumentare la temperatura corporea durante goccia inedia indotta nel metabolismo 7, o il risultato di hypoleptinemia 8 . Questo modello roditore riproduce i sintomi AN di perdita di peso corporeo, iperattività, restrizione alimentare volontaria optando per l'esecuzione durante l'accesso al cibo limitato, correlazioni con ansia tratti 9,10, e la vulnerabilità influenzati da esperienze di vita in anticipo 11. Mentre il modello roditore ABA è considerato un modello di stress, questo potrebbe non rispecchiare con precisione AN nei pazienti umani, che mostrano un aumento della funzione immunitaria 12. Tra sia roditori e pazienti umani, alcuni individui mostrano più vulnerabilità di altri. Mentre gli studi epidemiologici si sforzano di chiarire i fattori di rischio per AN, relativamente pochi studi hanno cercato di comprendere le basi neurobiologiche delle differenze individuali in vulnerability all'induzione ABA nei roditori.
È importante notare che il paradigma ABA è ampiamente utilizzato, e il suo uso come un modello animale di AN è stato ampiamente rivisto 6,13-15. Il contributo di questo lavoro attuale è quello di delineare i metodi specifici utilizzati per indurre ABA in adolescenti topi femmina e delineare le modifiche che sono state necessarie per rendere i modelli di roditori esistenti al fine di migliorare la sopravvivenza in topi giovani. Inoltre, si discute varie tecniche che possono essere accoppiati con il paradigma comportamento ABA per studiare altri aspetti del modello animale.
Il modello di topo ABA permette l'esplorazione rigorosamente di neurobiologia della malattia AN. Questo è separabile dalle influenze socio-culturali, che, senza dubbio, contribuiscono verso la vulnerabilità di una persona. Il modello ABA può anche essere usato per studiare l'effetto della restrizione alimentare ricorrenti o altre forme di stress in combinazione con accesso ruota, così comedi cogliere alcuni aspetti di una ricaduta 16. La funzione del sistema neurotrasmettitore inibitorio nei centri di ansia cerebrali è stato studiato con tecniche di elettroni-microscopico 4,16,17. Dendritica è stato studiato utilizzando reperimento e analisi di cellule piramidali nel campo CA1 dell'ippocampo 18,19 e 17 amigdala Neurolucida assistita. Effetti della restrizione alimentare e accesso ruota su ansia sono stati studiati con test comportamentali, come l'elevata più labirinto 10. Le basi genetiche della vulnerabilità è stata studiata utilizzando diversi ceppi di topi inbred 9. Manipolazioni farmacologiche possono essere testati in un modello animale prima sperimentazione umana 20-24. Animali geneticamente modificati e atterramento transitorio di geni possono essere utilizzati per studiare come la manipolazione di particolari meccanismi molecolari in grado di influenzare il comportamento nel paradigma ABA. L'impatto dello stress durante la vita in anticipo su vulnerabilità differenziale a ABA would essere un altro argomento che può essere affrontato attraverso questo approccio.
Protocol
Representative Results
Discussion
Gli aspetti critici del modello ABA sono (1) il libero accesso al volontario esercizio su una ruota in esecuzione e (2) restrizione alimentare con accesso al cibo limitata ad un periodo limitato di tempo. L'accesso a una ruota portante permette all'animale di scegliere di utilizzare la ruota e fornisce un'indicazione dell'effetto di restrizione alimentare sulla motivazione dell'animale di esercitare. Viceversa, l'accesso al cibo-tempo limitato (piuttosto che calorie-restrizione) permette di misurare lo sperimentatore restrizione alimentare volontaria monitorando la misura in cui gli animali scelgono di eseguire durante le ore limitate di accesso al cibo. In questo modo, ABA è un eccellente modello di auto-fame che si verifica in AN.
Per minimizzare il rumore nei dati comportamentali del mouse, è importante ridurre al minimo la quantità di stress imprevedibile che l'esperienza animali. Ad esempio, la manipolazione degli animali dovrebbe essere ridotto al minimo, con gli animali solo di essere disturbati durante la pesatura, una voltagiorno. La movimentazione degli animali sperimentatore dovrebbe essere addestrato e confortevole con la gestione degli animali. Se possibile, una persona dovrebbe gestire gli animali tutto l'esperimento al fine di evitare ulteriore stress. Profumi e profumi dovrebbero essere evitati. Il tempo di pesatura e consegna cibo deve essere fatto per essere il più regolare possibile, per ridurre al minimo qualsiasi imprevedibilità. Come precauzione contro la perdita di dati, è preferibile alimentare il computer attraverso un alimentatore di backup in caso di interruzione di corrente; anche una breve interruzione di potere provoca il riavvio del computer e l'acquisizione dati cesserà. Inoltre, è importante controllare la durata della batteria dei trasmettitori ruota quotidiana. Se la batteria si scarica, il trasmettitore può sempre riuscire a inviare i dati al mozzo, sottovalutando così l'attività dell'animale.
Il protocollo del mouse qui descritto è stato modificato dal protocollo standard che è stato usato per i ratti 4. Adolescent topi femminasono molto più vulnerabili alla perdita di peso eccessivo e la morte a causa della fame. Pertanto, sono state effettuate le seguenti modifiche al fine di migliorare la sopravvivenza di almeno tre giorni di ABA. In primo luogo, il primo giorno di restrizione alimentare è stato ridotto rimuovendo cibo a mezzogiorno anziché a 8 pm del giorno precedente. Inoltre, il periodo di tempo di accesso al cibo è stata aumentata da 1 ora a 2 ore e la disponibilità di cibo umido è stato anche aggiunto per minimizzare gli effetti della disidratazione. Abbiamo scoperto che la somministrazione di cibo umido per i topi notevolmente migliorato la loro condizione attraverso tre giorni di restrizione alimentare. Senza il cibo umido, il peso corporeo cadeva molto più veloce e animali hanno dovuto essere rimossi dall'ambiente cibo ristretto. Questi cambiamenti erano sufficienti per permettere ai topi di sopravvivere attraverso tre giorni pieni di restrizione alimentare e prontamente recuperare da ABA.
Questo protocollo per ABA presenta alcune limitazioni importanti da considerare. Innanzitutto, è necessario alloggiare i topi singolarmentegabbie con una ruota in esecuzione al fine di monitorare l'attività volante di ogni mouse in modo indipendente. Questo si traduce in isolamento degli animali, un fattore di stress noto che possono influenzare il comportamento degli animali durante ABA nonché alcuni dei circuiti neurali che sono allo studio 26. Finora, non ci sono apparecchiature a disposizione che è in grado di monitorare l'attività individuale di topi co-ospitato, ma questo sembra essere un problema risolvibile utilizzando la tecnologia RFID e cartellini per la tracciabilità impastoiati per ogni animale. Un'altra conseguenza potenzialmente inevitabile di animali co-housing durante restrizione alimentare è il rischio che gli animali possono diventare aggressivi verso la loro gabbia compagni. Cambiare la gabbia degli animali dopo ogni sessione di alimentazione è un altro fattore di stress che abbiamo dovuto introdurre accaparramento cibo a causa di un animale sotto la biancheria da letto. Intendiamo ridurre lo stress di una nuova gabbia introducendo una notevole quantità di biancheria sporca dalla gabbia precedente nella gabbia fresca.
<p class="jove_content"> Altri gruppi che utilizzano il modello ABA hanno scelto diversi parametri per il loro programma di alimentazione. La scelta di tempo di alimentazione durante la fase buia del ciclo luce-buio non è standard. Abbiamo scelto di nutrire gli animali nel momento in cui le luci si spengono per consentire un tempo più naturale per gli animali da mangiare, dal momento che il mouse notturna è abitualmente più vigile e attivo durante questo periodo. Alcuni gruppi alimentano gli animali durante il periodo del giorno 13,27 luci accese. Questo può essere per motivi di convenienza dello sperimentatore, ed è importante notare che il periodo di tempo per l'assegno alimentare durante la fase di luce dovrebbe essere aumentata per migliorare la sopravvivenza. Ha anche suggerito che bloccando l'accesso alla ruota di corsa durante l'allattamento può migliorare la sopravvivenza, ma riteniamo che questo rimuove l'aspetto molto interessante di comportamento che è la decisione presa da alcuni animali per l'esecuzione piuttosto che mangiare, esacerbando ulteriormente la auto-fame aspetto del modello ABA, ma catturando un segno distintivo dellacomportamento umano associato con AN.È importante notare che questo protocollo è stato ottimizzato specificamente per femmina adolescente C57BL / 6 topi. Se un ceppo di topi, sesso o età diversa deve essere utilizzato, alcuni parametri del protocollo possono richiedere la modifica. È stato anche dimostrato che RT colpisce la gravità di ABA nei roditori 28. Anche se non abbiamo tentato di variare la temperatura ambiente per i nostri studi, aumentando la RT è in grado di migliorare il tasso di sopravvivenza tra gli animali ABA.
Il vantaggio di utilizzare un modello animale di una malattia umana, come AN, è che è possibile studiare l'anatomia e la fisiologia del cervello e dei cambiamenti indotti da accesso a esercizio volontario e restrizione alimentare in un ambiente controllato. L'uso di topi nel modello ABA permette l'uso di approcci genetici potenti utilizzando animali transgenici e infezione virale per la manipolazione genetica. Futuri studi sono volti a studiare gli effetti di particolari geni nel resilienzao la vulnerabilità al cibo restrizione indotta iperattività e auto-fame.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dal Programma di Grant Klarman Fondazione Eating Disorders Research to CA; Nazionale Institutes for Health sovvenzioni R21MH091445-01 a CA, R21MH105846 a CA, R01NS066019-01A1 a CA, R01NS047557-07A1 a CA, NEI Nucleo di Grant EY13079 a CA, R25GM097634-01 a CA, UL1 TR000038 dal Centro Nazionale per la promozione della Translational Science to TGC, Research Challenge Fund di New York University a CA; e The Fulbright Sovvenzioni per YW C.
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 |
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