Summary

Modelli animali di depressione - Modello di disperazione cronica (CDM)

Published: September 23, 2021
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Summary

Il modello murino di disperazione cronica (CDM) della depressione consiste in sessioni di nuoto forzate ripetitive e un’altra fase di nuoto ritardata come lettura. Rappresenta un modello idoneo per l’induzione di uno stato depressivo cronico stabile per almeno 4 settimane, modificabile per valutare interventi di trattamento subcronico e acuto.

Abstract

Il disturbo depressivo maggiore è una delle forme più diffuse di malattie mentali e causa enormi sofferenze individuali e oneri socioeconomici. Nonostante la sua importanza, l’attuale trattamento farmacologico è limitato e sono urgentemente necessarie nuove opzioni di trattamento. Un fattore chiave nella ricerca di potenziali nuovi farmaci è la valutazione della loro potenza antidepressiva in modelli animali appropriati. Il classico test di nuoto forzato di Porsolt è stato utilizzato a questo scopo per decenni per indurre e valutare uno stato depressivo. Consiste in due brevi periodi di nuoto forzato: il primo per indurre uno stato di depressione e il secondo il giorno successivo per valutare l’effetto antidepressivo dell’agente somministrato tra le due sessioni di nuoto. Questo modello potrebbe essere adatto come strumento di screening per potenziali agenti antidepressivi, ma ignora l’insorgenza ritardata dell’azione di molti antidepressivi. Il CDM è stato recentemente istituito e rappresentava una modifica del test classico con notevoli differenze. I topi sono costretti a nuotare per 5 giorni consecutivi, seguendo l’idea che negli esseri umani la depressione è indotta da stress cronico piuttosto che acuto. In un periodo di riposo di diversi giorni (1-3 settimane), gli animali sviluppano una disperazione comportamentale sostenuta. Il metodo di lettura standard è la misurazione del tempo di immobilità in un’ulteriore sessione di nuoto ritardata, ma vengono proposti diversi metodi alternativi per ottenere una visione più ampia dello stato d’animo dell’animale. È possibile utilizzare più strumenti di analisi per i cambiamenti comportamentali, molecolari ed elettrofisiologici. Il fenotipo depresso è stabile per almeno 4 settimane, fornendo una finestra temporale per strategie di trattamento antidepressivo rapide ma anche subcroniche. Inoltre, le alterazioni nello sviluppo di uno stato depressivo possono essere affrontate utilizzando questo approccio. Il CDM, quindi, rappresenta uno strumento utile per comprendere meglio la depressione e per sviluppare nuovi interventi terapeutici.

Introduction

I disturbi affettivi, come il disturbo depressivo maggiore, sono tra le malattie mentali più frequenti e impegnative e sono associati a un’elevata sofferenza individuale1, ad un aumento del rischio di suicidio2 e causano un notevole onere socioeconomico3 per la società. Nonostante il suo impatto, le opzioni di trattamento sono limitate e vi è un urgente bisogno di sviluppare nuovi interventi antidepressivi, soprattutto a causa della crisi di innovazione in psicofarmacologia negli ultimi decenni. Per comprendere la fisiopatologia della depressione e testare potenziali nuovi agenti, sono urgentemente necessari modelli animali razionali e validi4. Per quasi mezzo secolo, il classico test di nuoto forzato (FST), originariamente descritto da Porsolt5, è stato utilizzato come induzione e lettura per lo screening di potenziali nuovi antidepressivi. Consiste in un periodo di nuoto forzato per 5-15 minuti il giorno 1, successiva applicazione di farmaci una tantum e valutazione della porzione che i topi trascorrono immobili in acqua in un altro periodo di nuoto il giorno successivo. Il tempo di immobilità è stato considerato come un comportamento di fuga naturale mancante e si pensava che fosse correlato al grado di uno stato simile alla depressione nei topi5.

Il FST classico è stato pesantemente criticato, non solo nella comunità scientifica6,7,8 ma anche nei media pubblici8. La maggior parte delle controversie intorno al FST sono dovute ai brevi periodi di induzione e trattamento di solo 1 giorno nel paradigma classico. È stato sostenuto che la FST rappresenta piuttosto un modello di trauma acuto che uno stato paragonabile alla depressione umana. Inoltre, il test porsolt potrebbe essere adatto come strumento di screening per potenziali agenti antidepressivi, ma ignora l’insorgenza ritardata dell’azione di molti antidepressivi.

Il modello di disperazione cronica (CDM)9,10,11,12,13,14,15, derivato dall’FST originale, rappresenta un modello animale più appropriato per la depressione. Nel CDM, lo stress da nuoto ripetuto per 5 giorni consecutivi evita effetti traumatici acuti. Non riuscendo a sfuggire a una situazione stressante ripetuta e continua, si pensa che i topi sviluppino uno stato di impotenza, resa e, infine, disperazione. Questo paradigma è più paragonabile alle attuali teorie psicologiche per lo sviluppo della depressione negli esseri umani rispetto a un singolo trauma acuto, che viene comunemente sperimentato all’inizio di un disturbo da stress post-traumatico. Lo stato depressivo risultante nella CDM è stabile fino a 4 settimane9 e quindi apre la possibilità di periodi di trattamento più lunghi, che sono meglio paragonabili alle condizioni cliniche, in cui gli antidepressivi di solito hanno bisogno di 2-4 settimane per mostrare un beneficio16.

La valutazione dello stato depressivo dovrebbe quindi essere multidimensionale. La misurazione del tempo di immobilità, come nel classico FST, è utile, ma non deve essere utilizzata come unico parametro di risultato. Vari metodi, che sono descritti di seguito, dovrebbero essere in grado di mappare diverse dimensioni di uno stato depressivo in linea con i sintomi che di solito si trovano negli esseri umani depressi. Adeguate valutazioni di lettura potrebbero includere il comportamento di fuga (tempo di immobilità9,10,17), il test di sospensione della coda (TST)9, l’anedonia (test di preferenza classico del saccarosio (SPT)18), il comportamento orientato alla motivazione (test di preferenza del saccarosio naso-poke (NPSPT)10), il comportamento di aspettativa/esplorazione (risposta al segnale ambiguo19; Test del labirinto a Y9), elettrofisiologia (misure di plasticità a lungo termine (potenziamento a lungo termine, LTP; depressione a lungo termine, LTD)20), valutazioni molecolari (modelli di attivazione di geni precoci immediati (IEG); ulteriori modelli di stress21).

Teoricamente, un test di nuoto ripetuto può essere utilizzato per indurre uno stato depresso senza alcuna valutazione del tempo di immobilità. Tuttavia, si raccomanda vivamente di fornire almeno una serie sperimentale proof-of-concept con tempi di immobilità. Inoltre, cdm rappresenta un modello adatto per valutare lo sviluppo di uno stato depressivo misurando il tempo di immobilità durante la fase di induzione. Specifici ceppi di topi o topi trattati prima del nuoto possono essere valutati in relazione alla resilienza o alla vulnerabilità allo stress e all’induzione della disperazione comportamentale.

Protocol

Tutti gli esperimenti sono stati condotti in accordo con le linee guida europee (UE 2010/63) e in conformità con la legge tedesca sulla protezione degli animali (TierSchG), FELASA (www.felasa.eu/guidelines.php), l’ente nazionale per il benessere degli animali GV-SOLAS (www.gv-solas.de/index.html) guida per la cura e l’uso di animali da laboratorio, e sono stati approvati dal comitato per il benessere degli animali dell’Università di Friburgo e dal Comite d’Ethique en Matiere d’Experimentation Animale de Strasbourg (CRE…

Representative Results

Nella prima sessione di nuoto della fase di induzione della CDM, i topi di solito mostrano un tempo medio di immobilità tra 190 s e 230 s, che aumenta costantemente con ogni sessione di nuoto aggiuntiva (Figura 1A). Questo aumento è più pronunciato nei primi 3 giorni e raggiunge una fase simile a un plateau negli ultimi 2-3 giorni. Il tempo di immobilità misurato il giorno 5 rimane stabile fino a 4 settimane, indicando una disperazione comportamentale sta…

Discussion

Il modello CDM rappresenta un modello rilevante e consolidato per testare la potenza antidepressiva di nuovi interventi e apre una finestra temporale estesa per esperimenti molecolari o elettrofisiologici per chiarire la fisiopatologia della depressione. Soprattutto se combinato con altri test per valutare uno stato simile alla depressione, il CDM ha un’elevata validità facciale e concettuale. Combina lo stress subcronico e l’impotenza acquisita per l’induzione e produce uno stato depressivo di lunga durata. È insensib…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Questo lavoro è stato finanziato da fondi interni della Clinica Universitaria di Friburgo, dal Dipartimento di Psichiatria e Psicoterapia e dal Programma Berta-Ottenstein per scienziati clinici (a SV). TS è finanziato dalle sovvenzioni della Medical Research Foundation (FRM) (AJE201912009450) e dell’Istituto di Studi Avanzati dell’Università di Strasburgo (USIAS) (2020-035), nonché dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Francia.

Materials

Beaker, 2000 mL Kimble Kimax 14000-2000 any vessel >2000ml and diameter of 24-26 cm possible
Digital Thermometer Hanna Instruments 846-4708 any digital thermometer possible
Digitalwaage 200 g Dipse DIPSE tp200 any digital scale possible
Lenovo ThinkCentre V50a-24IMB AiO 11FJ00DVGE – 60,5 cm Lenovo A 908278 any standard Personalcomputer possible
Logitech PTZ Pro Logitech 1000005246 any high resolution camera possible
Stopwatch ROTILABO Carl Roth L423.1 any stopwatch possible
Timer ROTILABO Carl Roth A802.1 any timer possible

References

  1. James, S. L., et al. Global, regional, and national incidence, prevalence, and years lived with disability for 354 diseases and injuries for 195 countries and territories, 1990-2017: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017. The Lancet. 392 (10159), 1789-1858 (2018).
  2. Aleman, A., Denys, D. Mental health: A road map for suicide research and prevention. Nature. 509 (7501), 421-423 (2014).
  3. Greenberg, P. E., Fournier, A. -. A., Sisitsky, T., Pike, C. T., Kessler, R. C. The economic burden of adults with major depressive disorder in the United States (2005 and 2010). The Journal of Clinical Psychiatry. 76 (2), 155-162 (2015).
  4. Nestler, E. J., Hyman, S. E. Animal Models of Neuropsychiatric Disorders. Nature Neuroscience. 13 (10), 1161-1169 (2010).
  5. Porsolt, R. D., Le Pichon, M., Jalfre, M. Depression: a new animal model sensitive to antidepressant treatments. Nature. 266 (5604), 730-732 (1977).
  6. Can, A., et al. The mouse forced swim test. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (59), e3638 (2012).
  7. Chatterjee, M., Jaiswal, M., Palit, G. Comparative evaluation of forced swim test and tail suspension test as models of negative symptom of schizophrenia in rodents. ISRN Psychiatry. 2012, 595141 (2012).
  8. Reardon, S. Depression researchers rethink popular mouse swim tests. Nature. 571 (7766), 456-457 (2019).
  9. Serchov, T., et al. Increased signaling via adenosine A1 receptors, sleep deprivation, imipramine, and ketamine inhibit depressive-like behavior via induction of Homer1a. Neuron. 87 (3), 549-562 (2015).
  10. Holz, A., et al. Enhanced mGlu5 signaling in excitatory neurons promotes rapid antidepressant effects via AMPA receptor activation. Neuron. 104 (2), 338-352 (2019).
  11. Sun, P., et al. Increase in cortical pyramidal cell excitability accompanies depression-like behavior in mice: A transcranial magnetic stimulation study. Journal of Neuroscience. 31 (45), 16464-16472 (2011).
  12. Hellwig, S., et al. Altered microglia morphology and higher resilience to stress-induced depression-like behavior in CX3CR1-deficient mice. Brain, Behavior, and Immunity. 55, 126-137 (2016).
  13. Serchov, T., Heumann, R., van Calker, D., Biber, K. Signaling pathways regulating Homer1a expression: implications for antidepressant therapy. Biological Chemistry. 397 (3), 207-214 (2016).
  14. van Calker, D., Serchov, T., Normann, C., Biber, K. Recent insights into antidepressant therapy: Distinct pathways and potential common mechanisms in the treatment of depressive syndromes. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 88, 63-72 (2018).
  15. Serchov, T., et al. Enhanced adenosine A1 receptor and Homer1a expression in hippocampus modulates the resilience to stress-induced depression-like behavior. Neuropharmacology. 162, 107834 (2020).
  16. Quitkin, F. M., Rabkin, J. G., Ross, D., Stewart, J. W. Identification of true drug response to antidepressants. Use of pattern analysis. Archives of General Psychiatry. 41 (8), 782-786 (1984).
  17. Normann, C., et al. Antidepressants rescue stress-induced disruption of synaptic plasticity via serotonin transporter-independent inhibition of L-type calcium channels. Biological Psychiatry. 84 (1), 55-64 (2018).
  18. Zanos, P., et al. NMDAR inhibition-independent antidepressant actions of ketamine metabolites. Nature. 533 (7604), 481-486 (2016).
  19. Alboni, S., et al. Fluoxetine effects on molecular, cellular, and behavioral endophenotypes of depression are driven by the living environment. Molecular Psychiatry. 22 (4), 552-561 (2017).
  20. Niehusmann, P., et al. Coincidence detection and stress modulation of spike time-dependent long-term depression in the hippocampus. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 30 (18), 6225-6235 (2010).
  21. Schreiber, S. S., Tocco, G., Shors, T. J., Thompson, R. F. Activation of immediate early genes after acute stress. Neuroreport. 2 (1), 17-20 (1991).
  22. . National centre for the replacement refinement and reduction of animals in research Available from: https://www.nc3rs.org.uk (2021)
  23. Loss, C. M., et al. Influence of environmental enrichment vs. time-of-day on behavioral repertoire of male albino Swiss mice. Neurobiology of Learning and Memory. 125, 63-72 (2015).
  24. Walker, W. H., Walton, J. C., DeVries, A. C., Nelson, R. J. Circadian rhythm disruption and mental health. Translational Psychiatry. 10 (1), 1-13 (2020).
  25. Merrow, M., Spoelstra, K., Roenneberg, T. The circadian cycle: daily rhythms from behaviour to genes. EMBO Reports. 6 (10), 930-935 (2005).
  26. Holderbach, R., Clark, K., Moreau, J. -. L., Bischofberger, J., Normann, C. Enhanced long-term synaptic depression in an animal model of depression. Biological Psychiatry. 62 (1), 92-100 (2007).
  27. Nissen, C., et al. Learning as a model for neural plasticity in major depression. Biological Psychiatry. 68 (6), 544-552 (2010).
  28. Kuhn, M., et al. State-dependent partial occlusion of cortical LTP-like plasticity in major depression. Neuropsychopharmacology. 41 (6), 1521-1529 (2016).
  29. Schwabe, L. Stress and the engagement of multiple memory systems: integration of animal and human studies. Hippocampus. 23 (11), 1035-1043 (2013).
  30. Ballan, R., Gabay, Y. Does acute stress impact declarative and procedural learning. Frontiers in Psychology. 11, 342 (2020).

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Cite This Article
Vestring, S., Serchov, T., Normann, C. Animal Models of Depression – Chronic Despair Model (CDM). J. Vis. Exp. (175), e62579, doi:10.3791/62579 (2021).

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