社会的孤立モデル:ストレスと不安の非侵襲的げっ歯類モデル
Summary
ここで紹介するのは、野生型C56BL / 6Jマウスを利用して、最小限の取り扱いと侵襲的な手順なしでストレスや不安のような行動を誘発する社会的孤立(SI)誘発不安マウスモデルです。このモデルは、社会的孤立の現代の生活パターンを反映しており、不安や関連する障害を研究するのに理想的です。
Abstract
不安障害は、米国(US)の障害の主な原因の1つです。現在の治療法は必ずしも効果的ではなく、患者の50%未満が完全寛解を達成しています。新しい抗不安薬を開発する上で重要なステップは、マウスなどの動物モデルを開発および利用して、病理学的変化を研究し、薬物標的、有効性、および安全性をテストすることです。現在のアプローチには、遺伝子操作、不安誘発分子の慢性投与、または環境ストレスの管理が含まれます。しかし、これらの方法は、日常生活を通じて誘発された不安を現実的に反映していない可能性があります。このプロトコルは、現代生活における社会的孤立の意図的または意図的でないパターンを模倣する新しい不安モデルを記述します。社会的孤立誘発性不安モデルは、知覚される注意散漫と侵襲性を最小限に抑え、野生型C57BL / 6マウスを利用します。このプロトコルでは、6〜8週齢のマウス(オスとメス)を不透明なケージに単独で収容し、隣接するマウスなどの外部環境を4週間視覚的に遮断します。環境濃縮物(おもちゃなど)は提供されず、寝具材料は50%削減され、薬物の治療は寒天形態として投与され、マウスの曝露/取り扱いは最小限に抑えられます。このプロトコルを使用して生成された社会的に孤立したマウスは、より大きな不安様行動、攻撃性、および認知機能の低下を示します。
Introduction
不安障害は、米国(US)で最大の精神疾患のクラスと負担を表しており、関連する年間コストは420億米ドルを超えています1,2,3。近年、不安とストレスにより、自殺と自殺念慮の有病率が16%以上上昇しています4。慢性疾患の患者は、精神的苦痛または認知機能の低下の意図しない二次的影響に対して特に脆弱です5。不安神経症の現在の治療法には、心理療法、薬物療法、または両方の6つの組み合わせが含まれます。しかし、この危機にもかかわらず、患者の50%未満が完全寛解を達成します6,7。ベンゾジアゼピン(BZ)や選択的セロトニン再取り込み阻害薬(SSRI)などの抗不安薬には重大な欠点があるか、即時の効果がほとんどまたはまったくありません8。さらに、開発中の新規抗不安薬は比較的不足しており、医薬品開発の費用と時間のかかるプロセスによって課題があります9,10。
医薬品開発プロセスにおける重要なステップは、病理学的変化を研究し、薬物の安全性と有効性をテストするためのマウスなどの動物モデルの確立と利用です11。不安動物モデルを確立するための現在のアプローチには、1)セロトニン受容体(5-HT1A)またはγ-アミノ酪酸A受容体(GABAAR)αサブユニット12をノックアウトするなどの遺伝子操作が含まれます。2)コルチコステロンやリポ多糖(LPS)などの不安誘発剤を慢性投与する13,14;または3)社会的敗北や母親の分離を含む環境ストレスの管理15。しかし、これらの方法は、日常生活を通じて誘発される不安を現実的に反映していない可能性があるため、根本的なメカニズムの調査や新薬のテストには適していない可能性があります。
人間のように、マウスとラットは非常に社会的な生き物です16,17,18。社会的接触と社会的相互作用は、最適な脳の健康に不可欠であり、飼育期間中の適切な神経発達にとって重要です19。したがって、飼育期間中の母体分離または社会的孤立は、より多くの不安、抑うつ、および神経伝達の変化を示すマウスをもたらす20。さらに、社会的グルーミングまたはアログルーミングは、同居するマウスおよびラットの間で結合または慰め行動の一般的な形態である21。したがって、社会化はげっ歯類の生活の不可欠な部分であり、孤立は彼らの健康に悪影響を及ぼします。
これに関連して、本プロトコルは、現代生活における社会的孤立の意図的または非意図的なパターンを模倣するための新しい不安モデルを記述する。この社会的隔離(SI)モデルは、知覚される注意散漫と侵襲性を最小限に抑え、成体の野生型C57BL / 6マウスとSprague-Dawley(SD)ラットを利用します。 ここで提示されたプロトコルは、社会的孤立の結果として不安様行動、攻撃性、認知機能の低下、および神経炎症の増加を示した、公開された証拠に基づく不安マウスモデルに焦点を当てています22,23,24。不安様行動は高架プラス迷路(EPM)およびオープンフィールド(OF)テストによって確認され、認知機能は新規物体認識(NOR)および新規コンテキスト認識(NCR)テストによって測定されます。このモデルは、不安および関連する障害の調査に役立ちますが、軽度認知障害の自然な進行と発達、およびストレスによる代謝変化を研究するために適応または変更することもできます。
Protocol
Representative Results
Discussion
プロトコルの重要なステップには、社会的隔離ケージの適切なセットアップ(すなわち、不透明なバッグの包装と寝具の量の削減)、隔離期間中のマウスの取り扱いと妨害の最小化、 およびマウスが薬物を含む寒天を完全に入手して消費することを確認することが含まれます。ビバリウムまたはハウジングの状態を一定の温度と湿度に維持し、外部干渉を最小限に抑えることが重要です?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、国立衛生研究所の助成金AA17991(J.L.)、ケアフリーバイオテクノロジー財団(J.L.)、南カリフォルニア大学(USC)、USC大学院旅行/研究賞(S.W.)によって資金提供されました。サウジアラビア文化ミッション奨学金(AAOへ)、および陸軍医療専門職奨学金プログラム(ASSへ)。
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).
