Ograniczone ściółkowanie i gniazdowanie jako model przeciwności losu we wczesnym okresie życia u myszy
12 lipca 2024
Ten protokół opisuje model zwierzęcy do badania, jak przeciwności losu we wczesnym okresie życia, sprowokowane przez zubożałe środowisko i nieprzewidywalną opiekę matki we wczesnym okresie poporodowym, wpływają na rozwój mózgu i przyszłe ryzyko zaburzeń psychicznych.
W naszym laboratorium staramy się zrozumieć, w jaki sposób przeciwności losu we wczesnym okresie życia wpływają na rozwój mózgu i późniejsze ryzyko zaburzeń psychicznych, takich jak depresja i uzależnienie. Jesteśmy szczególnie zainteresowani tym, w jaki sposób mikroglej oddziałujący z wrażliwymi na stres neuronami w wielu obszarach mózgu może być mechanizmem, za pomocą którego następuje przeprogramowanie obwodu. Wcześniej odkryliśmy, że ten model ELA wywołuje nieprawidłowe reakcje stresowe w wieku dorosłym.
Było to spowodowane dysfunkcyjnym przycinaniem synaps pobudzających mikrogleju na neurony eksprymujące hormon uwalniający kortykotropinę w jądrze przykomorowym podwzgórza, a tym samym hiperaktywację tego obszaru mózgu reagującego na stres. Chociaż wiemy, że niekorzystne doświadczenia we wczesnym okresie życia zwiększają ryzyko rozwoju wszelkiego rodzaju problemów zdrowotnych u ludzi, model ograniczonego ściółkowania i gniazdowania pozwala nam udowodnić mechanizmy, w jaki sposób zachodzą one u gryzoni laboratoryjnych. I nigdy wcześniej nie opublikowano protokołu wideo tego modelu.
Model ograniczonego ściółkowania i gniazdowania jest bardzo istotny z punktu widzenia ekologii i translacji, ponieważ środowisko o niskich zasobach powoduje nieprzewidywalną opiekę matczyną, zjawisko, które można również badać u ludzi. Wymaga również minimalnej interwencji eksperymentalnej i został z powodzeniem wdrożony przez wiele laboratoriów na całym świecie. Na początek weź siatkową przegrodę przyciętą zgodnie z wymiarami klatki dla myszy, pozostawiając nadmiar trzech centymetrów na dłuższych bokach.
Złóż krawędzie, aby stworzyć platformę, która idealnie pasuje do krawędzi klatki na wysokości 2,5 centymetra nad podłogą. Po skonfigurowaniu kamer sprawdź interfejs oprogramowania menedżera wideo pod kątem ciągłego nagrywania. Następnie sparuj od jednej do czterech samic z pojedynczym samcem myszy hodowlanej.
Po 17 dniach ciąży lub po widocznej ciąży należy umieścić samice w ich własnych standardowych klatkach z pleksiglasu. Umieść bawełniane gniazdo w klatce, aby umożliwić samicom zbudowanie gniazda. Po kilku dniach, gdy samice urodzą, zapisz datę urodzenia.
W drugiej dobie po urodzeniu przenieś szczenięta do nowej, czystej klatki. Podziel samce i samice na grupy i policz. Zapisz liczbę samców i samic w każdym miocie.
Aby ustawić warunek kontrolny, napełnij klatkę na buty myszy o standardowym rozmiarze około 220 gramami ściółki z kolb kukurydzy. Dodaj jedno standardowe kwadratowe gniazdo bawełniane. Aby pomóc myszom zaaklimatyzować się w tym nieznanym środowisku, umieść po jednym z ich kałów ze starej klatki w każdym rogu nowej klatki.
Przenieś niewielką ilość zużytego bawełnianego gniazda z poprzedniej klatki na nowe gniazdo. Aby ustawić LBN, czyli ograniczone warunki ściółki i gniazdowania, zważ 110 gramów ściółki z kolb kukurydzy. Następnie napełnij standardową klatkę pudełka po butach kolbą kukurydzy i umieść w niej przygotowaną przegrodę siatkową.
Na koniec dodaj połowę bawełnianego kwadratu gniazdowego i powtórz te same kroki aklimatyzacji, co w klatce kontrolnej. Teraz dodaj szczenięta do odpowiednich klatek, umieszczając je na gnieździe. Umieść matkę w klatce przodem do młodych.
Umieść kamerę na statywie przed klatką, aby zapewnić wyraźny widok z boku na matkę i jej młode. W 10. dniu po urodzeniu należy najpierw przenieść matkę do standardowych warunków trzymania w sadzach. Następnie zważ szczenięta, gdy są przenoszone pojedynczo do standardowej klatki.
Młode, które były hodowane w warunkach LBN, były znacznie mniejsze w 10. dniu po urodzeniu niż młode kontrolne.
Przegląd
Niniejsze badanie analizuje, w jaki sposób niekorzystne doświadczenia we wczesnym dzieciństwie, wywołane przez zubożone środowisko oraz nieprzewidywalną opiekę matczyną, wpływają na rozwój mózgu i ryzyko wystąpienia zaburzeń psychicznych w późniejszym życiu. Wykorzystując model ograniczonej ilości ściółki i materiałów do gniazdowania u gryzoni laboratoryjnych, badanie ma na celu wyjaśnienie mechanizmów, w szczególności roli mikrogleju i neuronów wrażliwych na stres, uczestniczących w tych procesach.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Biologia rozwoju
- Nauki o zachowaniu
Wstęp
- Wczesnodziecięce niekorzystne doświadczenia mogą zwiększać ryzyko wystąpienia problemów ze zdrowiem psychicznym, w tym depresji i uzależnień.
- Model ograniczonej ściółki i materiałów do budowania gniazda (LBN) odzwierciedla istotność ekologiczną i translacyjną.
- Model ten naśladuje środowiska o ograniczonych zasobach, związane z nieprzewidywalną opieką matczyną.
- Wcześniej nie opublikowano żadnego protokołu wideo dla tego modelu.
Cel badania
- Wyjaśnienie mechanizmów biologicznych łączących niekorzystne doświadczenia z wczesnego dzieciństwa z późniejszymi zaburzeniami psychicznymi.
- Zbadanie roli mikrogleju w odpowiedziach stresowych oraz w przebudowie obwodów neuronalnych.
- Walidacja modelu laboratoryjnego, który koreluje z ludzkimi doświadczeniami wczesnej traumy.
Zastosowane Metody
- Model ograniczonej ściółki i materiałów do budowy gniazda (LBN) został ustanowiony u gryzoni laboratoryjnych.
- Skupiono się na mikrogleju i neuronach, oceniając wpływ stresu na pruning synaptyczny.
- Kluczowe etapy obejmowały przeniesienie młodych do czystych klatek oraz pomiar masy ciała w 10. dniu po urodzeniu.
- Szczegóły obejmowały przygotowanie warunków kontrolnych i LBN z określonymi ilościami ściółki oraz materiałów do budowy gniazda.
Główne wyniki
- Szczenięta hodowane w warunkach LBN były znacząco mniejsze w 10. dniu po urodzeniu niż grupa kontrolna.
- Dysfunkcyjne przycinanie synaptyczne przez mikroglej doprowadziło do nieprawidłowych reakcji stresowych w wieku dorosłym.
- Model ten wykazał, w jaki sposób wczesne niekorzystne doświadczenia mogą prowadzić do nadaktywacji obszaru mózgu odpowiedzialnego za reakcję stresową.
Wnioski
- Niniejsze badanie wykazuje istotny wpływ warunków z wczesnego etapu życia na późniejsze zdrowie psychiczne.
- Model LBN okazuje się przydatny w rozumieniu neuronalnych mechanizmów niekorzystnych doświadczeń.
- Wyniki mogą stanowić podstawę dla przyszłych badań nad zaburzeniami psychicznymi związanymi ze stresem we wczesnym dzieciństwie.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Model ograniczonej ściółki i gniazdowania (LBN) stanowi solidny, istotny translacyjnie system do badania biologicznego wpływu niekorzystnych doświadczeń z wczesnego etapu życia na rozwój neurologiczny oraz długoterminową reaktywność na stres. Poprzez modelowanie nieprzewidywalnej opieki macierzyńskiej i niedoboru zasobów, podejście to umożliwia mechanistyczną redukcję ryzyka w odniesieniu do celów terapeutycznych w szlakach stresu oraz zwiększa pewność prognostyczną w modelowaniu chorób neuropsychiatrycznych. Jego zastosowanie usprawnia proces podejmowania decyzji w portfelu badań na styku walidacji celów i wyboru modeli przedklinicznych w odkrywaniu leków oddziałujących na ośrodkowy układ nerwowy (CNS).
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia badanie mechanizmów szlaków stresu oraz interakcji mikroglej-neurony istotnych w kontekście ryzyka neuropsychiatrycznego.
- Wspiera funkcjonalną walidację celów terapeutycznych poprzez powiązanie stresu we wczesnym dzieciństwie ze zmianami na poziomie obwodów neuronalnych i fenotypami behawioralnymi.
- Ułatwia przewidywanie skuteczności w wyborze i priorytetyzacji celów w OUN w oparciu o dowody mechanistyczne.
Przesiewy i rozwój testów
- Zapewnia zwalidowany system in vivo do ilościowego określania fenotypów indukowanych stresem oraz wyników rozwoju neurologicznego.
- Umożliwia powtarzalny pomiar wyników ilościowych, takich jak masa ciała młodych szczurów i podstawowe poziomy kortykosteronu.
- Pozwala na standaryzację testów behawioralnych i fizjologicznych w celu późniejszej oceny związków.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Jest zgodne z modelami niekorzystnych doświadczeń z wczesnego dzieciństwa istotnymi dla danej choroby, co umożliwia poszukiwanie biomarkerów translacyjnych.
- Zapewnia ciągłość od odkrycia mechanizmów po przedkliniczną walidację interwencji modulujących stres.
- Minimalizuje ryzyko decyzji o dalszym rozwoju poprzez dostarczanie danych prognostycznych dotyczących długoterminowych wyników behawioralnych i fizjologicznych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Model LBN integruje się z kontinuum odkryć – od wczesnych badań mechanistycznych po walidację przedkliniczną – wspierając zarówno redukcję ryzyka związanego z celami terapeutycznymi, jak i spójność translacyjną w portfelach badań nad OUN.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia testowanie hipotez dotyczących wpływu wczesnodziecięcych traum na obwody stresu i funkcje mikrogleju.
- Przesiewanie: Zapewnia powtarzalne, ilościowe punkty końcowe do oceny skuteczności interwencji w fenotypach związanych ze stresem.
- Analityka: Dostarcza mierzalne wyniki, takie jak masa ciała młodych oraz poziom kortykosteronu, w celu przeprowadzenia rzetelnego porównania statystycznego.
- Badania translacyjne: Łączy wyniki przedkliniczne z modelami traumy i podatności na stres istotnymi dla ludzi.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje ustandaryzowany, skalowalny model do wielokrotnego zastosowania w programach badawczych nad ośrodkowym układem nerwowym.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celów neuropsychiatrycznych.
- Wartość operacyjna: Sprzyja standaryzacji, powtarzalności i skalowalności w systemach modelowych związanych ze stresem.
- Wartość strategiczna: Wspiera podejmowanie decyzji go/no-go i zwiększa efektywność kapitałową poprzez redukcję ryzyka wczesnych celów CNS.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój aktywów CNS o znaczeniu translacyjnym.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w zakresie neuronauki behawioralnej gryzoni oraz fizjologii stresu.
- Wymagany jest dostęp do specjalistycznych klatek, monitoringu wideo oraz infrastruktury analitycznej do testów behawioralnych i hormonalnych.
- Wymagana jest rygorystyczna standaryzacja zmiennych środowiskowych i proceduralnych pomiędzy zespołami.
- Adaptacja protokołu do różnych szczepów myszy i paradygmatów doświadczalnych może wymagać optymalizacji.
- Ograniczenia obejmują częściowe odwzorowanie ludzkich doświadczeń niekorzystnych oraz potencjalną zmienność w zachowaniach macierzyńskich.
