Evaluación de Anorexia basada en actividad en ratones

Resumen

Ratones alojados individualmente con una rueda de funcionamiento mientras que dado el acceso limitado a alimentos desarrollan reducciones en consumo de alimentos y aumentan la actividad en la corriente de la rueda. Este fenómeno experimental se llama anorexia basada en actividad. Este paradigma proporciona una herramienta experimental para el estudio de la neurobiología y comportamientos subyacen aspectos de la anorexia nerviosa.

Resumen

Roedores desarrollan anorexia basada en actividad (ABA) cuando se expone a un programa de alimentación restringido y permitido el libre acceso a una corriente de la rueda. Estas condiciones conducen a una reducción peligrosa de peso corporal. Sin embargo, roedores expuestos a sólo uno de estas condiciones, en definitiva, adaptan para restablecer el peso corporal normal. Aunque mayor corriendo junto con la reducción en la ingesta voluntaria de alimentos parecen paradójicas condiciones ABA, ABA comportamiento se observa en numerosas especies mamíferas.

El paradigma de ABA proporciona un modelo animal de anorexia nerviosa (AN), un trastorno alimentario con desregulación severa de apetito-comportamiento. Temas sueltos se encuentran con acceso gratuito a una corriente de la rueda. Cada día, el tema se ofrece alimento para una cantidad limitada de tiempo. Durante el curso del experimento, peso del cuerpo del sujeto disminuye de actividad alta y baja ingesta calórica. La duración del estudio varía dependiendo de cuánto alimento se ofrece diariamente, el tipo de alimento ofrecido, la cepa de ratón, si se prueban las drogas y factores ambientales.

La falta de tratamientos farmacológicos eficaces para un pacientes, su calidad de vida baja, alto costo del tratamiento y su alta tasa de mortalidad indican la urgencia de más investigación AN. Le ofrecemos un esquema básico para realizar experimentos de ABA con los ratones, que ofrece un método para investigar un comportamiento con el fin de desarrollar nuevas terapias. Este protocolo está optimizado para su uso en ratones Balb/cJ, pero fácilmente puede ser manipulado por otras cepas, proporcionando gran flexibilidad en el trabajo con diferentes preguntas, especialmente relacionadas con factores genéticos de la ABA.

Introducción

Desde 1953, los roedores se han divulgado para mostrar una hiperactividad paradójica sobre la ejecución de las ruedas cuando se les da acceso libre a las ruedas mientras que experimenta hypophagia voluntaria cuando la disponibilidad de alimento es restringido¹. Por el contrario, roedores no caiga rápidamente en el peso corporal cuando se ofrecen alimentos en un horario sin correr las ruedas o cuando se encuentra con el funcionamiento de las ruedas y ofrece alimento ad libitum^1,2,3. El modelo ABA confiablemente resultados en disminución dramática de peso corporal, hypophagia, hipotermia, pérdida del estro y la mayor estimulación del eje HPA⁴. En última instancia, ABA resulta en la muerte, a menos que el sujeto se retira del paradigma⁵. El paradigma de ABA ofrece a los investigadores un modelo animal de AN, un trastorno complejo que incluye la desregulación severa de apetito-comportamiento, que afecta a aproximadamente 1 de cada 100 mujeres y un menor porcentaje de varones⁶. Pacientes con AN con frecuencia exhiben hiperactividad, que consiste en cantidades extremas de ejercicio, o inquietud general^7,8. Con una tasa de mortalidad de aproximadamente el 10%, AN tiene la mayor tasa de mortalidad entre los trastornos psiquiátricos⁹. Tratamiento actual para una se limita a terapias cognitivas, ya que hay no hay tratamientos farmacológicos aprobados para quienes sufren un^10,11.

AN por lo general ha sido considerada como un trastorno que afecta principalmente a las hembras. Como un diagnóstico que es 10 veces más probable en las hembras que los machos, sujetos femeninos son tradicionalmente el foco en un¹². Sin embargo, debe tenerse especial consideración en la exclusión de los machos de los estudios. Mientras que la diagnosis de un restos más bajo en los varones, dismorfia muscular (DM) es una condición que tiene muchas semejanzas a una, en que se distorsiona la imagen corporal y la dieta es a menudo desordenada. Hay soporte para la noción que MD y AN pueden clasificarse en una manera similar^13,14,15. Esto puede sugerir que algunos casos de MD representan la "versión masculina" de AN. En el contexto de modelos animales, algunos informes han sugerido que los varones son más susceptibles que las hembras al paradigma de la ABA. Por ejemplo, un estudio reciente demostró una mayor tasa de mortalidad y disminución de la ingestión de alimentos en comparación con las hembras de ratones C57Bl/6¹⁶. Un predictor de la susceptibilidad a ABA es la actividad física espontánea (SPA). Ratas con SPA más alto o más bajo son más propensas a perder peso en el paradigma de la ABA, con ratas macho mostrando un efecto más fuerte que las hembras¹⁷. Por el contrario, se han observado roedores femeninos a ejercer más que los machos durante la fase de restricción de ABA¹⁸. Además, estudios con los ratones de Balb/cJ han demostrado el efecto contrario de ratones C57Bl/6, donde ratones femeninos tienen una mayor tasa de mortalidad y disminución de la ingestión de alimentos en comparación con los varones (figura 1)⁶. Con diferentes resultados entre los sexos en el paradigma de ABA y aumentar la conciencia de varones con trastornos comer patrones, deben analizarse temas masculinos y femeninos.

Aparte de las diferencias de sexo en el paradigma de la ABA, edad y la tensión deben considerarse al elegir a temas. Adolescentes ratones con mayor precisión pueden modelo AN, ya que AN normalmente surge en la adolescencia, como se observa con ratas y ratones^19,20,21,22. Las cepas que son más activas que otros en un nivel de referencia tienen un mayor porcentaje de susceptibilidad y severidad de ABA²³. Cepas que tienen niveles más altos de la ansiedad, como DBA/2, han aumentado la actividad, lo que indicaría una tasa de deserción más rápida en el paradigma de ABA²⁴de corriente de la rueda. Dependiendo del diseño experimental, la cepa de elección puede ser adaptada para maximizar la duración de la ABA.

La paradoja de ABA no es exclusiva de ratones. Otros mamíferos como ratas, hámsters, Jerbos, cerdos, ardillas y conejillos de indias han demostrado este fenómeno⁶. La conservación del fenómeno a través de especie mamífera ABA sugiere que el paradigma de ABA puede proporcionar una herramienta aplicada para investigar los mecanismos subyacentes de la anorexia-como comportamiento en seres humanos. Ratones en particular son muy adecuados para el estudio de los mecanismos subyacentes a ABA. Ratones se pueden encuentra densamente y tiempo de generación es relativamente corto. Ratones tienen un genoma completamente secuenciado, y numerosas cepas endogámicas, exogámica y especiales, tales como congenics, están disponibles. Han generado un gran número de líneas genéticamente manipulados, haciéndolos ideal para estudios de evaluación genética influye en trastornos como y dependiendo de la pregunta en cuestión, los investigadores pueden manipular expresión neural compleja del circuito o gene evaluar el comportamiento en el paradigma de la ABA, potencialmente respondiendo preguntas acerca de la influencia genética que no son posibles en el estudio de los seres humanos.

Un número limitado de modelos animales de AN existen en la actualidad. Modelos de estrés inducen hypophagia en roedores utilizando cola pellizcos, hypophagia inducida por la novedad, piscina fría y estimulación cerebral. Mediante la inducción de estrés, cambios en el eje HPA disminuyan el apetito, dando por resultado reducido cuerpo peso²⁵. Sin embargo, el eje HPA es estimulado también potentemente por ABA, que también incorpora funciones adicionales de AN como hiperactividad. Otro modelo a considerar en un estudio es el modelo de restricción alimentaria crónica. Al limitar la comida a un rango de 40 a 60% de ad libitum, uno puede imitar la respuesta fisiológica a desnutrición²⁶. Aunque este método es efectivo para estudiar los efectos de la inadecuada alimentación, no reproduce un tema central, del que es la restricción alimentaria voluntaria. En el paradigma de la ABA, los animales carecen de acceso a los alimentos por parte de la jornada, pero también voluntariamente reducen la ingesta de alimentos si una rueda está también presente. Modelos genéticos también se han utilizado para examinar la etiología de los investigadores y han encontrado factores neuroquímicos y genéticos implicados en AN, como el gen BDNF y los neurotransmisores dopamina y serotonina²⁷. El uso de modelos genéticos es crucial para entender los mecanismos neuronales detrás de una. Sin embargo, estudios de asociación amplia de genoma de un todavía no han dado golpes importantes, y no variantes raras en una se han identificado. Futuros estudios deben combinar un enfoque genético con el modelo ABA para aumentar la comprensión de los fenotipos relacionados con la AN.

Desarrollo de modelos animales de trastornos psiquiátricos todos es prácticamente imposible debido a la complejidad y heterogeneidad de los trastornos humanos. Sin embargo, por modelado de componentes bien definidos, específicos de un trastorno psiquiátrico, se pueden obtener perspectivas únicas en la neurobiología o la fisiopatología subyacente. Tales conocimientos biológicos pueden utilizarse para identificar nuevos tratamientos. El paradigma de ABA roedor por lo tanto proporciona una herramienta preclínica para el estudio de los mecanismos subyacentes a un comportamiento que éticamente no puede ser estudiado en humanos, tales como los efectos de la manipulación genética, las perturbaciones en los circuitos neuronales y la consecuencias de ciertos factores ambientales.

Protocolo

Todos los métodos aquí descritos han sido aprobados por el institucional cuidado Animal y el Comité uso (IACUC) de la Universidad de California, San Diego.

1. ratones

1. Elegir la cepa de ratón apropiado para el estudio.
2. Comprar ratones con una empresa o ampliar una línea para obtener números experimentales apropiados.
3. Grupo Casa compra ratones en las instalaciones de animales durante al menos 1 semana antes de comenzar el estudio para permitir un período de aclimatación suficiente.
4. Comenzar la fase de aclimatación previa experimental cuando los ratones son 8 semanas de edad.

2. vivienda

1. Elegir jaulas que son lo suficientemente grandes como para contener una rueda sin obstrucción de corriente, receptáculo de alimentos y una botella de agua.
2. Regular temperatura y humedad para complementar la hipótesis ensayada.
   Nota: Temperaturas más altas reducirá el desarrollo de ABA²⁸.

3. ejecución de ruedas

1. Elegir las ruedas con comunicación inalámbrica para evitar posibles distracciones y enredos dentro de la jaula, ver la Tabla de materiales por ejemplo.

4. botellas de agua

1. Seleccione una botella de agua que no compiten por espacio con la corriente de la rueda o receptáculo de comida en la jaula casera.
2. Si proporcionar el tratamiento en el agua potable, tape la botella para crear un ambiente sensible a la luz del conducto.

5. la comida

1. Seleccione un chow de bajo contenido de grasa adecuado para la hipótesis de ser probada (por ejemplo, roedor dieta 8604 de Envigo).
   Nota: Las dietas altas en grasa y azúcar pueden reducir el desarrollo de ABA²⁹.
2. Utilizar un frasco de vidrio pequeño para proporcionar chow, aproximadamente 65 cm de diámetro x 50 cm de altura.
   Nota: Un alimentador automático puede utilizarse en lugar de un frasco de vidrio, que puede reducir el estrés al limitar la interferencia del investigador. Esto puede ser más ventajoso si llevar a cabo estudios de ABA con manipulaciones de drogas.

6. fase de aclimatación pre-experimental

1. Configurar el área experimental por elegir una rejilla de la jaula cerca de los cubos de rueda y portátil. Esto limitará problemas con transmisión de datos.
2. Encienda el portátil y hubs inalámbricos.
3. Abra el software de gestión de la rueda en el portátil.
   1. Mira el software para que ambos ejes sean activos.
   2. Abra "herramientas" y seleccione "eliminar las ruedas". Repita este paso 5 veces.
   3. Cierre el software y vuelva a abrirlo.
4. Coloque 3 pilas AAA en el paquete de baterías de una base de la rueda.
   1. Conecte los cables del pack de batería para el hardware de la base de la rueda. Será desconectado antes de usar. Cerca de la batería en la base de la rueda.
5. Compruebe el software para la base de la rueda se enumera con el identificador "1" en el hub inalámbrico adecuado. Si la base no aparece como ID "1", desconecte la batería y empezar en el paso 6.2.
6. Cambiar el ID de la rueda de "1" en el ID de ratón en la columna nombre.
7. Se adhieren a la base de la corriente de la rueda a la parte inferior de la caja con cinta adhesiva para asegurar la estabilidad. No permita que cualquier cinta que sobresalga, como ratones se mastiquen cinta expuesta.
8. Elegir un disco de rueda de correr sin una pieza magnética corroído.
9. Coloque la rueda en la base y gire la rueda para verificar la separación de las paredes de la jaula y la reja.
10. Girar el disco un número específico de rotaciones para software de corriente de la rueda está correctamente contando rotaciones.
11. Evitar que pedazos de chow se pierden en el ropa de cama o consigue mojado por conducto de cinta adhesiva de la parte inferior de la jarra de comida al suelo de la jaula, lejos de la corriente de la rueda y la botella de agua.
    Nota: Chow húmedo aumenta la ingestión de alimentos en comparación con seco chow³⁰.
12. Colocar 5 chow en la jarra.
    Nota: El chow durante la fase pre-experimental está disponible ad libitum y no se necesita ser tarado. Exposición a la ejecución de las ruedas durante el período de aclimatación puede intensificar ABA^21,31.
13. Coloque una botella de agua completa en la jaula y proporcionar agua ad libitum.
14. Repita hasta que todos jaulas tienen una rueda corriente conectada inalámbricamente, comida y agua.
15. Coloque individualmente ratones en sus jaulas apropiadas.
16. En la rueda de gestión de software, vaya a "archivo" y haga clic en "iniciar adquisición."
17. Ver que se cuentan la actualización de software para asegurar la rotación de la rueda y el sistema está funcionando bien.
18. Aclimatar los ratones a las condiciones de vivienda experimental para 2 días total.
19. Evaluar ratones durante esta fase para que sean lo suficientemente sanos como para manejar el experimento de ABA.
20. Ver jaulas para cualquier inundación de botellas de agua cada día. Si botellas han inundado, reemplazar la vieja jaula con una jaula nueva y repita los pasos necesarios para adherir las ruedas y comida en la jaula sin interferencia.
21. En día 2, revise las jaulas para los niveles de alimento. Si la comida está bajo, rellenar con 2 pedazos de chow. Hacerlo sin molestar a los ratones.
    Nota: Si durante la fase de aclimatación previa experimental cualquier ratón exhibe hypophagia o peso inferior al normal, quite el ratón desde el estudio.

7. fase inicial experimental - día 1

1. Seleccione "fin" y luego "iniciar adquisición" en el software de gestión de la rueda.
2. Medir a chow de 9 g en un vaso pequeño de plástico en una escala con sensibilidad 0.00 g. Registrar el peso exacto.
3. Suavemente retirar y pesar el ratón en un vaso grande de plástico en una escala con sensibilidad 0.0 g. Peso récord.
   Nota: Es crucial para limitar la tensión de los ratones durante la manipulación, por lo tanto manejar pacientemente.
4. Deseche todos los alimentos de aclimatación.
5. Buscar ropa de cama para cualquier alimento que puede han sido eliminado del tarro y de eso también.
6. Deje la botella de agua en su lugar, pero asegura que es suficientemente completo.
7. Limpia sucia funcionando llantas con 70% isopropanol y papel toallas.
8. Si la limpieza era necesaria, después se seca el isopropanol, retomar el ratón de su jaula y vuelva a colocar la jaula en el estante.
9. Repita estos pasos hasta que se pesa cada ratón y 9 g de los alimentos es dosificado y colocado en jaulas.

8. experimental base fase - días 2-7

1. Volver a la instalación de animales al mismo tiempo todos los días. No varían en la adopción de medidas por encima o debajo de 10 min.
2. Medir a chow de 9 g en un vaso pequeño de plástico en una escala con sensibilidad 0.00 g. Registrar el peso exacto.
3. Suavemente retirar y pesar el ratón en un vaso grande de plástico en una escala con sensibilidad 0.0 g. Peso récord.
4. Tire el tarro del alimento fuera de la jaula y volcar toda la comida en un vaso pequeño en la escala de 0.00 g.
   1. Si las heces y la cama están en el tarro del alimento con la comida, escoger toda la ropa de cama y heces. Use un colador pequeño frotar alimentos en polvo en el recipiente de pesaje. Retire cualquier materia fecal antes de hacerlo con pinzas (si es necesario).
      Nota: Ropa de cama no se romperá para arriba en pedazos más pequeños para caber a través de la coladera.
   2. Búsqueda de cualquier remanente de comida en la jaula y añadir en el vaso a ser pesado. Registra la cantidad de alimento restantes.
      Nota: Si la ropa de cama y la jaula deben ser buscados, es mejor hacerlo cuando el ratón está en la jaula de vaso de precipitados o transferencia de peso para reducir el estrés.
   3. Deseche todos los alimentos.
5. Limpie el frasco y coloque en la jaula. Reemplace la cinta si es necesario.
6. Lugar la previamente medido 9 g de alimento nuevo en la jarra.
7. Limpio sucio funcionando llantas con isopropanol al 70%, luego secar las ruedas. Hacer de esta una jaula en un momento y no intercambie accidentalmente las ruedas.
8. Finalice y reinicie adquisición en corriente programa día de la rueda.
9. Repita estos pasos hasta el comienzo de la fase de restricción.

9. fase de restricción experimental - día 1

1. Final y comienzo de adquisición en el software de gestión de la rueda.
2. Pesar alimentos viejos y nuevos de ratones, según el protocolo de línea de base.
3. No limpie las ruedas ahora. Esto puede distraer a ratones durante su período de alimentación limitada.
4. Permiten el acceso a los alimentos nuevos, 9 g de chow, durante 6 h. Registro se ofrece el alimento de tiempo.
   Nota: El tiempo durante el ciclo de luz que alimentos afectará el desarrollo de la ABA. Desde ratones normalmente duermen durante el ciclo de luz, dando acceso a la alimentación durante este tiempo agrava el desarrollo de la ABA, ya que ratones no consumen generalmente la mayoría de su alimento diario en este momento. Por el contrario, ratones dados acceso a los alimentos durante el ciclo oscuro desarrollará ABA más lentamente³². Ajuste de duración del acceso a los alimentos resultará en más o menor supervivencia veces (figura 2). Actividad anticipada de alimentos (FAA) es hiperactividad, que ocurre inmediatamente antes de comida se ofrece^32,33,34. FAA puede afectar el desarrollo de la ABA, como se ha demostrado que la negación del funcionamiento acceso durante FAA de rueda mejora ABA comportamiento³².
   1. Eliminar alimentos exactamente 6 h después de cada ratón y medir la cantidad restante. Registro del tiempo saca la comida.
5. Limpiar las ruedas, si es necesario y trate de hacerlo sin que detrás de tirar alimentos desde jaulas posterior.
6. Pesar alimentos y calcular la diferencia en los alimentos para determinar la cantidad de alimentos ingeridos por ratón.
7. Calcular el peso de deserción para cada ratón.
   Nota: El peso de la deserción escolar es cuando un ratón debe extraerse el experimento cuando alcanza el 75% de su medida final del peso corporal inicial. Por ejemplo, si un ratón pesa 20 g al principio de la fase de restricción, cuando alcanza 15 g debe ser retirado del experimento.
8. Mantenga una copia de la puntera pesos en mano en las instalaciones de animales.
   Nota: Se pueden intentar experimentos evaluando la recuperación de la ABA; tampoco se proporciona comida ad libitum, o las ruedas están bloqueadas para estudiar el proceso por el cual ratones volver a un cuerpo sano peso³⁴.

10. restricción experimental fase - días 2 y 14

1. Repita todos los pasos de medida en el protocolo de 1 día de restricción. No reinicie adquisición de rueda.
2. Si llega a un ratón gota peso (75% de su peso inicial), retire la jarra rueda y comida de la jaula y proporcionar suficiente alimento en la parte inferior de la jaula, luego proceder con los otros ratones. Una vez que han participado todos jaulas a, eutanasia a todos los ratones que han alcanzado el peso de la gota.
3. Deje la rueda por cada ratón para la duración del experimento.
4. Compruebe cada ratón diario para cualquier lesión. Si es necesario, clip uñas dañadas, tratar úlceras, etc. pedir personal de cuidado de los animales para asesoramiento si no está seguro sobre cómo proceder con una lesión.

11. termina el estudio

1. Si el estudio ha durado 14 días, pese a todos los ratones el día 15. Peso día 1 de restricción se considera un peso de referencia.
   Nota: La duración del estudio puede modificarse para hacer frente a la hipótesis de ser probada. Períodos de acceso a alimentos de más duración pueden utilizarse para ampliar la longitud del estudio.
2. Eutanasia a ratones según sea necesario.
3. Lleve equipo sucio a cuartos apropiados.
4. Extremo adquisición de rueda cuenta en día 15 para proporcionar 10 días completos de datos.
5. Apague de ejes de rueda sin hilos.
6. Extraer los datos.
7. Analizar los datos.

Resultados

Factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), una proteína que contribuye a la regulación de la alimentación así como el mantenimiento del peso, se reduce en el suero de pacientes con un³⁵. Este experimento evaluaron los efectos de alimentación programada, acceso a corriente de la rueda o ambas a la expresión de BDNF en el hipocampo (HPC), área tegmental ventral (VTA), Núcleo accumbens (NAc) y corteza prefrontal medial (mPFC). También se evaluó la exp...

Discusión

El experimento de ABA puede ser modificado por experimentadores probar distintas cepas, edades, drogas y varias otras variables y teniendo en variabilidad genética mente, ajustes a la corriente de la rueda o alimentos acceso período aumentar o disminuir la gravedad de los síntomas y la tasa de deserción escolar. Esto puede servir para aumentar o disminuir la duración del experimento, dependiendo de la pregunta experimental de interés.

Medición precisa de la toma de comida es una parte c...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Wireless Low Profile Running Wheels, Hubs, Software	Med Associates	ENV-047
Standard Teklad Rodent Chow	Envigo	8604
8 Week Old Mice	Jackson Laboratories	Balb/cJ	Strain used in our study - Can use other strains to assess ABA
Scout Pro Scale 200 g	Ohaus	SPE202	Used to weigh mice
Scout Pro Scale 400 g	Ohaus	SPE402	Used to weight food