עבודה זו נתמכה על ידי NIMH K99/R00 Pathway to Independence Award #MH120327, מענק קרן Whitehall #2022-08-051, ומענק חוקר צעיר NARSAD #31308 מהקרן לחקר המוח וההתנהגות וקרן ג'ון ופולי ספארקס. המחברים רוצים להודות למחלקה למשאבי בעלי חיים באוניברסיטת מדינת ג'ורג'יה על מתן טיפול יוצא דופן לבעלי החיים שלנו., ולראיין סלית' על התמיכה הטכנית המצוינת שלו בהקמה ותחזוקה של מערכת ניהול הווידאו שלנו. ד"ר בולטון רוצה גם להודות לד"ר טלי ז. ברעם על הכשרה מצוינת ביישום נכון של מודל LBN במהלך הפוסט-דוקטורט שלה.

מידול מצוקות בגיל צעיר בעכברים באמצעות מצע וקינון מוגבלים

למחברים אין ניגודי עניינים.

מאמר זה מספק פרוטוקול מפורט ליישום מודל LBN בעכברים. מודל זה הוא כלי חשוב להבנת האופן שבו צורה אתולוגית ותרגומית רלוונטית של לחץ כרוני בראשית החיים תורמת להתפתחות הפרעות נוירופסיכיאטריות בצאצאים13. הוא שימושי גם לחקר התנהגות אימהית וכל שינוי במוח הסכרים מנקודת מבט מולקולרית, נ...

התקופה המוקדמת שלאחר הלידה היא חלון התפתחותי קריטי שבו השפעות סביבתיות יכולות לשנות את מסלול ההתפתחות. לדוגמה, מצוקה בגיל צעיר (ELA) יכולה לשנות את התפתחות המוח כדי לעורר שינויים ארוכי טווח בתפקוד הקוגניטיבי והרגשי. דוגמאות של ELA כוללות התעללות פיזית או רגשית, הזנחה, משאבים לא מספיקים, וסביבה ביתית בלתי צפויה המתרחשת במהלך הילדות או ההתבגרות1. ידוע כי ELA הוא גורם סיכון להתפתחות הפרעות כגון דיכאון, הפרעת שימוש בחומרים, הפרעת דחק פוסט טראומטית (PTSD) וחרדה 2,3,4,5. זה חשוב בהתחשב בכך שרמות העוני בקרב ילדים בארה"ב יותר מהכפילו את עצמן לאחרונה, מ-5.2% ב-2021 ל-12.4% ב-20226, ולמרות שהעוני עצמו אינו בהכרח ELA, הוא כן מגדיל את ההסתברות לסוגים שונים של ELA7.
מודלים של בעלי חיים היו חיוניים זה מכבר להבנת ההשפעות של לחץ נפשי בגיל צעיר על התפתחות המוח ועל התוצאות של מבוגרים. שני המודלים העיקריים של בעלי חיים המשמשים בשנים האחרונות לניתוח התופעה הם הפרדה אימהית (MS) וסביבה ענייה הנגרמת על ידי מצע מוגבל וחומרי קינון (LBN). טרשת נפוצה פותחה כמודל של חסך הורי8. בתוכו, סכרי מכרסמים נלקחים מהגורים שלהם, בדרך כלל למספר שעות, כל יום עד לגמילה8. פרדיגמת הטרשת הנפוצה נמצאה כגורמת להתנהגויות דיכאוניות וחרדתיות בבגרות9, כמו גם לתגובה חריגה ללחץ כרוני10,11. לעומת זאת, מודל LBN, שפותח לראשונה במעבדת ברעם12, אינו מפריד את הסכר מהגורים, אלא משנה את הסביבה שבה מגדלים את הגורים, ומחקה סביבה דלת משאבים12,13. הפחתת כמות חומר הקינון ומניעת גישה ישירה למצעים בדגם זה גורמת לשיבוש הטיפול האימהי מהסכרים3. מאחר שטיפול אימהי חזק וצפוי נדרש להתפתחות תקינה של מעגלי מוח קוגניטיביים ורגשיים14, טיפול אימהי מקוטע מ-LBN יכול לגרום למגוון תוצאות, כולל ציר פעיל יתר על המידה של היפותלמוס-יותרת המוח-יותרת הכליה (HPA), שינוי איזון מעכב-עירור באזורים מרובים במוח, רמות מוגברות של הורמון משחרר קורטיקוטרופין (CRH) והתנהגות דמוית דיכאון בצאצאים13, 15,16,17,18,19.
המנגנון המדויק שבו ELA גורם לסיכון מוגבר להפרעות נוירופסיכיאטריות אינו מובן לחלוטין. הוא חשב להיות קשור לשינויים במעגלי ציר HPA19,20, וראיות אחרונות מראות כי זה עשוי להיגרם על ידי שינויים בגיזום סינפטי מיקרוגליאלי19. מודל LBN הוכח ככלי חיוני להבנת השפעת הסביבה הפרינטלית על התפתחות המוח ותוצאות התנהגותיות ארוכות טווח. למרות שמודל זה פותח בתחילה עבור חולדות, הוא הותאם גם לעכברים על מנת לנצל את הכלים הטרנסגניים הקיימים 12,13. יש לציין כי המודל דומה מאוד בשני המינים ומעורר תוצאות מתכנסות מאוד, כגון שינויים בציר HPA, ליקויים קוגניטיביים והתנהגות דמוית דיכאון, ובכך מדגיש את התועלת חוצת המינים שלו ואת הפוטנציאל התרגומי שלו. מאמר זה יספק תיאור מפורט של אופן השימוש במודל המצע והקינון המוגבל בעכברים, איסוף וניתוח התנהגות אימהית ותוצאות צאצאים כדי לאמת את יעילות המודל ואת התוצאות הצפויות.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2-inch 4 MP 4x Zoom IR Mini PT Dome Network Camera</td>
			<td>Hikvision</td>
			<td>DS-2DE2A404IW-DE3(S6)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amazon Basics Aluminum Light Photography Tripod Stand with Case - Pack of 2, 2.8 - 6.7 Feet, 3.66 Pounds, Black</td>
			<td>Amazon</td>
			<td></td>
			<td>From Amazon</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blue Iris</td>
			<td>Blue Iris Security</td>
			<td></td>
			<td>Optional video management software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CAMVATE 1/4&#34;-20 Mini Ball Head with Ceiling Mount for CCTV &#38; Video Wall Monitors Mount - 1991</td>
			<td>Camvate</td>
			<td></td>
			<td>From Amazon</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corn cob bedding</td>
			<td>The Andersons</td>
			<td>4B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton nestlet</td>
			<td>Ancare</td>
			<td>NES3600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mesh divider</td>
			<td>McNICHOLS</td>
			<td>4700313244</td>
			<td>Standard, Aluminum, Alloy 3003-H14, 3/16&#34; No. .032 Standard (Raised), 70% Open Area</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tendelux DI20 IR Illuminator</td>
			<td>Tendelux</td>
			<td></td>
			<td>From Amazon</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

limited bedding and nesting as a model for early-life adversity in mice

מצוקה בגיל צעיר (ELA), כגון התעללות, הזנחה, מחסור במשאבים וסביבה ביתית בלתי צפויה, היא גורם סיכון ידוע לפיתוח הפרעות נוירופסיכיאטריות כגון דיכאון. מודלים של בעלי חיים עבור ELA שימשו לחקר ההשפעה של לחץ כרוני על התפתחות המוח, ובדרך כלל מסתמכים על מניפולציה של איכות ו / או כמות הטיפול האימהי, שכן זהו המקור העיקרי לחוויות חיים מוקדמות אצל יונקים, כולל בני אדם. כאן מסופק פרוטוקול מפורט לשימוש במודל Limited Bedding and Nesting (LBN) בעכברים. מודל זה מחקה סביבה דלת משאבים, המעוררת דפוסים מקוטעים ובלתי צפויים של טיפול אימהי במהלך חלון התפתחותי קריטי (ימים 2-9 לאחר הלידה) על ידי הגבלת כמות חומרי הקינון הניתנים לסכר לבניית קן לגורים והפרדת העכברים מהמצעים באמצעות פלטפורמת רשת בכלוב. נתונים מייצגים מסופקים כדי להמחיש את השינויים בהתנהגות האימהית, כמו גם את הירידה במשקל הגור והשינויים ארוכי הטווח ברמות הקורטיקוסטרון הבסיסי, הנובעים ממודל LBN. כבוגרים, צאצאים שגדלו בסביבת LBN הוכחו כמפגינים תגובת דחק חריגה, ליקויים קוגניטיביים והתנהגות דמוית אנהדוניה. לכן, מודל זה הוא כלי חשוב להגדיר כיצד ההבשלה של מעגלי מוח רגישים ללחץ משתנה על ידי ELA וגורמת לשינויים התנהגותיים ארוכי טווח המקנים פגיעות להפרעות נפשיות.

The early postnatal period is a critical developmental window in which environmental influences can shift the trajectory of development. For example, early-life adversity (ELA) can alter brain development to provoke long-term changes in cognitive and emotional function. Examples of ELA include physical or emotional abuse, neglect, inadequate resources, and an unpredictable home environment occurring during childhood or adolescence1. It is known that ELA is a risk factor for developing disorders such as depression, substance use disorder, post-traumatic stress disorder (PTSD), and anxiety2,3,4,5. This is important given that the levels of childhood poverty in the US have more than doubled recently, from 5.2% in 2021 to 12.4% in 20226, and although poverty itself is not necessarily ELA, it does increase the probability of various types of ELA7.
Animal models have long been essential for understanding the effects of early-life stress on brain development and adult outcomes. The two main animal models used in recent years to dissect this phenomenon are maternal separation (MS) and an impoverished environment induced by limited bedding and nesting materials (LBN). MS was developed as a model of parental deprivation8. In it, rodent dams are taken away from their pups, usually for several hours, every day until weaning8. The MS paradigm has been found to result in depressive- and anxiety-like behaviors in adulthood9, as well as an aberrant response to chronic stress10,11. On the other hand, the LBN model, first developed in the Baram laboratory12, does not separate the dam from the pups, but rather modifies the environment in which the pups are reared, mimicking a low-resource environment12,13. Decreasing the amount of nesting material and preventing direct access to the bedding in this model results in disrupted maternal care from the dams3. Since robust and predictable maternal care is required for the proper development of cognitive and emotional brain circuits14, fragmented maternal care from LBN can result in a range of outcomes, including an over-active Hypothalamic-Pituitary-Adrenal (HPA) axis, shifted excitatory-inhibitory balance in multiple brain regions, increased corticotropin-releasing hormone (CRH) levels, and depressive-like behavior in the offspring13,15,16,17,18,19.
The exact mechanism by which ELA results in increased risk for neuropsychiatric disorders is not completely understood. It is thought to be related to alterations in the HPA axis circuitry19,20, and recent evidence shows that this may be caused by changes in microglial synaptic pruning19. The LBN model has been shown to be a crucial tool for understanding the perinatal environment&#39;s impact on brain development and long-term behavioral outcomes. Although this model was initially developed for rats, it has also been adapted for mice in order to take advantage of the existing transgenic tools12,13. Notably, the model is very similar in both species and provokes highly convergent outcomes, such as alterations in the HPA axis, cognitive deficits,&#160;and depressive-like behavior, thus highlighting its cross-species utility and translational potential. This article will provide a detailed description of how to employ the limited bedding and nesting model in mice, collecting and analyzing maternal behavior and offspring outcomes to validate the model&#39;s efficacy and the expected results.

מחבר זרקור: חקר אינטראקציה מיקרוגליאלית ומעגלי תגובת לחץ באמצעות מודל המצע והקינון המוגבל

מצע וקינון מוגבלים כמודל למצוקות בגיל צעיר בעכברים

In our lab, we are trying to understand how early life adversity affects brain development and later risk for mental disorders like depression and addiction. We are particularly interested in how microglia interacting with stress-sensitive neurons in multiple brain regions may be the mechanism by which the circuit rewiring occurs. We previously found that this model for ELA provokes aberrant stress responses in adulthood.This was caused by dysfunctional microglial synaptic pruning of excitatory synapses onto corticotropin releasing hormone expressing neurons in the paraventricular nucleus of the hypothalamus, and thus hyperactivation of this stress-responsive brain region. Although we know adverse early life experiences increase the risk of developing all kinds of health problems in humans, the limited bedding and nesting model allows us to probe the mechanisms for how these occurs in laboratory rodents. And there has never been a video protocol of this model published before.The limited bedding and nesting model is very ecologically and translationally relevant because the low resource environment causes unpredictable maternal care, a phenomenon that can also be studied in humans. It also requires minimal experimental intervention and has been successfully implemented by multiple laboratories around the world.

התוצאות המייצגות מראות כיצד ELA, שנכפה על ידי סביבה ענייה בכלובי LBN, משפיע על הטיפול האימהי מסכרים ועל התוצאות הפיזיולוגיות של הצאצאים. האנטרופיה היומית בהתנהגות הטיפול האימהי גבוהה יותר ב- LBN על פני ימים P3-P6 (F1,58 = 7.21, p = 0.0094; איור 2A), וכן האנטרופיה הממוצעת של כל סכר מת...

פרוטוקול זה מתאר מודל של בעלי חיים לחקר האופן שבו מצוקה בגיל צעיר, הנגרמת על ידי סביבה ענייה וטיפול אימהי בלתי צפוי במהלך התקופה המוקדמת שלאחר הלידה, משפיעה על התפתחות המוח ועל הסיכון העתידי להפרעות נפשיות.

Early-life adversity (ELA), such as abuse, neglect, lack of resources, and an unpredictable home environment, is a known risk factor for developing ...

limited-bedding-nesting-as-model-for-early-life-adversity

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Limited Bedding and Nesting as a Model for Early-Life Adversity in Mice

810 Views.  Georgia State University. במעבדה שלנו אנו מנסים להבין כיצד מצוקות בגיל צעיר משפיעות על התפתחות המוח ומאוחר יותר על הסיכון להפרעות נפשיות כמו דיכאון והתמכרות. אנו מתעניינים במיוחד באופן שבו תאי מיקרוגליה מתקשרים עם תאי עצב רגישים ללחץ באזורים שונים במוח עשויים להיות המנגנון שבאמ?...

Video: מחבר זרקור: חקר אינטראקציה מיקרוגליאלית ומעגלי תגובת לחץ באמצעות מודל המצע והקינון המוגבל

Early-life adversity (ELA), such as abuse, neglect, lack of resources, and an unpredictable home environment, is a known risk factor for developing neuropsychiatric disorders such as depression. Animal models for ELA have been used to study the impact of chronic stress on brain development, and typically rely on manipulating the quality and/or quantity of maternal care, as this is the major source of early-life experiences in mammals, including humans. Here, a detailed protocol for employing the Limited Bedding and Nesting (LBN) model in mice is provided. This model mimics a low-resource environment, which provokes fragmented and unpredictable patterns of maternal care during a critical developmental window (postnatal days 2-9) by limiting the amount of nesting materials given to the dam to build a nest for her pups and separating the mice from the bedding via a mesh platform in the cage. Representative data are provided to illustrate the changes in maternal behavior, as well as the diminished pup weights and long-term changes in basal corticosterone levels, that result from the LBN model. As adults, offspring reared&#160;in the LBN environment have been shown to exhibit an aberrant stress response, cognitive deficits, and anhedonia-like behavior. Therefore, this model is an important tool to define how the maturation of stress-sensitive brain circuits is altered by ELA and results in long-term behavioral changes that confer vulnerability to mental disorders.

This protocol describes an animal model for studying how early-life adversity, provoked by an impoverished environment and unpredictable maternal care during the early postnatal period, affects brain development and the future risk of mental disorders.

Inducing Early-Life Adversity Using the Limited Bedding and Nesting Paradigm in Mouse Models

To begin, take a mesh divider cut according to the dimensions of a mouse cage, leaving an excess of three centimeters on the longer sides. Fold the edges to create a platform that fits the cage edges perfectly with 2.5 centimeters above the floor. After setting up the cameras, check the video manager software interface for continuous recording.Next, pair one to four females with a single house male breeder mouse. After 17 days of gestation or once visibly pregnant, separate the females into their own standard plexiglass cages. Place a cotton nestlet into the cage to allow the females to build a nest.After a couple of days when the females give birth, record the date of birth. On postnatal day two, transfer the pups into a clean new cage. Separate the males and the females into groups and count.Record the number of males and females in each litter. To set up a control condition, fill a standard size mouse shoebox cage with about 220 grams of corn cob bedding. Add one standard square cotton nestlet.To help the mice acclimate to this unfamiliar environment, place one of their fecal pellets from their old cage in each corner of the new cage. Transfer a small amount of used cotton nestlet from the previous cage over the new nestlet. To set up the LBN or limited bedding and nesting condition, weigh 110 grams of corn cob bedding.Then fill a standard shoebox cage with the corn cob and place the prepared mesh divider into the cage. Finally, add half of a cotton nestlet square and repeat the same acclimation steps as in control cage. Now add the pups to their respective cages, placing them on top of the nestlet.Place the dam in the cage facing the pups. Position a camera on a tripod in front of the cage with a clear side view of the dam and her pups. On postnatal day 10, transfer the dam first to standard caging conditions.Then weigh the pups as they are transferred one by one to the standard cage. Pups that were reared in LBN conditions were significantly smaller at postnatal day 10 than the control pups.