Development and validation of a new apparatus of the Behavioral Pattern Monitor (BPM) for studies of mice models of central nervous system disorders

Abstract

Resumo: Mania é a principal característica do transtorno bipolar (TB), comportamento impulsivo, hipersexualidade, irritabilidade e hiperatividade locomotora são alguns de seus principais sintomas. A Síndrome de Tourette (TS) é uma doença neurológica caracterizada por movimentos repetitivos e vocalizações chamados tics. Ambas doenças necessitam de terapias mais toleráveis e eficazes e modelos animais de doenças do SNC são ferramentas essenciais para o seu desenvolvimento. O monitor de padrão de comportamento (BPM), é um aparelho automatizado equipado com sensores capazes de detectar atividade locomotora (número de transições), atividade exploratória (número de holepokes (colocadas do focinho nos buracos) e rearings (levantamentos)) e padrão de movimentos de camundongos. Ele demonstrou alto poder translacional e modelos animais dopaminérgicos de mania para pacientes maníacos e vice-versa. Estudos mostram que psicoestimulantes são ferramentas farmacológicas eficazes para induzir estados tipo maníacos em camundongos C57BL testados no BPM. Entretanto, esses estudos não foram reproduzidos por outros laboratórios devido ao fato de o BPM não ser disponível comercialmente. Além disso o BPM nunca foi usado para testar outros modelos animais de doenças do Sistema Nervoso Central (SNC). Um dos mais bem caracterizados modelos animais de TS são os camundongos D1CT-7, entretanto, mais estudos são necessários para expandir o perfil comportamental desses camundongos e sua relação com as respostas tipo tic. Esse estudo teve como objetivo desenvolver e validar o BPM 2.0 (baseado no BPM original) para estudos de modelos de doenças do SNC que utilizam camundongos. Atividades locomotora e exploratória, comportamentos de risco e tipo ansioso e vocalizações ultrassônicas (USVs) são possíveis ser examinadas no BPM 2.0. No experimento 1, o BPM 2.0 foi validado para avaliar modelos animais de mania. Camundongos machos C57BL foram tratados com inibidores de DAT (transportador de dopamina): metilfenidato (MPH), GBR 12909 e modafinil intraperitonealmente imediatamente antes de uma sessão teste de uma hora no BPM 2.0. No experimento 2, foi avaliado o perfil comportamental dos camundongos D1CT- 7 em comportamento espontâneo e em estresse agudo no BPM 2.0. O experimento 1 mostrou que o BPM 2.0 foi eficaz em detectar aumento da atividade locomotora e comportamento de risco e uma diminuição no comportamento tipo ansioso com todos os inibidores de DAT. Além do mais, o BPM 2.0 foi eficaz para detectar uma diminuição no comportamento exploratório (holepokes e rearings) com o MPH. No experimento 2 os camundongos D1CT-7 em comportamento espontâneo, mostraram aumento na atividade locomotora e rearings e uma diminuição nos holepokes. Por último, foi detectado aumento nos comportamentos repetitivos (rearings e escaladas) durante estresse agudo causado por confinamento espacial dentro no BPM 2.0. A principal limitação do BPM 2.0 foi o microfone de USVs, o qual gravou ruídos na mesma frequência das USVs dos camundongos, dificultando as análises dessas USVs. O presente estudo concluiu que o BPM 2.0 é um equipamento válido para testar modelos de mania e útil para avaliar o perfil comportamental de outros modelos animais de doenças do SNC (ex. TS) que utilizam camundongos.

Abstract: Mania is the defining feature of Bipolar Disorder (BD) and is characterized by impulsive behavior, hypersexuality, irritability and motor hyperactivity. Tourette Syndrome (TS) is a neurological disorder characterized by multiple repetitive movements and vocalizations called tics. Both CNS disorders need novel therapies with better efficacy and tolerability profiles. Animal models of Central Nervous System (CNS) disorders are essential tools for the development these therapies. The behavioral pattern monitor (BPM) is an automated device equipped with sensors that were capable to detect locomotor activity (number of transitions), exploratory activity (number of holepokes and rearings), and pattern of movements of mice. It demonstrated translational value from dopaminergic animal models of mania to mania patients and reverse translation. Evidence in literature shows that the psychostimulants are pharmacological tool to induce manic-like states in C57BL mice tested in the BPM. However, these studies have not been replicated by other laboratories since the automated BPM apparatus was not commercially available currently. Additionally, the BPM have never been used to test others animal models of CNS disorders. One of the best-characterized animal models of TS is D1CT-7 mice, however, more studies are needed to expand the behavioral profile of these mice and their relations to tic-like responses. This work aimed to develop and validate the BPM 2.0 (based on the original BPM) for studies of mice models of CNS disorders. Locomotor and exploratory activities, risk-taking, anxiety-like behaviors, and ultrasonic vocalizations are possible to be examined in the BPM 2.0. In the experiment 1, the BPM 2.0 was validated to assess mice models of mania. C57BL male mice were treated with DAT (dopamine transporter) inhibitors: Methylphenidate (MPH), GBR 12909 and Modafinil intraperitoneally immediately before one-hour test session. In the experiment 2, it was assessed the Behavioral profile of the D1CT-7 mice in spontaneous behavior and in acute stress condition. The experiment 1 showed that the BPM 2.0 was able to detect increasing in locomotor activity and risk taking behaviors, and decreasing in the anxiety-like behavior with all DAT inhibitors treatments. Moreover, the BPM 2.0 was able to detect decreasing in exploratory behaviors (holepokes and rearings) with MPH treatment. In the experiment 2, D1CT-7 mice in spontaneous behavior, showed increase in locomotor activity and rearings and decrease in holepokes. Lastly, it was detected increase in the repetitive behaviors (rearings and climbings) during acute stress caused by Space Confinement inside the BPM 2.0. The main limitation of the BPM 2.0 was the USV microphone, which recorded noise in the same range frequency of the mice's USV, making difficult the USV analyses. The present study concluded that the BPM 2.0 is a valid apparatus to test mice models of mania and useful to assess the Behavioral profile of other mice models of CNS disorders (e.g., TS).