Methodenartikel

Intermittierendes Binge-Intake-Modell bei Mäusen

DOI:

10.3791/67560

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10. Januar 2025

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Physiology, Faculty of Medicine, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)

In diesem Artikel

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bei Mäusen wurde ein Binge-Eating-Modell mit intermittierendem Zugang zu M&M's (einem sehr schmackhaften Lebensmittel aus Fett und Zucker) etabliert. Mäuse mit intermittierendem Zugang zu diesem fett- und zuckerreichen Futter zeigten stressähnliche Verhaltensweisen, eine erhöhte Kalorienaufnahme und eine Präferenz für dieses Futter gegenüber Standardfutter im Vergleich zu Mäusen mit kontinuierlichem oder keinem Zugang zum Futter.

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Weltweit ist jeder achte Mensch von Fettleibigkeit betroffen. Übermäßiges Essen, insbesondere kalorienreiche Lebensmittel, spielt eine wichtige Rolle bei Fettleibigkeit. Die Binge-Eating-Störung (BED) ist eine komplexe Erkrankung, die durch eine Kombination aus biologischen, psychologischen und sozialen Faktoren verursacht wird. Es handelt sich um einen übermäßigen Verzehr von kalorienreichen Lebensmitteln in kurzer Zeit und ist oft mit Angstzuständen und Heißhungerattacken verbunden.

Hier stellen wir ein Protokoll vor, das einen kontinuierlichen und intermittierenden Zugang zu einem neuen hochschmackhaften Lebensmittel (HPF) - M&M's - verwendet, um ein Mausmodell zur Untersuchung der Binge-Eating-Störung (BED) zu entwickeln. Der HPF, der aufgrund seines hohen Fett- und Zuckergehalts ausgewählt wurde, stellt aufgrund seiner starken Schmackhaftigkeit eine optimale Nahrungsquelle für die Untersuchung dar, wodurch er sich besonders für die Untersuchung von zwanghaftem Essverhalten eignet. Mit C57BL/6-Mäusen ermöglichten wir einen kontinuierlichen oder intermittierenden Zugang zu M&M's und ermöglichten gleichzeitig einen uneingeschränkten Zugang zu Standard-Chow und Wasser. Am 8. Tag zeigten die Mäuse in der intermittierenden Zugangsgruppe ein ausgeprägtes Binge-Eating-Verhalten, das bis zum 26. Tag anhielt. Diese Mäuse konsumierten auch signifikant mehr Kalorien - überwiegend aus dem Konfekt - als die in der kontinuierlichen Zugangs- und Kontrollgruppe. Der Kontrast zwischen kontinuierlichem und intermittierendem Zugang unterstreicht die entscheidende Rolle von Fütterungsplänen bei der Förderung des übermäßigen Verzehrs von schmackhaften Lebensmitteln.

Darüber hinaus zeigten Verhaltensbewertungen einen intermittierenden Zugang zu den HPF-induzierten angstähnlichen Verhaltensweisen, was die psychologischen Auswirkungen von Zugangsmustern sowohl auf das Essverhalten als auch auf emotionale Zustände hervorhebt. Durch die Einbeziehung dieser beiden unterschiedlichen Ernährungsparadigmen bietet diese Studie wertvolle Einblicke in die Frage, wie die Verfügbarkeit von sehr schmackhaften Lebensmitteln die Tendenz zu Essattacken verschlimmern kann. Dieses Modell bietet einen realistischeren Ansatz zur Untersuchung von Essattacken und ihren metabolischen Folgen. Es unterstreicht die Bedeutung standardisierter Modelle in der biomedizinischen Forschung. Unsere Ergebnisse bieten Einblicke in die physiologischen und neuronalen Mechanismen, die BED zugrunde liegen, was den Weg für die Entwicklung wirksamer therapeutischer Interventionen für BED und Adipositas ebnen könnte.

Einleitung

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Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation1 ist jeder achte Mensch weltweit fettleibig. Obwohl Essen eine physiologische Notwendigkeit ist, ist bekanntermaßen übermäßiges Essen ohne physiologisches Bedürfnis ein Faktor, der mit Übergewicht und Fettleibigkeit in Verbindung gebracht wird2. Es ist allgemein bekannt, dass der Mensch schmackhafte Lebensmittel mit hohem Kaloriengehalt wie Fetten und Zucker gegenüber gesünderen Lebensmitteln bevorzugt3.

Aus der Perspektive der Komplexitätsforschung sind Essstörungen, insbesondere die Binge-Eating-Störung (BED), vielschichtige Phänomene, die aus dem Zusammenspiel verschiedener biologischer, psychologischer und sozialer Faktoren hervorgehen, die aufkommende Verhaltensweisen wie zyklische Fressmuster, komplexe kompensatorische Verhaltensweisen und dysfunktionale zwischenmenschliche Beziehungen aufweisen4. BED ist gekennzeichnet durch die übermäßige Aufnahme von kalorienreichen Lebensmitteln innerhalb eines kurzen Zeitraums, ca. 2 Stunden, gemäß dem Diagnostischen und Statistischen Handbuch für psychische Störungen, 5. Aufl.5 (DSM-V). Darüber hinaus ist BES mit Verhaltenskomorbiditäten wie Angstzuständen und Heißhunger assoziiert 6,7. Die Komplexität dieser Störungen erfordert bessere experimentelle Modelle, die dieses Zusammenspiel von Faktoren erfassen und ein umfassenderes Verständnis des Binge-Eating-Verhaltens und seiner Auswirkungen auf Fettleibigkeit ermöglichen können.

Die in der Grundlagenforschung am häufigsten verwendeten Modelle für binge-like Verhalten waren vor allem Ratten. Diese Modelle verwenden in der Regel einen begrenzten und intermittierenden Zugang zu fett- oder zuckerreichen Lebensmitteln, um essanfallartige Verhaltensweisen zu induzieren 8,9,10. Ein alternativer Ansatz besteht darin, alle 8 Tage für einen kurzen Zeitraum (2 Stunden) schmackhafte Nahrung bereitzustellen, die als zyklisches Modell bekannt ist, wobei eine sehr schmackhafte Lebensmittelpaste (HPF) verwendet wird, die eine Mischung aus Fetten und Zuckern enthält11. Eine andere Methode stellt die HPF als Cookies unvorhersehbardar 12. In Mausmodellen werden Binge-ähnliche Verhaltensweisen oft mit demselben zyklischen Modell untersucht13. Eine andere Studie mit Mäusen nutzt den begrenzten Zugang zu Saccharose, um binge-ähnliche Verhaltensweisen zu induzieren14.

Trotz umfangreicher Forschung zum Binge-like-Eating-Verhalten bei Ratten sind die Modelle für Binge-Eating bei Mäusen nach wie vor begrenzt. Ziel dieser Studie ist es, ein Binge-like-Eating-Modell unter Verwendung von M&M's (im Folgenden als "HPF" bezeichnet) als HPF gemäß den von Fazzino und Kollegen vorgeschlagenen Ernährungskriterien von HPF vorzuschlagen15. Darüber hinaus wollen wir die lohnenden Eigenschaften des HPF bewerten, je nachdem, ob er kontinuierlich oder intermittierend präsentiert wird. In unserer Forschung versuchten wir, Ähnlichkeiten zwischen spezifischen diagnostischen DSM-V-Kriterien für Essattacken beim Menschen innerhalb eines Mausmodells zu beobachten: Verzehr von Nahrung innerhalb eines kurzen Zeitraums (2 Stunden), Aufnahme einer großen Menge an Nahrung als üblich, Verzehr einer erheblichen Menge trotz Sättigungszustand und mindestens zweimal pro Woche Auftreten von Essanfällen.

Die Verwendung von Labormausmodellen ist ein unschätzbares Werkzeug in der biomedizinischen Forschung, insbesondere für die Untersuchung menschlicher Krankheiten, da Mäuse 99 % ihrer Gene mit dem Menschen teilen16. Die Verwendung von Mäusen bietet auch erhebliche Vorteile beim Verständnis transkriptomischer Informationen und bei der Modifikation therapeutischer Ziele im Zusammenhang mit zellulären Funktionen und neuronalen Schaltkreisen, die mit verschiedenen Krankheiten verbunden sind17.

Daher schlägt diese Studie ein kontinuierliches und intermittierendes Zugangsmodell zu M&M's (einem HPF aus Fett und Zucker) vor, um Essattacken bei C57BL/6-Mäusen ohne Standardfutter oder Wasserentzug zu beobachten. Dieses Modell ist neuartig und für die biomedizinische Forschung notwendig, da es einen besseren Ansatz zur Untersuchung dieser komplexen Probleme darstellt. Die Standardisierung von Tiermodellen ist unerlässlich, um reproduzierbare und vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, was von grundlegender Bedeutung ist, um die translationale Forschung voranzutreiben und wirksame therapeutische Interventionen für BED und Adipositas zu entwickeln. Der hier beschriebene Ansatz wird den Umfang der Forschung zum Binge-like-Eating-Verhalten in zukünftigen Studien erweitern und die Erprobung verschiedener Medikamente als potenzielle therapeutische Angriffspunkte für BES erleichtern. Die Implementierung realistischerer und standardisierter Modelle bei Mäusen wird ein besseres Verständnis der komplexen Dynamik von Essstörungen und ihrer metabolischen Folgen ermöglichen und somit neue Alternativen für die Behandlung und Prävention von BES bieten.

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Protokoll

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Alle Versuche wurden gemäß dem mexikanischen offiziellen Standard für technische Spezifikationen für die Produktion und Verwendung von Labortieren (NOM-062-ZOO-1999) und in voller Übereinstimmung mit den Richtlinien des Internen Ausschusses für die Pflege und Verwendung von Labortieren (CICUAL) an der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko (UNAM) durchgeführt.

1. Tiere

  1. Um dieses Protokoll zu befolgen, werden 27 männliche C57BLC/6-Mäuse im Alter von 1 Monat und einem Gewicht von 16-20 g einzeln in Käfigen unter kontrollierten Umgebungsbedingungen untergebracht: ein 12-12-stündiger Hell-Dunkel-Zyklus (06:00 Uhr an, 18:00 Uhr aus), wobei die Temperatur bei 21 ± 22 °C und die Luftfeuchtigkeit bei 70 ± 10 % gehalten wird.
    HINWEIS: In dieser Studie haben wir ausschließlich männliche Mäuse verwendet, um die Auswirkungen weiblicher Hormone während der Binge-Einnahme zu eliminieren. In einer anderen Studie18 wandten wir das gleiche Modell jedoch auf weibliche Mäuse an und beobachteten keine Unterschiede in der Essattacke.

2. Gewöhnung

  1. Geben Sie den 30 Tage alten Mäusen ad libitum Zugang zu normalem Futter und Wasser. Platzieren Sie sie in einzelnen Käfigen, um die Messung des Wasser- und Lebensmittelverbrauchs zu erleichtern.
  2. Stellen Sie allen Mäusen eine angereicherte Umgebung, einschließlich einer Papierrolle, zur Verfügung und stellen Sie Holzspäne als Einstreu zur Verfügung.
  3. Messen Sie das Körpergewicht, den Nahrungs- und Wasserverbrauch alle 24 Stunden für 7 Tage.

3. Binge-Eating-Modell

  1. Am 7. Tag der Gewöhnungsphase ordnen Sie die Nager (N= 27) nach dem Zufallsprinzip einer der folgenden drei Gruppen zu.
  2. Verschaffen Sie allen Probanden 2 h lang (von 16:00 bis 18:00 Uhr) Zugang zum HPF (Nährstoffgehalt pro 100 kcal: 19 g Fett, 70 g Kohlenhydrate, 5,1 g Protein, 0,13 g Salz), um die Neophobie gegenüber dem HPF zu minimieren.
  3. Setzen Sie die angegebenen Fütterungsbedingungen für jede Gruppe über einen Zeitraum von 26 Tagen konsequent fort.
    1. Chow-Gruppe (CG) n = 9: Bietet ad libitum Zugang zu Standardfutter und Wasser.
    2. Stetige Gruppe (CoG) n = 9; Bieten Sie einend libitum Zugang zu Standard-Chow, HPF und Wasser.
    3. Intermittierende Gruppe (IG) n = 9: Geben Sie ad libitum Zugang zu Standardfutter und Wasser, aber geben Sie ihnen HPF nur an bestimmten Tagen (1, 3, 5, 8, 10, 12, 15, 17, 19, 22, 24 und 26) für 2 Stunden (von 16:00 bis 18:00 Uhr).
  4. Messen Sie von der ersten Sitzung bis zur 26. Sitzung das Körpergewicht, die Standardaufnahme von Chow, die schmackhafte Nahrungsaufnahme und den Wasserverbrauch für alle Probanden um 16:00 Uhr und erneut um 18:00 Uhr.

4. Spezifische Anweisungen

  1. Stellen Sie das Standardfutter auf die Käfigkörbe und den HPF in kleine Plastikbehälter. Platzieren Sie diese Behälter in jeder Sitzung nach dem Zufallsprinzip an den Ecken der Käfige (links posterior, rechts posterior, rechts anterior und links anterior).
  2. Füllen Sie montags, mittwochs und freitags Wasser (280-300 ml) und Standardfutter (10-15 g) auf.
  3. Ersetzen Sie den HPF (4-4,5 g) täglich durch den Zahnrad. Für die IG platzieren Sie die HPF (4-4,5 g) montags, mittwochs und freitags um 16:00 Uhr. Verteilen Sie den HPF nach dem Zufallsprinzip nach Farbe (Braun, Blau, Rot, Orange, Grün und Gelb), ohne dass für eine Farbe eine Präferenz beobachtet wird.
  4. Am 7. Tag der Gewöhnung geben Sie den Mäusen, die der CoG-Gruppe zugeordnet sind, um 16:00 Uhr den HPF. Messen Sie alle Tiere auf die Standardaufnahme von Futter, das Körpergewicht und den Wasserverbrauch.

5. Datenanalyse

  1. Bei 24-Stunden-Aufnahmemessungen sind die Werte um 16:00 Uhr am Vortag und um 16:00 Uhr am aktuellen Tag aufzuzeichnen. Um beispielsweise den Verbrauch von Tag 2 zu bewerten, subtrahieren Sie die Werte für Standardfutter, den HPF, das Wasser und das Körpergewicht von Tag 1 von denen von Tag 2 für dieselben Parameter.
  2. Bei 2-h-Aufnahmemessungen sind die Werte um 16:00 Uhr und 18:00 Uhr am selben Tag aufzuzeichnen. Subtrahieren Sie z. B. die Werte für das Standardfutter, die HPF, das Wasser und das Körpergewicht um 16:00 Uhr von denen um 18:00 Uhr für dieselben Parameter.
  3. Sammeln Sie täglich zu zwei Zeitpunkten (16:00 Uhr und 18:00 Uhr) alle Daten, geben Sie sie in eine Tabelle ein und führen Sie kcal-Berechnungen durch.
    1. Um die kcal zu berechnen, rechnen Sie die verzehrten Gramm von Standard-Chow und HPF in kcal um, basierend auf dem Energiewert jedes Lebensmittels unter Verwendung eines Anteils (z. B. Standard-Chow: 3,02 kcal/g; HPF: 4,80 kcal/g).
  4. Analysieren und plotten Sie die Daten mit der Software Ihrer Wahl.
    1. Verwenden Sie für die statistische Analyse die Kruskal-Wallis - und Mann-Whitney-U-Tests.

6. Offener Feldtest

HINWEIS: Ein 22-tägiger Freilandtest um 14:00 Uhr wurde gemäß dem von Kraeuter und Kollegenbeschriebenen Protokoll durchgeführt 19. Dieses Protokoll besteht darin, die Tiere in die Mitte einer schwarzen Acrylglasbox zu legen. Der Boden der Arena war weiß und das Gitter schwarz. Das Verhalten wurde mit einem Video-Tracking-System aufgezeichnet und quantifiziert. Das System zeichnete die Entfernung, die Geschwindigkeit und die Zeit auf, die die Tiere in der Mitte oder am Rand der Arena verbrachten.

  1. Vorbereitung des Versuchsraums und der Freilandapparatur
    1. Verwenden Sie für die Arena eine quadratische Kammer von 60 cm (Länge) x 60 cm (Breite) x 20 cm (Höhe) aus schwarzem, nicht porösem Kunststoff.
    2. Reinigen Sie das Gerät vor und zwischen den Anwendungen mit 70 % vol/vol Ethanol, um Geruchsreize zu entfernen.
    3. Platzieren Sie die Kamera über dem Gerät, um eine optimale Erkundungsansicht zu erzielen.
    4. Um den Stress zu minimieren, halten Sie Temperatur und Luftfeuchtigkeit wie die normalen Haltungsbedingungen aufrecht. Wenn die Mäuse für das Experiment von einem Haltungsraum in einen anderen gebracht werden, akklimatisieren Sie sie vor der Verwendung mindestens 1 Stunde pro Tag an den neuen Raum.
  2. Durchführung des Freifeldtests
    1. Um eine einzelne Maus aus dem Käfig zu entfernen, greife vorsichtig nach ihrem Schwanz und platziere sie in der Mitte des offenen Feldlabyrinths. Aktivieren Sie die Video-Tracking-Software über die Autostart-Funktion, die den Ermittler erkennt und mit der Aufnahme beginnt, sobald sich der Ermittler nicht mehr im Fokus der Kamera befindet.
    2. Lassen Sie die Maus 5 Minuten lang frei durch das Labyrinth laufen. Während dieser Zeit zeichnet die Tracking-Software die Bewegung auf.
    3. Entfernen Sie das Tier am Ende der Testphase aus der Arena und setzen Sie es in seinen Heimatkäfig zurück.
    4. Bevor Sie das Labyrinth reinigen, zählen Sie die abgelagerten Fäkalien visuell und zeichnen Sie sie für eine spätere Analyse auf.
    5. Entfernen Sie alle Kotpellets und reinigen Sie alle Urinflecken. Sprühen Sie den Boden und die Wände des Geräts mit 70 % Ethanol ein und wischen Sie es dann mit einem sauberen Papiertuch ab. Lassen Sie die Ethanollösung vollständig trocknen.
    6. Nachdem du alle Tiere getestet hast, kehrst du zum Vivarium zurück, reinigst die Arena und organisierst alle verwendeten Materialien.
  3. Datenanalyse
    HINWEIS: Die Video-Tracking-Software ermöglicht die Extraktion einer Reihe von Daten, wie z. B. der Durchschnittsgeschwindigkeit der Tiere, der zurückgelegten Strecke und der Zeit, die sich in der Mitte und am Rande des Geräts aufhält.
    1. Wählen Sie die zurückgelegte Strecke und die Zeit, die die Tiere in der Mitte und am Rand des Geräts verbringen.
    2. Exportieren Sie die Daten aus der Tracking-Software in eine Tabelle oder ein anderes bevorzugtes Format für die weitere statistische Analyse.
    3. Analysieren Sie die Daten mit der Software Ihrer Wahl.

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Ergebnisse

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Mit Hilfe von HPF haben wir erfolgreich ein Binge-Eating-Modell in C57BL/6-Mäusen etabliert. Am 8. Tag war das Binge-Eating-Verhalten (übermäßiger Verzehr von Nahrung für 2 Stunden) fest etabliert und bis zum 26. Tag aufrechterhalten (Abbildung 1A). Während der intermittierenden Sitzungen wies die IG-Gruppe einen signifikant höheren Gesamt-kcal-Verbrauch auf (sowohl aus dem Standard-Chow als auch aus dem HPF als aus der CG- und CoG-Gruppe) (Abbildung 1A, ### p &...

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Diskussion

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Wir haben das von Corwin 2006 vorgeschlagene Binge-Eating-Modell als Grundlage für die Entwicklung dieses Protokolls verwendet. In der vorliegenden Studie wurde jedoch die Variable der Bereitstellung von schmackhafter Nahrung für 2 h für den CoG8 modifiziert. Stattdessen boten wir CoG schmackhaftes Essen ad libitum an, da es eine Realität besser simuliert, in der wir 24 Stunden Zugang zu jedem Essen haben. Wir haben M&M's auch als HPF verwendet, weil sie ...

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Offenlegungen

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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte anzugeben.

Danksagungen

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Wir danken dem PhD-Programm für Biomedizinische Wissenschaften an der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko und der Unterstützung durch den Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías (CONAHCYT), No. CVU: 11025222. Diese Arbeit wurde teilweise durch das UNAM-DGAPA-PAPIIT Grant IN207423 unterstützt. Wir danken Andrea Mondragón García und José Enrique Ramírez Sánchez für ihre technische Unterstützung.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
ANY-maze Video-Tracking-SoftwareStoelting Co.4.73 Version
C270 HD Webcam LogitechC270 HDEs ist nicht erforderlich, einen speziellen Videorecorder zu verwenden. Jede Webcam oder jeder Camcorder mit zufriedenstellender Bildqualität und Auflösung reicht aus.
Handschuhe Ambiderm (schwarz)Ambiderm7.50222E+12
GraphPad Prism 9GraphPad
Labor Nagetier Diät 5001LabDiet1320https://di.facmed.unam.mx/comisiones/Composici%C3%B3n%20del%20alimento%20Laboratory%20Rodent%20Diet%205001.pdf
M& Ms 43,8g (Braune Verpackung)M& M&akut; s Nährstoffgehalt pro 100 : 480 kcal, 19 g Fett, 70 g Kohlenhydrate, 5,1 g Protein, 0,13 g SalzZutaten:  Zucker, Kakaomasse, entrahmt  Milch  Pulver, Kakaobutter  Laktose, Stärke  Milch  Fett, Palmfett, Glukosesirup, Sheafett, Stabilisator (Gummi arabicum), Dextrin, Überzugsmittel (Bienenwachs, Carnaubawachs), Farbstoffe (E100, Karmin, E132, E133, E150a, E150c, E150d, E153, E160a, E160e, E162, E163, E170), Rote-Bete-Konzentrat, Emulgatoren (Soja; Lecithin, E445), Salz, Aromen, Palmkernöl, Antioxidationsmittel (E306). (Kann enthalten:  Erdnuss, Haselnuss, Mandel). Milchschokolade enthält mindestens 14 % Milchtrockenmasse. Milchschokolade enthält neben Kakaobutter auch pflanzliche Fette.
Offenes Feld Labyrinth 
Polypropylen MäusekäfigOrchid ScientificSMP 01
NagetiertrinkerSunnypetSP-3656
Uline Balanza-220 g x 0,01 gunike.mxH-9884
UniMask4Uniseal
Plastikflaschenunike.mxS-14487
Sanitärbett, Sägemehl für TiereBIOINVERTKeine Zahl10 kg

Referenzen

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Binge Eating St rungMausmodellZugang zu schmackhaftem Futterangst hnliches VerhaltenOpen Field TestKalorienaufnahmeF tterungsplanneuronale MechanismenAdipositasforschung

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