Ein Abonnement von JoVE ist erforderlich, um diesen Inhalt anzuzeigen. Melden Sie sich an oder beginnen Sie noch heute mit einer kostenlosen Testphase.

Methodenartikel

Das Circadian Rave System: Ein erschwingliches, quelloffenes und einfach zu bauendes System für lichtbasierte Experimente

693 Aufrufe

⸱

DOI:

10.3791/68611

⸱

26. September 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Biochemistry, University of Bristol, 2School of Physiology, Pharmacology, and Neuroscience, University of Bristol, 3Neuroscience and Mental Health Innovation Institute, School of Biosciences, Cardiff University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Hier beschreiben wir ein Protokoll für den Aufbau, die Programmierung und den Betrieb des Circadian Rave Systems, eines Arduino-basierten LED-Controllers (Light Emitting Diode (LED) zur Verwaltung mehrerer komplexer Lichtregime.

Zusammenfassung

Die präzise Steuerung der Beleuchtung hat breite Anwendungen in allen biologischen Wissenschaften, aber nirgendwo mehr als in der zirkadianen Forschung. Das Leben auf der Erde hat zirkadiane Uhren entwickelt, die endogene Regulatoren der Physiologie und des Verhaltens sind, die sich auf den 24-Stunden-Sonnentag auswirken. Um die Uhr zu untersuchen, verlassen sich die Forscher auf experimentelle Manipulationen von Licht oder Temperatur, um den zirkadianen Rhythmus zu beeinflussen. Die meisten Labore verwenden derzeit entweder kommerziell erhältliche oder selbst gebaute Beleuchtungsgeräte, um den natürlichen Tag- und Nachtzyklus entweder nachzuahmen oder zu stören. Diese Systeme bieten eine begrenzte Programmierbarkeit und Präzision, es fehlt an Standardisierung und in einigen Fällen an Erschwinglichkeit. Um diese Probleme zu lösen, haben wir das Circadian Rave System entwickelt, ein maßgeschneidertes Software- und Hardwarepaket, das die präzise Steuerung mehrerer unabhängiger Leuchtkästen ermöglicht. Wir haben die Software zusammen mit detaillierten Hardware-Build-Anleitungen Open Source gemacht, mit dem Ziel, dass zukünftige Forschung durch den Einsatz dieses Systems standardisiert werden kann. Um die Funktionalität dieses Systems und seinen Nutzen in zirkadianen Experimenten zu demonstrieren, haben wir die Langlebigkeit und Aktivität von Drosophila in verschiedenen Lichtparadigmen gemessen, um die zirkadiane Synchronisation und Störung durch Lichtmanipulation zu zeigen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir ein standardisiertes, skalierbares und erschwingliches Beleuchtungssystem entwickelt haben, das von jedem Forscher mit minimalen Vorkenntnissen in Elektronik oder Programmierung im eigenen Haus gebaut werden kann.

Einleitung

Die präzise Steuerung des Lichts ist bei fast allen Experimenten mit Tieren von entscheidender Bedeutung. Für die Laboraufzucht solcher Tiere können kommerziell erhältliche Brutschränke erworben werden, die nur über eine begrenzte Kapazität für die Programmierung komplexer Hell- und Dunkelzyklen verfügen. Die Fähigkeit, komplexe Beleuchtungsregime zu programmieren, ist für viele Studienbereiche notwendig, aber für die zirkadiane Forschung von entscheidender Bedeutung. Die zirkadiane Uhr, die an den Sonnentag gebunden ist, ist ein endogener Oszillator, der Veränderungen in der Physiologie und im Verhalten von Insekten bis hin zu Säugetieren reguliert1. Daher hat die zirkadiane Forschung begonnen, viele Bereiche der biologischen Forschung zu durchdringen, wie z. B. Entwicklung2, Immunität3 und Pathologie menschlicher Krankheiten4. Studien zur zirkadianen Uhr beruhen stark auf der Verwendung von Licht oder Temperatur, um die Uhr durch präzise Steuerung von Timing, Intensität und Zyklus zu manipulieren oder sogar zu stören 5,6. Derzeit besteht ein Bedarf an einem erschwinglichen, skalierbaren und standardisierten System zur Kontrolle dieser Variablen für den Einsatz in zirkadianen Experimenten.

Neben der Manipulation der endogenen zirkadianen Uhr wurden verschiedene optogenetische Werkzeuge entwickelt, die bestimmte Wellenlängen des Lichts verwenden, um die Expression von Transgenen in vivo und in vitro zu steuern. Zum Beispiel hat die immense genetische Beherrschbarkeit von Drosophila melanogaster zu vielen optogenetischen Werkzeugen geführt, die den Forschern zur Verfügung stehen. Zum Beispiel kann die lichtempfindliche shineGal4-Variante des Gal4-Transkriptionsfaktors bei Einwirkung von blauem Licht aktiviert werden und ist ein routinemäßig verwendetes Werkzeug von vielen Laboren 7,8,9. Forscher neigen dazu, Lichtveränderungen entweder durch manuelles Einschalten von Lichtern oder durch Laserinduktion zu erreichen, aber beide Methoden können logistische und technische Einschränkungen bei der Versuchsplanung und -durchführung mit sich bringen. Die Möglichkeit, den Start, den Stopp, die spezifische Wellenlänge, den Zyklus und die Intensität (Dosierung) des Lichts zu programmieren, wäre von extremem Vorteil.

Um Forschern die volle Kontrolle über die Lichtverhältnisse zu geben, haben wir das Circadian Rave System (CRS) entwickelt. Dabei handelt es sich um ein alternatives, erschwingliches Do-it-yourself-System (DIY), das von Forschern gebaut und angepasst werden kann und eine vollständige Anpassung der Beleuchtungsregime ermöglicht. Das System basiert auf einem Arduino-Mikrocontroller, der bis zu sechs unabhängige LED-Kanäle steuern kann, was das System erschwinglich und skalierbar macht. Mikrocontroller wie Arduinos wurden aufgrund ihrer Benutzerfreundlichkeit erfolgreich zur Herstellung vieler DIY-Laborgeräte eingesetzt 10,11,12. Dieses System kann in bestehenden Inkubatoren eingesetzt werden und wurde erfolgreich bei typischen Versuchstemperaturen getestet, die ein breites Funktionsspektrum (4-37 °C) bieten. Benutzer können das CRS über die maßgeschneiderte Open-Source-Software programmieren, die für mehrere Betriebssysteme entwickelt wurde. Die Software verfügt über eine einfach zu bedienende Benutzeroberfläche, die die Programmierung komplexer Lichtregime ermöglicht, um die Lichtmuster der Sonne genauer nachzuahmen. Diese benutzerdefinierten Lichtregime können erstellt, gespeichert und später auf den Mikrocontroller geladen werden, so dass ein Satz zuvor generierter Lichtregime verwendet werden kann, was Zeit beim Versuchsaufbau spart. Sobald das Gerät programmiert ist, kann es vom Computer getrennt werden, was eine Skalierbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen Systemen ermöglicht, die dedizierte Computer für die Ausführung von Beleuchtungsregimen benötigen. Um die Zuverlässigkeit des CRS zu testen, führten wir Lebensdauer- und Aktivitätsanalysen an Drosophila durch, die verschiedenen CRS-generierten Lichtregimen ausgesetzt waren. Es wurde festgestellt, dass das CRS mehrere Beleuchtungsregime über Monate hinweg zuverlässig und kontinuierlich ausführt.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Protokoll

1. Aufbau des CRS

HINWEIS: Das CRS wurde so konzipiert, dass es von Forschern intern gebaut werden kann, und daher sind alle Komponenten von mehreren Anbietern im Handel erhältlich (Table of Materials). Ausgenommen sind die Leiterplatten (PCB), die von Leiterplattendruckspezialisten oder durch Kontaktaufnahme mit den Autoren kommerziell hergestellt werden müssen. Für die kommerzielle Produktion befinden sich die Gerber-Dateien im GitHub-Repository (@Trincatalyst/CRS/Hardware/gerber/microcontroller_PCB). Die technischen Fakultäten der Universitäten verfügen in der Regel über Leiterplattendruckanlagen. Im Folgenden finden Sie detaillierte Anweisungen zum Erstellen, Qualitätsprüfen und Programmieren einer einzelnen CRS-Einheit.

  1. Zusammenbau der Schaltung
    1. Löten Sie die elektrischen Komponenten von oben auf die Mikrocontroller-Platine. Die Arduino A1-Anschlusspins sind die einzigen an der Unterseite montierten Komponenten. Die Platzierung der Bauteile auf der Leiterplatte entspricht der Buchstaben-Zahlen-Beschriftung auf der Leiterplatte (Tabelle 1). Testen Sie die verlöteten Verbindungen mit einem Multimeter.
    2. Setzen Sie den Arduino mit den A1-Anschlüssen in die Unterseite der bestückten Platine ein.
    3. Löten Sie die LEDs oder LED-Streifen an ein 12-V-Kabelkabel (empfohlen mindestens 1 m lang) und schrauben Sie das positive und negative Ende des 12-V-Kabels an die Leiterplattenklemme und befestigen Sie sie dann mit einem Schraubendreher.
      HINWEIS: Die kundenspezifischen LED-Leiterplatten (@Trincatalyst / CRS / Hardware / Gerber / LED_PCB) können als Alternative für LED-Streifen verwendet werden. Jede LED-Platine beherbergt eine einzelne LED. Dies bietet den Vorteil, dass LEDs mit bekannten und diskreten Emissionsspektren verwendet werden können.
    4. Wiederholen Sie Schritt 1.1.3 für jeden der sechs Kanäle.
      HINWEIS: Bei Verwendung von LED-Streifen kann jeder LED-Kanal bis zu 400 mA Strom verarbeiten, was maximal 20x LEDs (je 20 mA) entspricht. Daher wurde das System für den Einsatz mit 5-V-LED-Streifen mit bis zu 20 LEDs ausgelegt, die an jedem der sechs Ausgangskanäle angebracht sind.
  2. CRS-Gehäuse für Gebäude
    1. Schließen Sie das CRS (PCB und Arduino) ein, um die Sicherheit und Langlebigkeit der Schaltkreise zu gewährleisten.
      HINWEIS: Das GitHub-Repository verfügt über ein 3D-druckbares Gehäuse, das erfolgreich sowohl in PLA als auch in ABS gedruckt wurde und das Gerät schützt (@Trincatalyst/CRS/Hardware/CRS_enclosure).
  3. LED-Gehäuse
    1. Integrieren Sie die LEDs entweder direkt in Inkubatoren und ersetzen Sie so bereits vorhandene Beleuchtungseinrichtungen, oder platzieren Sie sie in maßgeschneiderten Gehäusen, die in einem einzigen Inkubator gestapelt werden können (Abbildung 1).
    2. Maßgeschneiderte Gehäuse bieten die Vorteile einer erhöhten Skalierbarkeit, Erschwinglichkeit und eines geringeren Platzbedarfs. Durch das Recycling von Laborkunststoffen, wie z. B. Tip-Boxen, können die Kosten weiter gesenkt werden (Abbildung 1D). "Schwärzen" Sie diese recycelten Boxen mit Isolierband, um das Austreten von Licht zu verhindern. Für eine langlebigere Lösung sind jedoch Maschinengehäuse aus Acryl vorgesehen, die erfolgreich getestet wurden (@Trincatalyst/CRS/Hardware/LED_enclosure).
      HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass das Gehäuse lichtdicht ist, da Leckagen andere parallel laufende Experimente in der Nähe verwirren könnten, und testen Sie, ob die LEDs die Innentemperatur des Behälters nicht erhöhen, wenn LED-Streifen in einem kleinen Behälter verwendet werden.
  4. Installieren der Firmware auf CRS
    1. Laden Sie die CRS-Firmware herunter, die aus zwei Dateien besteht: den Dateien definition.h und CircadianRaveSystem.ino. Beide sind im GitHub-Repository (@Trincatalyst/CRS/Software/PCB_firmware) zu finden.
    2. Laden Sie die Arduino-Software für die integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) von www.arduino.cc/software herunter und installieren Sie sie.
    3. Verbinden Sie den Arduino über ein USB-Kabel mit dem Computer und wählen Sie in der Arduino IDE den richtigen Arduino Communication (COM)-Port aus und stellen Sie eine Verbindung her.
      HINWEIS: Der Arduino muss während der Firmware-Konfiguration nicht an die PCB-Schaltung angeschlossen werden.
    4. Gehen Sie als Nächstes zu Datei > Öffnen und wählen Sie den Ordner aus, der die Dateien definition.h und CircadianRaveSystem.ino enthält.
    5. Sobald ein neues IDE-Fenster geöffnet wird, klicken Sie auf Überprüfen und dann auf Hochladen. Dadurch wird die Firmware auf dem Arduino installiert. Das Ausgangsterminal sollte eine Vervollständigungsausgabe anzeigen.
    6. Trennen Sie den Arduino, der nun als CRS verwendet werden kann.
  5. Einschalten des CRS
    1. Versorgen Sie das CRS mit Strom, indem Sie ein 5-V-Netzteil mit einer Kapazität von 2,5 A in den Leiterplattenstecker einstecken.
      HINWEIS: Jeder LED-Kanal ist für einen Strom von bis zu 400 mA ausgelegt, was maximal 20x LEDs mit je 20 mA entspricht. Das System wurde für den Einsatz mit 5-V-LED-Streifen mit bis zu 20 LEDs entwickelt, die an jedem der sechs Ausgangskanäle angebracht sind. Die Platine ist mit einem Überspannungs- und Überstromschutz ausgestattet, der bei 3 A Dauerstrom auslöst oder wenn der Benutzer eine Versorgungsspannung von mehr als 6,2 V einsteckt, wird die Stromversorgung unterbrochen.
  6. Qualitätsprüfung des CRS
    1. Testen Sie vor dem Ausführen von Experimenten mit dem CRS, ob jede LED/jeder LED-Streifen, der an das CRS angeschlossen ist, mindestens 2 Tage lang zuverlässig funktioniert. Führen Sie dazu die CRS_test_profile.txt Datei aus, die Sie im GitHub-Repository (@Trincatalyst/CRS/Software/Test/CRS_test_2days.txt) finden, oder entwerfen Sie ein Light-Regime innerhalb der CRS-Software. In Schritt 2.6 des Ladeprofils finden Sie Anweisungen, wie die CRS_test_2days.txt Datei ausgeführt wird.

2. Ausführen eines Experiments

  1. Führen Sie die nächsten Schritte aus, um die CRS-Software zu installieren, mit der Sie komplexe Beleuchtungssysteme programmieren, ausführen und überprüfen können.
  2. Installation der CRS-Software
    1. Laden Sie die CRS-Software direkt aus dem GitHub-Repository herunter (@CRS/CRS_software).
      HINWEIS: Die Software wurde gründlich getestet und ist vollständig kompatibel mit den folgenden Betriebssystemen:
      Laden Sie für Windows 10 und 11 @Trincatalyst/CRS/Software/bin/Circadian-Rave-System-v1.2-win.zip herunter.
      Laden Sie für macOS Ventura @Trincatalyst/CRS/Software/bin/Circadian-Rave-System-v1.2-win.zip herunter.
    2. Suchen und öffnen Sie die heruntergeladene CRS-Software. Dadurch wird die Installation gestartet und ist nach Abschluss der Installation einsatzbereit.
      HINWEIS: Es wird empfohlen, den Speicherort der Software in einen besser zugänglichen Ordner zu ändern.
  3. Verbinden mit dem CRS-Gerät
    1. Schalten Sie das CRS ein.
    2. Verwenden Sie ein FTDI-Kabel (Future Technology Devices International), um das CRS-Gerät an einen Computer anzuschließen, auf dem die CRS-Software vorinstalliert ist.
    3. Öffnen Sie die CRS-Software, klicken Sie dann auf der Registerkarte Ansicht auf das Dropdown-Menü Port auswählen, wählen Sie das CRS aus, und die sechs LED-Tabellen sollten alle aktualisiert werden, wenn sie verbunden sind. Wenn Experimente ausgeführt wurden, wurde jedes Profil entsprechend aktualisiert. Jede CRS-LED kann nun programmiert werden.
  4. Programmierung CRS
    HINWEIS: Das CRS wurde unter Berücksichtigung zirkadianer Experimente entwickelt, und es wurden so viele relevante Funktionen wie möglich hinzugefügt. Zum Beispiel kann ein typisches komplexes Experiment ein Licht-Entrainment erfordern, das sich über Tage erstreckt, gefolgt von Dunkelheit für einige Tage und dann einem weiteren Re-Entrainment.
    1. Programmieren Sie das Experiment vor dem Experimentieren vollständig im CRS. Programmieren Sie jede der LEDs/LED-Streifen in jedem der sechs Ausgangskanäle unabhängig voneinander mit den LED-Registerkarten eins bis sechs (Abbildung 1B). Finden Sie eine grafische Darstellung der programmierten Beleuchtungsregime in jedem LED-Tab und verwenden Sie sie als Referenz bei der Programmierung.
    2. Die Beleuchtungsregime wurden in drei verschiedene Stufen unterteilt, und für jede kann eine Lichtintensität und -dauer eingestellt werden. Die Schritte 1 und 3 durchlaufen einen Zyklus und können als Synchronisationsschritte zwischen verschiedenen LED-Kanälen fungieren, d.h. das Laden von Proben in die LED-Gehäuse zu unterschiedlichen Zeiten ermöglichen. Wiederholen Sie Schritt 2 mit einem Zyklusschalter, der in der Regel so programmiert ist, dass er sich über einen Zeitraum von 24 Stunden erstreckt.
    3. Durch Umschalten der Lichtintensität und -dauer von T1, T2, T3 und T4 werden komplexe Lichtregime erzeugt. T1 und T3 fungieren als Zwischenstufen, die das Hoch- und Herunterfahren der Lichtintensität ermöglichen und den natürlichen Tag und den Zyklus des Lichts besser nachahmen. Sobald ein Programm eingestellt wurde, speichern Sie es und führen Sie es aus.
      HINWEIS: Wenn ein programmiertes Lichtregime ausgeführt wird, wird das grafische Regime entsprechend aktualisiert, und die Registerkarte Ansicht wird aktualisiert.
  5. Lagerung und Verladung von Lichtprofilen
    1. Bei leichten Regimen, die zwischen den Experimenten wiederholt werden, speichern Sie das Profil mit der Schaltfläche Speichern , wodurch das Profil in eine CRS-lesbare txt-Datei umgewandelt wird.
    2. Laden Sie zuvor gespeicherte Profile mit der Schaltfläche Laden in CRS und beschleunigen Sie so die zukünftige Programmierung.
  6. Laden und Ausführen von Profilen
    1. Führen Sie zum Testen das Testerprofil für jeden LED-Streifen gleichzeitig aus. Gehen Sie zu den LED-Registerkarten , klicken Sie auf das Lastprofil und klicken Sie auf das CRS_test_profile.txt.
    2. Klicken Sie auf Programm , um das Profil in das CRS hochzuladen. Das Diagramm sollte zusammen mit den Profilstatistiken aktualisiert werden.
    3. Klicken Sie auf Start, und das Diagramm wird live mit dem Fortschritt der Ausführung aktualisiert. Wiederholen Sie diesen Vorgang für alle sechs LED-Profile.
  7. Trennen der Verbindung von der CRS-Hardware
    1. Trennen Sie die Verbindung mit der Schaltfläche Trennen auf der Registerkarte Ansicht . Entfernen Sie nun das FTRI-Kabel sicher.
  8. Überprüfung des Versuchsfortschritts
    1. Um den Status von Lichtregimen zu überprüfen, während das CRS ausgeführt wird, öffnen Sie die CRS-Software, klicken Sie dann auf der Registerkarte Ansicht auf das Dropdown-Menü Port auswählen und wählen Sie das CRS aus. Die Registerkarte "Ansicht" enthält alle aktuellen Informationen aller sechs LED-Registerkarten. Trennen Sie die Verbindung wie zuvor beschrieben.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Ergebnisse

CRS-Übersicht
Das CRS ist eine Kombination aus Hardware und Software, die es dem Benutzer ermöglicht, komplexe Beleuchtungsregime für bis zu sechs unabhängige LED-Streifen pro Gerät zu programmieren (Abbildung 1A). Die Software kann einfach aus dem GitHub-Repository (@Trincatalyst/CRS/Software) heruntergeladen werden und auf der Hauptseite der Software finden Sie weitere detaillierte Gebrauchsanweisungen (Abbildung 1B). Die Hardware wurde so ...

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Diskussion

Um zu untersuchen, wie Licht die Physiologie und das Verhalten beeinflusst, sind komplexe Beleuchtungspläne erforderlich, bei denen in der Regel mehrere Bedingungen parallel ablaufen. Eine präzise Kontrolle des Zeitpunkts und der Intensität der Lichtexposition ist ebenfalls der Schlüssel für zuverlässige und reproduzierbare Daten in diesen zirkadianen Experimenten. Light Cycling kann mit handelsüblichen Inkubatoren oder LEDs erreicht werden, die mit mechanischen Zeitschaltuhren verbunden...

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Offenlegungen

Die Autoren haben nichts offenzulegen

Danksagungen

Wir bedanken uns bei Dr. Edgar Buhl und Prof. James Hodge für die Nutzung des DAM-Systems und die Anleitung zur Einrichtung. Wir danken auch Prof. Paul Martin für seine Unterstützung und Anleitung bei der Entwicklung des CRS. Diese Arbeit wurde durch ein BBSRC-Stipendium BB/T001984/1 unterstützt, das an Prof. Paul Martin vergeben wurde.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
0,1 &Mikro; F Keramik-KondensatorFarnell 2507749Menge = 2
100 KΩ axialer THT-Widerstand 250 mWFarnell 3951804Menge = 6
100 Ω axialer THT-Widerstand 250 mWFarnell 3496799Menge = 6
1 & Mikro; F Keramik-KondensatorFarnell 2819603Menge = 2
2,54 mm Rastermaß Durchsteckleiste für horizontale Montage - FTDI Farnell 3756363Menge = 6
Arduino Header 10-fachFarnell 1593417Menge = 1
Arduino-Header 3-fachFarnell 1593412Menge = 1
Arduino Header 8-fachFarnell 1593416Menge = 1
Arduino Uno R3Arduino A000066Menge = 1
Fass-WagenheberFarnell 224959Menge = 1
Zirkadiane Rave-SystemplatineMartin LaborMartin Labor1 (120 Streifen oder 1 LED-Komponente mit einer LED-Platine)
Diode Farnell 4245041Menge = 1
Schutz des eFuse-StromkreisesFarnell 4178928Menge = 1
FTDI-KabelFarnell 2419945Menge = 1
LedsRS 855-5933120 Streifen oder 1 LED-Komponente mit einer LED-Platine
NETZTEIL 15WFarnell 2815857Menge = 1
Schraubklemmen Farnell 2314973Menge = 6
ST Microelectronics N-Kanal MOSFET STP30NF10Farnell 9946403Menge = 6

Referenzen

  1. Takahashi, J. S. Transcriptional architecture of the mammalian circadian clock. Nat Rev Genet. 18 (3), 164-179 (2017).
  2. Vallone, D., Lahiri, K., Dickmeis, T., Foulkes, N. S. Start the clock! Circadian rhythms and development. Dev Dyn. 236 (1), 142-155 (2007).
  3. Curtis, A. M., Bellet, M. M., Sassone-Corsi, P., O'neill, L. A. Circadian clock proteins and immunity. Immunity. 40 (2), 178-186 (2014).
  4. Kondratova, A. A., Kondratov, R. V. The circadian clock and pathology of the ageing brain. Nat Rev Neurosci. 13 (5), 325-335 (2012).
  5. Du, L. Y., et al. The innate immune cell response to bacterial infection in larval zebrafish is light-regulated. Sci Rep. 7 (1), 12657(2017).
  6. Foster, R. G., Hughes, S., Peirson, S. N. Circadian photoentrainment in mice and humans. Biology (Basel). 9 (7), 180(2020).
  7. Duffy, J. B. Gal4 system in Drosophila: A fly geneticist's Swiss army knife. Genesis. 34 (1-2), 1-15 (2002).
  8. Qian, Y., Li, T., Zhou, S., Chen, X., Yang, Y. A single-component optogenetic Gal4-UAS system allows stringent control of gene expression in zebrafish and Drosophila. ACS Synth Biol. 12 (3), 664-671 (2023).
  9. Di Pietro, F., et al. Rapid and robust optogenetic control of gene expression in Drosophila. Dev Cell. 56 (24), 3393-3404.e7 (2021).
  10. Ragazzini, G., et al. A fully integrated Arduino-based system for the application of stretching stimuli to living cells and their time-lapse observation: A do-it-yourself biology approach. Ann Biomed Eng. 49 (9), 2243-2259 (2021).
  11. Repina, N. A., et al. Engineered illumination devices for optogenetic control of cellular signaling dynamics. Cell Rep. 31 (10), 107737(2020).
  12. Mclean, K. M., Pasulka, A. L., Bockmon, E. E. A low-cost, accessible, and high-performing Arduino-based seawater pH control system for biological applications. HardwareX. 10, e00247(2021).
  13. Kouser, S., Shakunthala Palaksha, V. Study on fitness of Drosophila melanogaster in different light regimes. Biol Rhythm Res. 45 (2), 293-300 (2014).
  14. Sheeba, V., Sharma, V. K., Shubha, K., Chandrashekaran, M. K., Joshi, A. The effect of different light regimes on adult life span in Drosophila melanogaster is partly mediated through reproductive output. J Biol Rhythms. 15 (5), 380-392 (2000).
  15. Allemand, R., Cohet, Y., David, J. Increase in the longevity of adult Drosophila melanogaster kept in permanent darkness. Exp Gerontol. 8 (5), 279-283 (1973).
  16. Vollmers, C., et al. Time of feeding and the intrinsic circadian clock drive rhythms in hepatic gene expression. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (50), 21453-21458 (2009).
  17. Ogueta, M., Rodriguez, L. G. Open source LED controller for circadian experiments. bioRxiv. , (2018).
  18. Truong, V. H., Myung, J. Locobox: Modular hardware and open-source software for circadian entrainment and behavioral monitoring in home cages. Sensors (Basel). 23 (23), 9469(2023).
  19. Zhang, K., Timilsina, S., Waguespack, M., Kercher, E. M., Spring, B. Q. An open-source LED array illumination system for automated multiwell plate cell culture photodynamic therapy experiments. Sci Rep. 12 (1), 19341(2022).
  20. Benman, W., et al. High-throughput feedback-enabled optogenetic stimulation and spectroscopy in microwell plates. Commun Biol. 6 (1), 1192(2023).
  21. Walmsley, L., et al. Colour as a signal for entraining the mammalian circadian clock. Plos Biology. 13 (4), e1002127(2015).
  22. Steel, L. C. E., Tam, S. K. E., Brown, L. A., Foster, R. G., Peirson, S. N. Light sampling behaviour regulates circadian entrainment in mice. BMC Biol. 22 (1), 208(2024).
  23. West, K. E., et al. Blue light from light-emitting diodes elicits a dose-dependent suppression of melatonin in humans. J Appl Physiol (1985). 110 (3), 619-626 (2011).
  24. Gooley, J. J., et al. Exposure to room light before bedtime suppresses melatonin onset and shortens melatonin duration in humans. J Clin Endocrinol Metab. 96 (3), E463-E472 (2011).
  25. Steindal, I. A. F., Whitmore, D. Zebrafish circadian clock entrainment and the importance of broad spectral light sensitivity. Front Physiol. 11, 1002(2020).
  26. Lockley, S. W., Brainard, G. C., Czeisler, C. A. High sensitivity of the human circadian melatonin rhythm to resetting by short wavelength light. J Clin Endocrinol Metab. 88 (9), 4502-4505 (2003).
  27. Villamizar, N., Vera, L. M., Foulkes, N. S., Sanchez-Vazquez, F. J. Effect of lighting conditions on zebrafish growth and development. Zebrafish. 11 (2), 173-181 (2014).
  28. Zhang, S., et al. Signalling entrains the peripheral circadian clock. Cell Signal. 69, 109433(2020).
  29. Wheeler, D. A., Hamblen-Coyle, M. J., Dushay, M. S., Hall, J. C. Behavior in light-dark cycles of drosophila mutants that are arrhythmic, blind, or both. J Biol Rhythms. 8 (1), 67-94 (1993).
  30. Pemmari, A., et al. Widespread regulation of gene expression by glucocorticoids in chondrocytes from patients with osteoarthritis as determined by RNA-Seq. Arthritis Res Ther. 22 (1), 271(2020).
  31. Kathirvel, K., et al. Short and long-term effect of dexamethasone on the transcriptome profile of primary human trabecular meshwork cells in vitro. Sci Rep. 12 (1), 8299(2022).

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Nachdrucke und Genehmigungen

Tags

Zirkadiane Forschungzirkadiane RhythmenLichtsteuerungOpen Source HardwareDrosophila Aktivit tLichtmanipulationzirkadiane Synchronisationkosteng nstiges Beleuchtungssystembiologische Uhren
Kontaktieren Sie uns
Der Bibliothek empfehlen

Datenschutz

Nutzungsbedingungen

Richtlinien

Urheberrecht © 2026 MyJoVE Corporation. Alle Rechte vorbehalten.