Palatable Western-Stil Cafeteria Diät als zuverlässige Methode zur Modellierung Diät-induzierte Adipositas bei Nagetieren
1. November 2019
Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung einer sehr schmackhaften Cafeteria-Diät im westlichen Stil, um Überernährung und Adipositas bei Nagetieren zu modellieren. Hier bieten wir einen detaillierten Überblick über die Lebensmittelauswahl, -zubereitung und -messung und erläutern methodische Faktoren, die zur Erzeugung eines robusten und reproduzierbaren Phänotyps beitragen.
Diese Methode zielt darauf ab, Überernährung und anschließende Fettleibigkeit zu modellieren, indem zugang zu einer Vielzahl von schmackhaften Lebensmitteln mit hohem Zuckergehalt und gesättigten Fettsäuren ermöglicht wird. Die Vielfalt und Schmackhaftigkeit der Ernährung sorgt dafür, dass überessen zuverlässig gefördert wird, was innerhalb weniger Wochen zu erheblichen Stoffwechselstörungen führt. Die Bereitstellung einer Cafeteria-Diät ermöglicht es, die metabolischen und neuronalen Veränderungen im Zusammenhang mit Adipositas sehr detailliert zu untersuchen.
Die visuelle Demonstration dieser Methode ist wichtig, da logistische Einschränkungen demonstriert werden können und wie Planung und Organisation die Fütterung effizienter gestalten können. Zweitens, da das Modell eine größere Interaktion mit Ratten beinhaltet, ist es auch wichtig zu zeigen, wie man die Lebensmittel angemessen verteilt und sammelt, ohne sie zu betonen. Sarah-Jane Leigh, eine Grad-Studentin, und Mike Kendig, ein Postdoc-Forscher aus meinem Labor, werden das Verfahren demonstrieren.
Um dieses Verfahren zu beginnen, erhalten Sie eine angemessene Menge an Cafeteria-Essen, und tauen Sie es 24 Stunden vor der Verwendung. Lebensmittel können mit einer Mikrowelle aufgetaut werden, sollten aber nicht während des Heißens präsentiert werden. Die Änderung der Art der täglich angebotenen Cafeteria-Diät-Lebensmittel stellt sicher, dass die Vielfalt maximiert und die Verschmutzung der Käfige minimiert wird.
Da Ratten den größten Teil ihrer täglichen Aufnahme im ersten Teil des dunklen Zyklus essen, planen Sie die Nachfüllung von Cafeteria-Lebensmitteln in der Nähe des Beginns des dunklen Zeitplans, so dass die Nahrung zu dieser Zeit frisch ist. Füllen Sie Cafeteria Diät jeden Tag. Um die Chow-Gruppen zu füttern, drehen Sie die Wasserflaschen um, damit die Ausgießer hoch sind, und legen Sie den Käfig auf den Arbeitsbereich.
Entfernen Sie den Deckel und stören Sie die Bettwäsche für ca. 20 Sekunden leicht, um den Prozess des Sammelns von Lebensmitteln aus der Bettwäsche von Cafeteria-Diätkäfigen zu simulieren. Legen Sie dann eine kleine Handvoll Chow-Pellets aus dem Futtertrichter in die Bettwäsche, um die Exposition gegenüber Lebensmitteln auf der Käfigbettwäsche gleichzusetzen. Ersetzen Sie den Käfigdeckel, und geben Sie den Käfig an das Rack zurück.
Wenn der Käfig abgelegt ist, bringen Sie die Wasserflaschen in ihre ursprüngliche Ausrichtung zurück. Um die Cafeteria-Gruppen zu füttern, legen Sie die Cafeteria-Diät-Artikel in einen beschrifteten Behälter für jeden Käfig. Drehen Sie die Wasserflaschen um, so dass die Ausgießer nach oben sind, legen Sie den Käfig auf den Arbeitsbereich, und entfernen Sie den Deckel.
Entfernen Sie so viel wie möglich von der alten Cafeteria-Diät aus dem Bettzeug und legen Sie frische Cafeteria-Diät in den Käfig. Danach schließen Sie den Käfig und geben Sie ihn an das Rack zurück. Wenn der Käfig abgelegt ist, ersetzen Sie die Wasserflaschen und die Saccharoseflaschen.
Die Chow-, Wasser- und Saccharoseflaschen nach Bedarf aufladen. Bei Beginn der Cafeteria-Diät, messen Sie das Körpergewicht und 24-Stunden-Nahrungsaufnahme mindestens zweimal pro Woche, um die Wirksamkeit der Ernährung zu überwachen. Beginnen Sie die Messung der Nahrungsaufnahme in der Nähe des Beginns der dunklen Phase.
Ziel ist es, die gleiche Reihe von Cafeteria-Lebensmittel auf Lebensmittelaufnahme Messung Tage präsentieren, wie Gleichsetzen für Geschmack und Energiedichten ermöglicht eine genaue Überwachung der Veränderungen im Laufe der Zeit. Zuerst bereiten Sie die Cafeteria-Diät vor und legen Sie sie in einen beschrifteten Behälter für jeden Käfig, um sicherzustellen, dass jede Komponente gewogen und aufzeichnet. Füllen Sie den Wasser-, Saccharose- und Chow-Gehalt nach Bedarf nach.
Für Kontrollkäfige drehen Sie die Wasserflaschen um, damit die Ausgießer nach oben sind, legen Sie den Käfig auf den Arbeitsbereich und entfernen Sie den Deckel. Zeichnen Sie das Gewicht der Wasserflaschen und Chow auf. Wiegen Sie die Ratten und übertragen Sie sie in einen Käfig mit frischer Bettwäsche, zusammen mit Umweltanreicherung.
Dann ersetzen Sie den Käfigdeckel, geben Sie den Käfig zum Rack zurück und drehen Sie die Wasserflaschen um. Kleine Schilder mit der Angabe der Nahrungsaufnahme können in den Käfig aufgenommen werden, um die Teilnehmer und Forscher davon zu benachrichtigen, Flaschen und Chow nicht zu berühren. Für die Käfige der Cafeteria, führen Sie den gleichen Prozess, sondern auch streuen Sie die vorgewogenen Behälter von Cafeteria Lebensmittel um den Käfig mit frischen Bettwäsche, bevor die Ratten übertragen werden.
Lassen Sie die Ratten für einen 24-Stunden-Zeitraum mit minimalen Störungen, und erfassen Sie alle unerwarteten Störungen. Danach, notieren Sie das Gewicht der Wasserflaschen und Chow für die Chow Käfige, und sorgfältig suchen Sie die Bettwäsche für Stücke von Chow. Sobald dies abgeschlossen ist, entfernen Sie die Lebensmittelaufnahmezeichen aus den Käfigen.
Als nächstes bereiten Sie frische Cafeteria-Diät für die Cafeteria Käfige. Führen Sie den folgenden Vorgang für jeden Cafeteria-Käfig durch. Zeichnen Sie das Gewicht des Wassers, des Chows und der Saccharose auf.
Entfernen Sie den Käfigdeckel und die Umweltanreicherung. Entfernen Sie sorgfältig Cafeteria-Fragmente aus der Bettwäsche und legen Sie sie in separate Behälter, um sicherzustellen, dass zuerst die größten Stücke entfernt werden, und dann systematisch alle Käfigbetten von einem Ende zum anderen mit sanften Kehrbewegungen durchsieben. Verteilen Sie die neue Cafeteria-Diät um den Käfig, geben Sie die Umweltanreicherung zurück, schließen Sie den Käfigdeckel und geben Sie den Käfig an das Rack zurück.
Entfernen Sie das Lebensmittelaufnahmezeichen, und notieren Sie das Gewicht jedes Cafeteria-Lebensmittels auf das nächste 10. Gramm. Ratten erhalten schmackhafte Lebensmittel, um die sogenannte westliche Ernährung zu modellieren. Cafeteria-Diät erhöht die Energieaufnahme um das 2,5-fache im Vergleich zur Chow-Kontrolle.
Die Cafeteria-Fütterung führt nach drei bis vier Wochen zu einer 20%igen Erhöhung des Körpergewichts im Vergleich zu Kontrollen. Nach sechs Wochen Diät beträgt der mittlere Unterschied in der Gewichtszunahme zwischen den Gruppen 67% und die Fettleibigkeit ist ungefähr verdoppelt. Die Zufuhren von Makronährstoffen in der Cafeteria-Diät sind über Geschlecht und Alter hinweg konsistent, wobei etwa 8 % der Energie als Protein, 34 % als Fett und 58 % als Kohlenhydrate verbraucht werden.
Unser Wartungs-Chow liefert 22% Protein, 13% Fett und 65% Kohlenhydrate. Cafeteria-gefütterte Ratten überessen alle drei Makronährstoffe im Verhältnis zu Kontrollen. Die dramatische Hyperphagie wird vor allem durch Kohlenhydrat- und Fettzufuhr angetrieben.
Weibliche Ratten können besonders anfällig für die obessogene Wirkung der Cafeteria-Diät sein. In dieser Kohorte älterer Ratten waren die in der Cafeteria gefütterten Weibchen 20% schwerer und aßen nach nur zwei Wochen 3,8-mal mehr Energie im Vergleich zu Kontrollen. Nach sechs Wochen Diät war die Gewichtszunahme des Körpers größer, und die Fettmasse wurde bei ratten in der Cafeteria verdoppelt.
Die Bereitstellung unzureichender Cafeteria-Lebensmittel kann den Konsum einschränken, also überprüfen Sie, ob Lebensmittel in Cafeteria-Käfigen übrig bleiben. Darüber hinaus können verschiedene Sätze von Cafeteria-Lebensmitteln die Zufuhr von Makronährstoffen verändern. Die konsequente Durchführung von Lebensmittelaufnahmeverfahren wird eine genaue Messung gewährleisten.
Sorgfältige Planung der Ernährung, um sicherzustellen, dass Lebensmittel schmackhaft und abwechslungsreich sind, ist der Schlüssel. Eine effektive Verabreichung der Cafeteria-Diät kann zeitaufwändig sein und erfordert eine sorgfältige Planung und Pilotarbeit, um eine stetige Hyperphagie und die daraus resultierende Gewichtszunahme zu etablieren. Wir können die Metabolische Funktion über Glukosetoleranztests sowie kognitive Funktionen durch Erkennungsgedächtnistests überwachen, während wir Tiere der Cafeteria-Diät aussetzen.
Wir können dann viele periphere metabolische Gewebe und Hirnregionen postmortem analysieren. Diese Methode kann bei Ratten und Mäusen angewendet werden und wurde gelegentlich auf nichtmenschliche Primaten ausgedehnt. Die Cafeteria-Diät kann verwendet werden, um dysreguliertes Fütterungsverhalten in Gegenwart von Hyperpalatability zu studieren, sowie die Auswirkungen von Fettleibigkeit auf alle Organsysteme.
Diese Cafeteria-Diät-Methode hat unser Verständnis der Ätiologie und folgender Überernährung und Adipositas sowie potenzieller Lebensstil- und pharmakologische Ansätze zur Verbesserung der gesundheitlichen Ergebnisse erweitert.
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Übersicht
Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung einer hochgradig schmackhaften, westlich geprägten Cafeteria-Diät zur Modellierung von Überessen und Adipositas bei Nagetieren. Die Methode fördert das Überessen durch eine Vielzahl schmackhafter Lebensmittel und ermöglicht eine detaillierte Untersuchung der mit Adipositas assoziierten metabolischen und neuronalen Veränderungen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Forschung zur Adipositas
- Stoffwechseluntersuchungen
Hintergrund
- Überessen und Adipositas sind bedeutende gesundheitliche Probleme.
- Nagetiermodelle werden häufig verwendet, um diese Zustände zu untersuchen.
- Überessen kann effektiv durch eine Cafeteria-Diät induziert werden.
- Das Verständnis der Auswirkungen der Ernährung auf den Stoffwechsel ist entscheidend für die Entwicklung von Interventionen.
Zweck der Studie
- Um das Überessen und Adipositas bei Nagetieren zu modellieren.
- Um metabolische Störungen zu untersuchen, die durch eine schmackhafte Nahrung verursacht werden.
- Um eine reproduzierbare Methode zur Untersuchung adipositasbedingter Veränderungen bereitzustellen.
Verwendete Methoden
- Durchführung einer Cafeteria-Diät mit hohem Zuckergehalt und Fettgehalt.
- Bestimmung der Nahrungsmittelauswahl und -aufnahme.
- Überwachung metabolischer Veränderungen über die Zeit.
- Visuelle Darstellung der Fütterungslogistik und Interaktion mit den Versuchstieren.
Hauptergebnisse
- Erhebliche Stoffwechselstörungen, die innerhalb von Wochen beobachtet werden.
- Zuverlässige Förderung von Überessen durch abwechslungsreiche Ernährung.
- Detaillierte Untersuchung neuronaler Veränderungen, die mit Adipositas assoziiert sind.
- Effektive Methodik zur Untersuchung der Auswirkungen der Ernährung auf die Gesundheit.
Schlussfolgerungen
- Die Cafeteria-Diät ist ein wertvolles Modell für die Adipositas-Forschung.
- Das Verständnis des Fressverhaltens kann Behandlungsstrategien unterstützen.
- Zukünftige Studien können auf dieser Methodik aufbauen, um weitere Erkenntnisse zu gewinnen.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die schmackhafte, westlich geprägte Cafeteria-Diät bietet ein physiologisch relevantes Modell zur Untersuchung ernährungsbedingter Adipositas und bildet dabei die Hyperphagie und metabolische Dysregulation ab, die bei menschlichen Populationen zu beobachten sind, die einer adipogenen Ernährungsumgebung ausgesetzt sind. Dieser Ansatz erhöht das Vorhersagevertrauen in der präklinischen Adipositasforschung, indem er das komplexe Zusammenspiel von Schmackhaftigkeit, Vielfalt und übermäßigem Essen modelliert, das zu Gewichtszunahme und Fettansammlung führt. Er unterstützt die frühe Validierung von Wirkstoffzielen und die mechanistische Risikominderung für therapeutische Interventionen, die auf das Essverhalten und Stoffwechselerkrankungen abzielen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen im Zusammenhang mit übermäßigem Essen und Energiebilanz, indem eine ausgeprägte Hyperphagie und Gewichtszunahme induziert wird.
- Operationaler Wert: Bietet ein zuverlässiges und reproduzierbares System zur Validierung von Zielstrukturen, die an der Regulation des Appetits und der metabolischen Homöostase beteiligt sind.
- Predictive Value: Unterstützt die Portfolio-Priorisierung, indem ein schwerer metabolischer Phänotyp modelliert wird, der den menschlichen, fettleibigkeitsbedingten Störungen stark ähnelt.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bereitet validierte biologische Systeme mit konsistenten metabolischen und neuronalen Phänotypen für die anschließende Wirkstoffprüfung vor.
- Operativer Wert: Stellt die Bereitschaft des Assays sicher durch standardisierte Fütterung sowie messbare Ergebnisse wie Futteraufnahme und Körpergewicht.
- Skalierbarkeit: Ermöglicht die Wiederverwendung der Plattform in verschiedenen Studien, da die Induktion von Adipositas-Markern über beide Geschlechter und Altersgruppen hinweg konsistent erfolgt.
Translationale und präklinische Forschung
- Translationale Relevanz: Modelliert die bei übergewichtigen und adipösen Menschen beobachteten Stoffwechselstörungen und verbessert so die Krankheitsrelevanz.
- Mechanistische Entlastung: Ermöglicht die Untersuchung der Auswirkungen von Adipositas auf periphere Gewebe und Hirnregionen und unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen zur Weiterentwicklung.
- Kontinuität: Schafft eine Brücke von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung, indem eine longitudinale Überwachung von Gewichtszunahme, Fettmasse und Glukosetoleranz ermöglicht wird.
Pipeline- und Workflow-Integration
Das Cafeteria-Diät-Modell fügt sich in die Entdeckungskontinuum von der frühen Target-Validierung über die Lead-Identifizierung bis hin zur präklinischen Wirksamkeitsprüfung ein, insbesondere für Programme zu Adipositas und Stoffwechselerkrankungen.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung hinsichtlich Fressverhalten und neuronaler Schaltkreise, die an Belohnung und Sättigung beteiligt sind.
- Screening: Ermöglicht die zuverlässige Bewertung von Substanzen anhand standardisierter metabolischer Parameter wie Körpergewichtszunahme und Nahrungsaufnahme.
- Analysen: Bietet quantitative Messungen abhängiger Variablen, einschließlich Nahrungsaufnahme über 24 Stunden, Körpergewicht und Fettanteil, um experimentelle Bedingungen zu vergleichen.
- Translationale Forschung: Schafft eine Verbindung zur präklinischen Forschung durch messbare Ergebnisse wie verdoppelte Fettmasse und Glukosetoleranzstörung nach sechs Wochen.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Dient als wiederverwendbare Kapazität zur Modellierung obesogener Umgebungen über mehrere therapeutische Bereiche hinweg.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit, indem ein Futter modelliert wird, das übermäßiges Essen und das metabolische Syndrom stärker hervorruft als gereinigte Diäten.
- Operativer Wert: Verbessert die Reproduzierbarkeit durch standardisierte Futterpräsentation, tägliche Nachfüllung und konsistente Überwachungsprotokolle.
- Strategischer Wert: Verbessert Entscheidungen über Fortführung oder Abbruch von Projekten, indem die biologische Unsicherheit bei der Validierung von zielgerichteten Ansätzen im Zusammenhang mit Adipositas verringert wird.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht eine risikoadjustierte Priorisierung basierend auf robusten, durch die Diät hervorgerufenen phänotypischen Veränderungen.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse im Umgang mit Nagern, in der Zubereitung von Diäten und in der Verhaltensbeobachtung, um Stress zu vermeiden und Konsistenz sicherzustellen.
- Benötigt Infrastruktur zur Lebensmittellagerung, -kennzeichnung und täglichen Auffüllung im Einklang mit der Dunkelphase.
- Setzt eine standardisierte Vorgehensweise über mehrere Arbeitsgruppen hinweg bei der Messung der Nahrungsaufnahme voraus, um genaue und reproduzierbare Daten zu gewährleisten.
- Erfordert Anpassungsüberlegungen beim Einsatz bei verschiedenen Nagerstämmen, Altersgruppen oder Geschlechtern aufgrund unterschiedlicher Anfälligkeit für obesogene Effekte.
- Zu den praktischen Einschränkungen zählen der zeitaufwändige Vorbereitung und die Verteilung von Nahrung sowie mögliche Variabilität durch inkonsistente Nahrungsvielfalt oder Präsentation.
