Article de méthode

Application du mouvement passif de la tête pour générer des accélérations définies à la tête des rongeurs

DOI :

10.3791/63100

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21 juillet 2022

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1Department of Rehabilitation for Motor Functions, National Rehabilitation Center for Persons with Disabilities, 2Department of Assistive Technology, National Rehabilitation Center for Persons with Disabilities, 3Department of Metabolism and Endocrinology, Graduate School of Medicine, Juntendo University, 4Department of Rehabilitation Medicine, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo, 5Department of Clinical Research, National Rehabilitation Center for Persons with Disabilities

* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

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Le présent protocole décrit un système de « mouvement passif de la tête » conçu sur mesure, qui reproduit les accélérations mécaniques à la tête des rongeurs générées pendant leur course sur tapis roulant à des vitesses modérées. Il permet de disséquer les facteurs/éléments mécaniques des effets bénéfiques de l’exercice physique.

Résumé

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L’exercice est largement reconnu comme efficace pour diverses maladies et troubles physiques, y compris ceux liés au dysfonctionnement cérébral. Cependant, les mécanismes moléculaires derrière les effets bénéfiques de l’exercice sont mal compris. De nombreux entraînements physiques, en particulier ceux classés comme exercices aérobiques tels que le jogging et la marche, produisent des forces impulsives au moment du contact du pied avec le sol. Par conséquent, il a été spéculé que l’impact mécanique pourrait être impliqué dans la façon dont l’exercice contribue à l’homéostasie de l’organisme. Pour tester cette hypothèse sur le cerveau, un système de « mouvement passif de la tête » (ci-après appelé PHM) conçu sur mesure a été développé qui peut générer des accélérations verticales avec des magnitudes et des modes contrôlés et définis et reproduire la stimulation mécanique qui pourrait être appliquée à la tête des rongeurs pendant le tapis roulant à des vitesses modérées, une intervention typique pour tester les effets de l’exercice chez les animaux. En utilisant ce système, il a été démontré que le PHM récapitule la signalisation du récepteur de la sérotonine (5-hydroxytryptamine, ci-après appelée 5-HT) du récepteur 2A (5-HT2A) dans les neurones du cortex préfrontal (PFC) de souris. Ce travail fournit des protocoles détaillés pour l’application du MPS et la mesure des accélérations mécaniques qui en résultent à la tête des rongeurs.

Introduction

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L’exercice est bénéfique pour traiter ou prévenir plusieurs troubles physiques, y compris les maladies liées au mode de vie telles que le diabète sucré et l’hypertension essentielle1. Dans le même ordre d’idées, des preuves ont également été accumulées concernant les effets positifs de l’exercice sur les fonctions cérébrales2. Cependant, les mécanismes moléculaires sous-jacents aux avantages de l’exercice pour le cerveau restent principalement non élucidés. La plupart des activités physiques et des entraînements génèrent des accélérations mécaniques à la tête, du moins dans une certaine mesure. Alors que divers phénomène....

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Protocole

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Toutes les expériences sur les animaux ont été approuvées par le Comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux du Centre national de réadaptation pour les personnes handicapées. Des rats Sprague-Dawley mâles âgés de 8 à 9 semaines ont été utilisés pour mesurer les accélérations à la tête pendant la course sur tapis roulant et le MPS. Des souris C57BL/6 mâles âgées de 9 à 10 semaines ont été utilisées pour des tests de comportement et des analyses histologiques du PFC. Les animaux ont été obtenus de sources commerciales (voir le tableau des matériaux).

1. Mesure de l’amplitude des accélérations le long des....

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Résultats

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L’amplitude maximale des accélérations verticales à la tête des rats pendant leur course sur tapis roulant à une vitesse modérée (20 m/min) était d’environ 1,0 × g (figure 1C). Le système PHM (Figure 1D) a été mis en place pour générer des pics d’accélération verticale de 1,0 × g à la tête des rongeurs.

L’application de PHM (2 Hz, 30 min/jour pendant 7 jours) à des souris a significativement atténué leur HTR par rapp.......

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Discussion

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En utilisant le système d’application PHM développé, nous avons montré que la signalisation 5-HT dans leurs neurones PFC est régulée mécaniquement. En raison de la complexité des effets de l’exercice, il a été difficile de disséquer avec précision les conséquences de l’exercice dans le contexte de la promotion de la santé. L’accent est mis sur les aspects mécaniques pour empêcher l’implication ou la contribution d’événements métaboliques qui peuvent survenir avec ou après des activités d’exercice, telles que la consommat.......

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs déclarent qu’il n’y a pas d’intérêts concurrents associés aux travaux décrits dans cet article.

Remerciements

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Ce travail a été financé en partie par le Fonds de recherche intra-muros du Ministère japonais de la santé, du travail et du bien-être; Subventions pour la recherche scientifique de la Société japonaise pour la promotion de la science (KAKENHI 15H01820, 15H04966, 18H04088, 20K21778, 21H04866, 21K11330, 20K19367); Programme soutenu par le MEXT pour la Fondation de recherche stratégique dans les universités privées, 2015-2019 du ministère japonais de l’Éducation, de la Culture, des Sports, de la Science et de la Technologie (S1511017); la Naito Science & Engineering Foundation. Cette recherche a également reçu un financement de l’Alliance for Regenerative Rehabilitation....

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
5-hydroxytryptophane (5-HTP)Sigma-AldrichH9772Précurseur de la sérotonine (5-HT)
Pilote de moteur sans balaisMoteur orientalBMUD30-A2Changeur de vitesse pilote de moteur intégré
C57BL/6 sourisOriental yeast companyC57BL/6JSouris utilisées dans cette étude
CryostatLeicaCM33050SMicrotome pour couper des échantillons congelés
Moteur à courant continuMoteur orientalBLM230-GFV2Moteur
Donkey anti-chèvre Alexa Fluor 568InvitrogenA-11057Anticorps secondaire utilisé pour la coloration immunohistochimique Donkey
anti-souris Alexa Fluor 647InvitrogenA-31571Anticorps secondaire utilisé pour la coloration immunohistochimique
Donkey anti-lapin Alexa Fluor 488InvitrogenA-21206Anticorps secondaire utilisé pour la coloration immunohistochimique Sérum
d’âne Sigma-AldrichS30-100MLBloqueur de la liaison non spécifique des anticorps dans la coloration immunohistochimique
Microscope à fluorescenceKeyenceBZ-9000Microscope à fluorescence
Récepteur polyclonal anti-5-HT2ASanta Cruz Biotechnologysc-15073Anticorps primaire utilisé pour la coloration immunohistochimique
IsofluranePfizerv002139Anesthésique
par inhalation KimWipeNIPPON PAPER CRECIAS-200Chiffon en papier pour le nettoyage des surfaces, pièces, instruments en laboratoire
Bloqueur de liquideDaido SangyoPAP-SMarqueur utilisé pour rendre la surface de la lame hydrofuge
Souris monoclonal anti-NeuN (clone A60)EMD Millipore (Merck)MAB377Anticorps primaire utilisé pour la coloration immunohistochimique
NinjaScan-LightSwitchscienceSSCI-023641Accéléromètre pour mesurer les accélérations
composé OCTSakura Finetek45833Agent d’enrobage pour la préparation de coupes de tissus congelés
ProLong Gold Antifade MountantInvitrogenP36934Milieu de montage pour prévenir Farine polyclonale
de lapin anti-c-FosSanta Cruz Biotechnologysc-52Anticorps primaire utilisé pour la coloration immunohistochimique
Boîte à lamesAS ONE03-448-1Boîte opaque pour stocker les lames
Spike2Cambridge electronic design limited (CED)N/ALogiciel d’application utilisé pour analyser l’accélération
Rats Sprague-DawleyJapon SLCSlc :SDRats utilisés dans cette étude
Tapis roulantMuromachiMK-680Système utilisé dans des expériences de course forcée de rats et de souris

Références

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  1. Lackland, D. T., Voeks, J. H. Metabolic syndrome and hypertension: regular exercise as part of lifestyle management. Current Hypertension Reports. 16 (11), 1-7 (2014).
  2. Heyn, P., Abreu, B. C., Ottenbacher, K. J.

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Mots-clés

Passive Head MotionVertical AccelerationTreadmill RunningMechanical StimulationPrefrontal Cortex5 HT2A ReceptorHead Twitch ResponseImmunostaining ProtocolFluorescence MicroscopySerotonin Signaling

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