この記事では、マウスの脳脊髄液(CSF)中のグルコース濃度を高めるための詳細なプロトコルについて説明します。このアプローチは、マウスの神経変性、認知、および末梢グルコース代謝に対する高CSFグルコースの影響を研究するのに役立ちます。
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この記事では、マウスの脳脊髄液(CSF)中のグルコース濃度を高めるための詳細なプロトコルについて説明します。このアプローチは、マウスの神経変性、認知、および末梢グルコース代謝に対する高CSFグルコースの影響を研究するのに役立ちます。
糖尿病は認知機能低下のリスクを高め、脳機能を損ないます。高血糖と認知障害の間のこの関係が因果関係であるかどうかは、とらえどころのないままです。さらに、これらの欠損が脳脊髄液(CSF)および/または血液中のグルコースレベルの上昇によって媒介されるかどうかも不明である。現在の糖尿病モデルはそのような研究課題に対処するのに十分に開発されていないため、中枢神経系(CNS)機能、特に学習と記憶に対する高CSFグルコースレベルの直接的な影響を調査した研究はほとんどありません。本稿では、マウスの浸透圧ミニポンプを用いて側脳室にグルコースを連続的に注入することにより、CSFグルコースレベルを4週間慢性的に上昇させる方法について述べる。プロトコルは、CSF中のグルコースレベルを測定することによって検証された。このプロトコルは、人工脳脊髄液(aCSF)を投与されたマウスのCSFグルコース濃度~56 mg/dLと比較して、0.25 μL/hの流速で50%グルコース溶液を注入した後、CSFグルコースレベルを~328 mg/dLに増加させました。さらに、このプロトコルは血糖値に影響を与えませんでした。したがって、この方法は、血糖値の変化とは無関係に、脳機能または特定の神経経路に対する高CSFグルコースの直接的な影響を決定するために使用することができる。全体として、ここで説明するアプローチは、アルツハイマー病および/または糖尿病に関連する他の神経変性疾患の特徴を媒介する高CSFグルコースの役割をテストするための動物モデルの開発を促進します。
1型糖尿病と2型糖尿病の両方が脳機能を損ないます1,2,3。例えば、糖尿病は認知機能低下やアルツハイマー病を含む神経変性疾患のリスクを高めます3,4。さらに、糖尿病患者は脳内のグルコース感知に欠陥があります5,6。この欠陥は、低血糖に関連する無意識の病因と低血糖に対する不十分な逆調節応答に寄与します7,8、これはすぐに治療しないと致命的となる可能性があります。
糖尿病は血液および脳脊髄液(CSF)9中のグルコースレベルを上昇させることを考慮すると、これらの要因の一方または両方が脳機能障害に寄与するかどうかを判断することが重要です。糖尿病が高CSFグルコースのみによって脳損傷を引き起こすのか、インスリン欠乏症やインスリン抵抗性などの他の要因と組み合わせて脳損傷を引き起こすのかも未解決の問題です。1型および2型糖尿病の動物モデルは、影響を受けたエネルギーバランスおよび末梢グルコース代謝に加えて、認知機能低下および神経変性を示す10、11、12、13。しかし、これらのモデルから、脳機能に対する糖尿病の合併症を媒介する際の高CSFグルコース対血糖値の選択的効果を切り離すことは現実的ではない。
このプロトコルは、脳機能、エネルギーバランス、およびグルコース恒常性に対する慢性的に高いCSFグルコースレベルの影響をテストするために、高グリコラキアのマウスモデルを開発する方法を説明しています。この技術によって開発されたマウスモデルは、神経および行動機能に対する調節不全のグルコース恒常性の病因学的役割を調査するための研究のためのツールを提供します。
したがって、提案されたアプローチは、さまざまな病態生理学的条件におけるCSFグルコースレベルの上昇の直接的な影響を理解するのに役立ちます。
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すべてのマウス手順は、ロチェスター大学の施設動物管理および使用委員会によって承認され、実験動物の人道的ケアおよび使用に関する米国公衆衛生局のガイドラインに従って実施されました。本試験に用いた6週齢のC57BL/6J雄マウスを商業的に入手した。すべての動物を12時間の昼/夜サイクルの部屋にグループ飼育し(ケージあたり5匹のマウス)、餌と水を 自由に摂取できるようにしました。マウスにグルコースを側脳室に注入するためのカニューレを移植した後、他のマウスからのインプラントへの損傷を防ぐために、マウスを単一収容した。
1.浸透圧ミニポンプの組み立て
2. 浸透圧ポンプを埋め込む手術
3.ミニポンプの交換
注:この研究で使用されたミニポンプは4週間しか持続しないため、長期研究の場合に必要となる可能性があるため、グルコース注入の期間を延長するためにミニポンプの交換もテストされました。これには、次の手順が含まれていました。
4. CSF収集手順
5.グルコースアッセイ
6.血糖アッセイ
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オスマウスに浸透圧ミニポンプに組み立てられたカニューレを移植し(図1)、aCSFまたは50%グルコース溶液を側脳室に慢性的に注入しました(図2)。CSFは、この手順の有効性を検証するために、手術の10日後に収集されました(図3)。その結果、50%グルコースを注入したマウスでは、aCSFを注入したマウス(平均:56.5 mg/dL)と比較して、CSFグルコースレベル(平均:327.7 mg/dL)が増加しました。これは、それらの対照同腹仔と比較して、実験マウスにおけるCSFグルコースレベルの約6倍の増加である(図4A)。血糖値は群間で異ならなかった(図4B)。
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この記事では、側脳室に埋め込まれたカニューレに接続された浸透圧ミニポンプを使用して、マウスのCSFグルコースを増加させるための詳細なプロトコルを報告します。この手順によるマウス脳へのグルコースの慢性注入は、認知、全身のグルコース代謝、およびエネルギーバランスに対する長期高グリコラキアの影響を描写し、糖尿病合併症の病因をよりよく理解するのに役立ちます。
慢性糖尿病は、脳と末梢器官との間の通信を遮断する脳損傷を引き起こす15。糖尿病はまた、アルツハイマー病を含む神経変性疾患のリスクを高めます3,4。ストレプトゾトシン(STZ)誘発性1型糖尿病は、糖尿病研究における標準的なげっ歯類モデルです16。STZは膵臓のβ細胞に損傷を与え、1型糖尿病のような病状を引き起こします。さらに、修正版では、ニコチンアミドを伴うSTZの使用は、2型糖尿病を誘発し得る。動物で2型糖尿病のような表現型...
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著者は、利益相反がないことを宣言します。
国立衛生研究所はKHCにDK124619を付与します。
ニューヨーク州ロチェスター大学医学部のスタートアップ資金とパイロット研究賞をKHCに授与。
ロチェスター大学デルモンテ神経科学研究所パイロット研究賞をKHCに授与。
ニューヨーク州ロチェスター大学研究担当副学長室の大学研究賞をKHCに授与。
MURは、メソッドを設計および実行し、結果を分析して、グラフと図を作成し、原稿を作成および編集しました。KHCは研究の構想と監督、結果の分析、原稿の執筆と編集を行いました。KHCはこの作品の保証人です。すべての著者が原稿の最終版を承認した。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.22 以上mシリンジフィルター | メンブレン溶液 | SFPES030022S | |
| 1mL滅菌シリンジ(Luer-lokチップ) | BD | 309628 | |
| 1mL TBシリンジ | BD | 309659 | |
| 100mLガラスビーカー | フィッシャー | N / A | |
| 100%エタノール(Koptec) | DLI | UN170 | 領域を洗浄するために70%希釈を使用してください |
| 50mLコニカルチューブ | フィッシャー | N/A | |
| Allignment indicator | KOPF | 1905 | |
| Alzet brain infusion kit | DURECT | Kit # 3; 0008851 | キット内のチューブを 1 インチの長さにカット |
| Alzet 浸透圧ポンプ | DURECT | 2004 | 流量 0.25 & マイクロ;L/h |
| 麻酔システム | Kent Scientific | SomnoSuite | |
| Betadine solution | Avrio Health | N/A | |
| CaCl2 . 2H2O | Fisher | C79-500 | |
| カニューレホルダー | KOPF | 1966 | |
| センタリングスコープ | KOPF | 1915 | |
| 歯科用セメント 液体 | ラング デンタル | REF1404 | |
| デンタル セメント パウダー | ラング デンタル | REF1220-C | |
| D-グルコース | シグマ | G8270 | |
| 電気ドリル | KOPF | 1911 | を開けながら、硬膜の破裂を避け |
| 目の潤滑剤(Optixcare) | CLC Medica | 、N / A | |
| ガラスビーズ滅菌器(Germinator 500)、 | VWR | 101326-488 | 手術前に器具を滅菌水に入れて冷まします |
| グルコースアッセイキット | ケイマン化学 | 10009582 | |
| H2O2 | Sigma | H1009-500ml | 頭蓋骨の表面に3%H2O2を塗布して、頭蓋縫合糸が見えるようにします。 |
| バリカン | WAHL | N/A | |
| 加熱パッド | Heatpax | 19520483 | |
| Hemostat | N/A | N/A | |
| イソフルラン (フルリソ) | Zoetis | NDC1385-046-60 | |
| KCl | VWR | 0395-500g | |
| 磁気スタンド | WPI | M1 | |
| 拡大鏡 電気スタンド | Brightech | LightView Pro Flex 2 | |
| メタル スパチュラ | N/A | N/A | |
| MgCl2 . 6H2O | フィッシャー | BP214-500 | |
| マイクロマニピュレーター (右利き用) | WPI | M3301R | |
| デジタル表示器付マイクロマニピュレーター | KOPF | 1940 | |
| Na2HPO4 . 7H2O | フィッシャー | S373-500 | |
| NaCl | Sigma | S7653-5Kg | |
| NaH2PO4.H2O | フィッシャー | S369-500 | |
| ネオスポリン | ジョンソン &ジョンソン | N/A | 感染予防のための局所軟膏塗布 |
| パラフィルム | ビーミス | DM-999 | |
| リマジル (カルプロフェン) 50mg/ml | ゾエティス | 5mg | /kg 皮下、鎮痛用 |
| メス | N/A | N/A | |
| 定位固定装置アライグメントシステム | KOPF | 1900 | |
| 滅菌済み 27ゲージ針 | BD | 305109 | |
| 滅菌綿チップアプリケーター(ソロン) | AMD Medicom | 56200 | |
| 滅菌ナイロン縫合糸(5.0) | オアシス | MV-661 | 傷を閉じるために非吸収性縫合糸を使用 |
| 滅菌シャープハサミ | N/A | N/A | |
| 滅菌外科用刃 | VWR | 55411-050 | |
| 手術用手袋(ニトリル) | Ammex | N/A | 汚染の疑いがある場合は手袋を交換し |
| トレイ | N/A | N/A |
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