マウスにおける間欠的ビンジインテークモデル

サマリー

M&M's(脂肪と糖でできた非常に口当たりの良い食品)への断続的なアクセスを使用して、マウスで過食モデルが確立されました。この高脂肪、高糖質の食品を断続的に摂取するマウスは、ストレスのような行動、カロリー摂取量の増加、および標準的な食事よりもその食品を好むことを示しました。

要約

肥満は、世界中で8人に1人が罹患しています。過食、特に高カロリー食品は、肥満に重要な役割を果たします。過食症(BED)は、生物学的、心理的、社会的要因の組み合わせによって引き起こされる複雑な状態です。これは、短期間に高カロリー食品を過剰に摂取することを含み、しばしば不安や渇望に関連しています。

ここでは、過食症(BED)を調査するためのマウスモデルを開発するために、新しい高嗜好性食品(HPF)であるM&M'sへの継続的および断続的なアクセスを使用するプロトコルを紹介します。HPFは、脂肪と糖分が多いため、その強い嗜好性により研究に最適な食料源であり、強迫的な摂食行動の調査に特に適しています。C57BL/6マウスを使用して、M&M'sへの連続的または断続的なアクセスを提供し、標準的な食事と水への無制限のアクセスを可能にしました。8^{日目までに} 、間欠的アクセス群のマウスは顕著な過食行動を示し、それは26^日目まで 持続しました。また、これらのマウスは、主に菓子類から摂取したカロリーが、連続アクセス群と対照群のマウスよりも有意に多かった。継続的なアクセスと断続的なアクセスの対比は、嗜好性食品の過剰消費を促進する上での給餌スケジュールの重要な役割を強調しています。

さらに、行動評価により、HPF誘発性不安様行動への断続的なアクセスが明らかになり、アクセスパターンが摂食行動と感情状態の両方に心理的な影響を与えることが浮き彫りになりました。この研究は、これら2つの異なる摂食パラダイムを組み込むことにより、非常に嗜好性の高い食品の入手可能性が過食傾向をどのように悪化させるかについての貴重な洞察を提供します。このモデルは、過食行動とその代謝への影響を研究するためのより現実的なアプローチを提供します。これは、生物医学研究における標準化されたモデルの重要性を強調しています。私たちの発見は、BEDの根底にある生理学的および神経的メカニズムへの洞察を提供し、BEDと肥満に対する効果的な治療介入を開発する道を開く可能性があります。

概要

世界保健機関(WHO)^のデータ1によると、世界の8人に1人が肥満です。食事は生理学的な必要性ですが、生理的な必要性のない過食は、太りすぎや肥満に関連する要因であることが知られています²。人間は、健康的な食品よりも、脂肪や糖質などのカロリーが高い口当たりの良い食品を好むことはよく知られています³。

複雑性科学の観点から見ると、摂食障害、特に過食症(BED)は、周期的な過食症パターン、複雑な代償行動、機能不全の対人関係などの新たな行動を示すさまざまな生物学的、心理的、社会的要因の相互作用から生じる多面的な現象です⁴.BEDは、精神障害の診断および統計マニュアル、第5版⁵(DSM-V)によると、約2時間という短期間で高カロリー食品を過剰に摂取することを特徴としています。さらに、BEDは不安や渇望などの行動上の併存疾患と関連しています^6,7。これらの障害の複雑さには、この要因の相互作用を捉え、むちゃ食い行動とその肥満への影響をより包括的に理解できる、より優れた実験モデルが必要です。

基礎研究でビンジのような行動のモデルとして最も使用されているのは、主にラットです。これらのモデルは通常、高脂肪または高糖質の食品への限定的かつ断続的なアクセスを使用して、過食症のような行動を誘発します^8,9,10。別のアプローチは、脂肪と糖の混合物を含む高嗜好性食品(HPF)ペーストを使用して、周期モデルとして知られる、8日ごとに短期間(2時間)口当たりの良い食品を提供することを含む¹¹。別の方法では、HPFを予期せぬ形でクッキーとして提示する¹²_。マウスモデルでは、ビンジのような行動は、同じ周期モデル¹³を使用して研究されることがよくあります。マウスを用いた別の研究では、スクロースへのアクセスを制限して、過食症のような行動を誘発しています¹⁴。

ラットの過食症のような摂食行動に関する広範な研究にもかかわらず、マウスの過食症のモデルは依然として限られています。この研究は、Fazzino らによって提案された HPF の栄養基準に従って、M&M (以下「HPF」) を HPF として使用した過食症のような食事モデルを提案することを目的としています¹⁵。さらに、HPFの報酬特性を、それらが継続的に提示されるか断続的に提示されるかに基づいて評価することを目指しています。私たちの研究では、マウスモデル内のヒトのむちゃ食いに関する特定の診断DSM-V基準間の類似性を観察することを目指しました:短期間(2時間)以内に食物を消費する、通常よりも大量の食物を摂取する、満腹状態にあるにもかかわらずかなりの量を食べる、少なくとも週に2回過食エピソードを経験する。

実験用マウスモデルの使用は、生物医学研究、特にヒトの疾患の研究において非常に貴重なツールであり、マウスは遺伝子の99%をヒトと共有しています¹⁶。マウスを利用することは、トランスクリプトーム情報の理解や、さまざまな疾患に関連する細胞機能や神経回路に関連する治療標的の改変にも大きな利点をもたらします¹⁷。

したがって、この研究では、標準的な食事や水分の欠乏なしにC57BL/6マウスの過食症のような食事を観察するために、M&M's(脂肪と糖でできたHPF)への継続的かつ断続的なアクセスモデルを提案しています。このモデルは、これらの複雑な問題を研究するためのより良いアプローチを表しているため、生物医学研究にとって斬新で必要です。動物モデルの標準化は、再現性のある比較可能な結果を得るために不可欠であり、これはトランスレーショナルリサーチを進め、BEDと肥満に対する効果的な治療介入を開発するための基本です。ここで説明するアプローチは、将来の研究で過食症のような摂食行動の研究の範囲を拡大し、BEDの潜在的な治療標的としてさまざまな薬物の試験を容易にします。マウスでより現実的で標準化されたモデルを実装することで、摂食障害に関与する複雑なダイナミクスとその代謝への影響をよりよく理解できるようになり、BEDの治療と予防のための新しい選択肢が提供されます。

プロトコル

すべての実験は、メキシコの公式実験動物生産および使用技術仕様基準(NOM-062-ZOO-1999)に従って、メキシコ国立自治大学(UNAM)の実験動物の管理および使用のための内部委員会(CICUAL)が定めたガイドラインに完全に準拠して実施されました。

1. 動物たち

1. このプロトコルに従うために、1ヶ月齢、体重16-20gの27匹のC57BLC/6匹の雄マウスをケージに入れ、制御された環境条件下で個別に飼育します:12-12時間の明暗サイクル(06:00オン、18:00オフ)、温度を21±22°Cに維持し、湿度レベルを70±10%に維持します。
   注:この研究では、過食症の摂取中に女性ホルモンの影響を排除するために、雄マウスのみを使用しました。しかし、別の研究¹⁸では、同じモデルを雌マウスに適用し、過食摂取量に違いは観察されませんでした。

2. 慣れ

1. 30日齢のマウスに、標準的な食事と水への 自由な アクセスを提供します。それらを個々のケージに入れて、水と食物の消費量を測定しやすくします。
2. すべてのマウスに紙管を含む豊かな環境を提供し、木の削りくずを寝具として提供します。
3. 体重、食物、水の消費量を24時間ごとに7日間測定します。

3.過食症モデル

1. 慣れ期間の7日目に、げっ歯類(N = 27)を次の3つのグループのいずれかにランダムに割り当てます。
2. HPFに対する新恐怖症を最小限に抑えるために、すべての被験者にHPF(100 kcalあたりの栄養成分:480 kcal、19 gの脂肪、70 gの炭水化物、5.1 gのタンパク質、0.13 gの塩)へのアクセスを2時間(16:00から18:00まで)提供します。
3. 各グループの指定された給餌条件を26日間一貫して続けます。
   1. Chow Group (CG) n = 9: 標準的な chow と水への 自由な アクセスを提供します。
   2. 連続群 (CoG) n = 9;標準的なチャウ、HPF、および水への自由な アクセスを提供します。
   3. 断続的なグループ(IG)n = 9:標準的な食事と水への 自由な アクセスを提供しますが、HPFは特定の日(1、3、5、8、10、12、15、17、19、22、24、および26)にのみ2時間(16:00から18:00まで)提供します。
4. 最初のセッションからセッション 26 まで、16:00 時と 18:00 時に、すべての被験者の体重、標準的な食事摂取量、口当たりの良い食物摂取量、および水分消費量を測定します。

4.具体的な指示

1. 標準のチャウをケージラックに置き、HPFを小さなプラスチック容器に入れます。各セッションで、これらのコンテナをケージの角(左後方、右後方、右前方、左前方)にランダムに配置します。
2. 月曜日、水曜日、金曜日に水(280〜300 mL)と標準的なチャウ(10〜15 g)を補給します。
3. CoGのHPF(4〜4.5 g)を毎日交換します。IGの場合、HPF(4-4.5 g)を月曜日、水曜日、金曜日の16:00に置きます。HPFを色(茶色、青、赤、オレンジ、緑、黄色)ごとにランダムに分布させ、どの色にも好みは観察されません。
4. 慣れの7日目に、CoGグループに割り当てられたマウスに16:00にHPFを与えます。すべての動物について、標準的な食事摂取量、体重、および水分消費量を測定します。

5. データ分析

1. 24時間の摂取量測定の場合は、前日の16:00と当日の16:00に値を記録します。たとえば、2 日目の消費量を評価するには、同じパラメーターの 2 日目の値から 1 日目の標準的な chow、HPF、水分、および体重の値を減算します。
2. 2時間の摂取量測定の場合は、同日の16:00と18:00に値を記録します。たとえば、同じパラメーターの 18:00 h の値から、16:00 h の標準的な chow、HPF、水、体重の値を減算します。
3. 毎日2つの時点(16:00 hと18:00 h)ですべてのデータを収集し、スプレッドシートに入力して、kcal計算を実行します。
   1. kcalを計算するには、各食品のエネルギー値に基づいて、標準チャウとHPFの消費グラムをkcalに比例して変換します(例:標準チャウ:3.02 kcal / g;HPF:4.80 kcal / g)。
4. 選択したソフトウェアを使用してデータを分析およびプロットします。
   1. 統計分析には、Kruskal-Wallis検定とMann-Whitneyの U 検定を使用します。

6. オープンフィールドテスト

注:22日間、14:00時間のオープンフィールドテストは、Kraeuterと同僚¹⁹によって記述されたプロトコルに従って実施されました。このプロトコルは、黒いアクリルシートボックスの中央に動物を配置することで構成されています。アリーナの床は白く、グリッドは黒でした。行動はビデオ追跡システムで記録され、定量化されました。このシステムは、動物がアリーナの中央または周辺で過ごした距離、速度、および時間を記録しました。

1. 試験室とオープンフィールド装置の準備
   1. アリーナには、黒い非多孔質プラスチック製の60 cm(長さ)x 60 cm(幅)x 20 cm(高さ)の正方形の部屋を使用します。
   2. 使用前と使用の合間に70%vol / volエタノールを使用してデバイスを清掃し、臭いの手がかりを取り除きます。
   3. カメラを装置の上に置くと、最適な探索が可能になります view.
   4. ストレスを最小限に抑えるには、通常の住宅条件と同様に温度と湿度を維持してください。実験のためにマウスをある住居から別の住居に移動させる場合は、使用前に毎日少なくとも1時間新しい部屋にマウスを順応させます。
2. オープンフィールドテストの実施
   1. ケージから1匹のマウスを取り除くには、その尾をそっとつかみ、オープンフィールド迷路の中央に置きます。自動開始機能を使用してビデオ追跡ソフトウェアをアクティブにすると、調査員が検出され、調査員がカメラの焦点から外れるとすぐに録画が開始されます。
   2. マウスが迷路に沿って5分間自由に動くのを待ちます。この間、追跡ソフトウェアは動きを記録します。
   3. 試用期間の終了時に、動物をアリーナから取り出し、ホームケージに戻します。
   4. 迷路を掃除する前に、堆積した糞便を視覚的に数え、後で分析するためにそれらを記録します。
   5. すべての糞便ペレットを取り除き、尿の汚れをきれいにします。装置の床と壁に70%エタノールをスプレーし、清潔なペーパータオルで拭きます。エタノール溶液を完全に乾かします。
   6. すべての動物をテストした後、ビバリウムに戻り、アリーナを掃除し、すべての使用済み材料を整理します。
3. データ分析
   注意: ビデオ追跡ソフトウェアは、動物の平均速度、移動距離、装置の中心と周辺で費やした時間など、さまざまなデータの抽出を容易にします。
   1. 移動距離と、装置の中央と周辺で動物が費やした時間を選択します。
   2. 追跡ソフトウェアからデータをスプレッドシートまたはその他の好ましい形式にエクスポートして、さらに統計分析を行います。
   3. お好みのソフトウェアでデータを分析します。

結果

HPFを用いて、C57BL/6マウスの過食症モデルを確立することに成功しました。8日目までに、むちゃ食い行動(2時間にわたって過剰な食物を摂取すること)がしっかりと確立され、26日目まで維持されました(図1A)。断続的なセッション中、IGグループは、CGおよびCoGグループよりも有意に高い総kcal消費量(標準チャウとHPFの両方から)を示しました(図1A、### p < 0.0001、*** p < 0.0001、** p < 0.001、Kruskal-Wallis検定)。CG群とCoG群の間で総kcal消費量に有意差は観察されませんでした(図1A、ns、p > 0.5、Kruskal-Wallis検定)。試験日(22日、24日、26日)では、IG群はCG群とCoG群よりもkcal消費量が多いことを示しました(図1B、### p < 0.0001、*** p <...

ディスカッション

私たちは、2006年にコーウィンが提唱した過食症モデルを、このプロトコルを開発するための基礎として利用しました。しかし、本研究では、CoG⁸に対して2時間口当たりの良い食物を提供する変数を変更しました。それどころか、CoGに自由に口当たりの良い料理を提供しました。これは、どんな食べ物でも24時間アクセスできるという現実をよりよくシミュレートするためです。また、M&M'sは脂肪と糖分を組み合わせるため、脂肪と糖分^{を別々に使用する}他の過食モデルとは異なり、HPFとして使用しました8,20,21,22。最後に、Corwinがラットでモデルを標準化しただけだったため、C57BLC/6マウスで過食モデルを標準化しました。

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
ANY-迷路ビデオ追跡ソフトウェア	Stoelting Co.	4.73 バージョン
C270 HD ウェブカメラ	Logitech	C270 HD	特定のビデオレコーダーを使用する必要はありません。満足のいく画質と解像度のウェブカメラやビデオカメラで十分です。
手袋アンビダーム(黒)	アンビダーム	7.50222E + 12
GraphPadプリズム9	GraphPad
実験室げっ歯類ダイエット5001	ダイエット	1320	https://di.facmed.unam.mx/comisiones/Composici%C3%B3n%20del%20alimento%20Laboratory%20Rodent%20Diet%205001.pdf
M&Ms 43.8g (ブラウン包装)	M&M´s		100個あたりの栄養成分:480kcal、脂質19g、炭水化物70g、たんぱく質5.1g、食塩0.13g原材料 砂糖、カカオマス、スキム 牛乳 粉末、ココアバター、 乳糖、デンプン、 牛乳 脂肪、パーム油脂、グルコースシロップ、シア脂、安定剤(アラビアガム)、デキストリン、グレージング剤(蜜蝋、カルナバワックス)、着色料(E100、カルマイン、E132、E133、E150a、E150c、E150d、E153、E160a、E160e、E162、E163、E170)、ビートルート濃縮物、乳化剤(大豆 レシチン、E445)、塩、香料、パーム核油、酸化防止剤(E306)。(含まれる場合があります: ピーナッツ、ヘーゼルナッツ、アーモンド)。ミルクチョコレートには、乳固形分が14%以上含まれています。 ミルクチョコレートには、カカオバターに加えて植物性脂肪が含まれています。
オープンフィールド迷路
ポリプロピレンマウスケージ	オーキッドサイエンティフィック	SMP01
げっ歯類の飲酒者	サニーペット	SP-3656
Uline Balanza-220 g x 0.01 g	unike.mx	H-9884
UniMask4	シール
ペットボトル unike.mx		S-14487
ニタリーベッド、動物用おがくず	BIOINVERT	番号	10 kg