Magnetische stimulatie over het hele lichaam vermindert eetbuien in een muismodel van verstoord eten

Samenvatting

Magnetische stimulatie van het hele lichaam (WB-MS) werd gebruikt in een eetbui-achtig voedingsmodel waarbij intermitterende toegang tot een smakelijk dieet werd toegepast. WB-MS verminderde de inname tijdelijk tijdens de simulatie zonder de voedselinname te veranderen. Toch bleven de effecten niet aanhouden, want eetbui-achtig gedrag kwam na behandeling weer naar voren, zonder veranderingen in gewicht, vetstof of accumbens c-Fos-expressie.

Samenvatting

Magnetische stimulatie van het hele lichaam (WB-MS) werd gebruikt in een eetbui-achtig voedingsmodel waarbij intermitterende toegang tot een smakelijk dieet werd toegepast. WB-MS verminderde de inname tijdelijk tijdens de simulatie zonder de voedselinname te veranderen. Toch bleven de effecten niet aanhouden, want eetbui-achtig gedrag kwam na behandeling weer naar voren, zonder veranderingen in gewicht, vetstof of accumbens c-Fos-expressie.

Inleiding

Binge eating is een ontregeld voedingspatroon dat wordt gekenmerkt door snelle consumptie van grote hoeveelheden zeer smakelijk voedsel zonder fysiologische honger. Het is een kernkenmerk van eetbuistoornis (BED), een aandoening die sterk geassocieerd wordt met obesitas en metabole disfunctie ^1,2. Toenemend bewijs benadrukt de rol van mesolimbische beloningscircuits bij het verlies van controle over het voedgedrag ^3,4. BED wordt steeds meer geconceptualiseerd als een stoornis van veranderde corticostriatale signalering, waarbij ontregelde communicatie tussen beloningsgerelateerde en executieve controlesystemen dwangmatige voedselinname bevordert. Op neurobiologisch niveau draagt dopaminerge signalering binnen het mesolimbische pad, samen met glutamaterge inputs, bij aan veranderde incentive-salientie en overmatige motivatie voor smakelijk voedsel ^5,6. Daarnaast interageren perifere metabole signalen zoals GLP-1, insuline en ghreline met deze circuits om beloningswaardering en voedingsgedrag te moduleren⁷. Recent bewijs wijst verder op dat binge-achtig gedrag geassocieerd is met veranderingen in de neurale dynamiek binnen de NAc, waaronder laagfrequente oscillaties in de delta- en theta-gebieden (2–8 Hz), die in verband zijn gebracht met beloningsanticipatie en verlangenstoestanden voorafgaand aan verlies van controle⁸.

De NAc fungeert als een integratief knooppunt dat limbische, corticale en motorische systemen verbindt, en motivatiesignalen vertaalt naar doelgericht gedrag. Verstoring van dit systeem, vooral bij herhaalde blootstelling aan smakelijk voedsel, bevordert dwangmatige en gewoontematige innamepatronen ^9,10. Experimentele modellen die intermitterende toegang tot smakelijk voedsel betrouwbaar veroorzaken eetbui-achtig eten worden geassocieerd met verhoogde activatie van de NAc, wat de rol ervan ondersteunt in dwangmatig voedingsgedrag^11–14. Niet-invasieve neuromodulatie verwijst naar technieken die hersenactiviteit veranderen zonder chirurgische ingreep, waaronder magnetisch veld-gebaseerde benaderingen zoals transcraniële magnetische stimulatie¹⁵. Deze strategieën hebben klinische relevantie gekregen vanwege hun vermogen om neurale prikkelbaarheid en netwerkactiviteit bij neuropsychiatrische aandoeningen te moduleren^16,17. Bij mensen is aangetoond dat neuromodulatie symptomen van eetbuien vermindert en gedragscontrole verbetert, evenals de metabole regulatie beïnvloedt^18,19.

Op basis van dit bewijs kan magnetische stimulatie (WB-MS) het hele lichaam een niet-invasieve therapeutische benadering zijn die circuits die betrokken zijn bij dwangmatig voeden kan moduleren. In tegenstelling tot focale technieken kunnen laagfrequente magnetische velden de neuronale excitabiliteit en verspreide hersennetwerken beïnvloeden, wat wijst op een mogelijke impact op subcorticale structuren zoals NAc⁸. Experimentele studies hebben aangetoond dat dergelijke velden dopaminerge en glutamaterge neurotransmissie^moduleren 6,7,8,19, wat een plausibel mechanisme biedt om beloningsgerelateerde circuits te beïnvloeden. De effecten ervan op eetgedrag zoals eetbuien zijn echter onbekend. Daarom evalueerde de huidige studie de effecten van laagfrequente WM-MS in een muismodel van eetbui-achtig eten geïnduceerd door intermitterende toegang tot smakelijk voedsel, waarbij voedselinname, lichaamsgewicht, vetstof en c-Fos-expressie in NAc werden beoordeeld.

Protocol

Alle procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de Mexicaanse Officiële Standaard voor de Zorg en het Gebruik van Proefdieren (NOM-062-ZOO-199) en goedgekeurd door het Institutioneel Comité voor de Zorg en het Gebruik van Laboratoriumdieren (CICUAL) aan de Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), onder protocolnummer 035-CIC-2023. Alle materialen die in de studie zijn gebruikt, worden vermeld in de Materiaaloverzicht.

Bevolkingsdefinitie en verwerving

In totaal werden 30 C57BL/6 muizen (9 vrouwtjes en 21 mannetjes) op postnatale dag 30 (P30), met een initiële lichaamsgewicht van 15–18 g, gebruikt. Muizen werden individueel in kooien gehouden onder gecontroleerde omgevingsomstandigheden: een licht-donkercyclus van 12:12 uur (lichten aan om 6:00 uur), een omgevingstemperatuur van 23 ± 2 °C en een relatieve luchtvochtigheid van 70 ± 10%.

Habituatie

Bij P30 werden de dieren individueel gehuisvest in kooien met ad libitum toegang tot water en standaardvoer. Alle kooien werden milieuvriendelijk verrijkt met kartonnen buizen, en houtkrullen werden als bodembedekking gebruikt. Tijdens de 7-daagse habituatieperiode werden lichaamsgewicht, voedselinname en waterconsumptie elke 24 uur geregistreerd.

Een eetbui-achtige inname

Het experimentele model dat in deze studie wordt gebruikt, is gebaseerd op het intermitterende eetbui-paradigma zoals beschreven door onderzoekers¹⁴. Voorafgaand aan groepstoewijzing werden alle dieren gebracht op een vergelijkbaar gemiddeld lichaamsgewicht (17 g) om de basisvariabiliteit te verminderen. De dieren (N = 30) werden vervolgens willekeurig toegewezen aan experimentele groepen met behulp van een digitale "draai-het-wiel"-tool, waarbij individuele proefpersonen werden opgesomd en sequentieel aan een van de drie groepen werden toegewezen. De standaardgroep omvatte vrouwtjes (standaard vrouwelijke groep, SFG; n = 3) en mannen (standaard mannelijke groep, SMG; n = 7), die continu toegang hadden tot standaard voedsel en water. De continue toegangsgroep omvatte vrouwtjes (continue vrouwelijke groep, CFG; n = 3) en mannetjes (continue mannelijke groep, CMG; n =7) met continue ad libitum toegang tot standaard voedsel, water en smakelijk voedsel (M&M's). De groep met intermitterende toegang bestond uit vrouwtjes (intermitterende vrouwelijke groep, IFG; n =3) en mannen (groep intermitterende mannetjes, IMG; n = 7), die ad libitum toegang hadden tot standaard voedsel en water, en drie keer per week (maandag, woensdag en vrijdag) toegang kregen tot smakelijk voedsel gedurende 2 uur (16:00 tot 18:00 uur). Deze voederomstandigheden werden 35 dagen gehandhaafd.

Magnetische stimulatie van het hele lichaam (WB-MS)

Dit stimulatieparadigma werd gekozen op basis van eerdere studies met laagfrequente elektromagnetische velden (50 Hz, 1 mT) in C57BL/6 muizen onder vergelijkbare experimentele omstandigheden^20,21. WB-MS werd uitgevoerd met een gepulseerd magnetotherapieapparaat (Dhan 1000, magnetotherapie-eenheid) dat een sinusvormig alterneerd magnetisch veld van 10 Gauss (1 mT) bij 50 Hz genereerde. Voor stimulatiesessies bleven muizen individueel in hun eigen kooien, die tussen twee elektromagnetische platen aan tegenovergestelde zijden van elke kooi werden geplaatst. Om magnetische veldinterferentie te voorkomen, werden metalen onderdelen, waaronder de draadkooi, het rooster en de waterfles, tijdelijk verwijderd tijdens stimulatie. Deze opstelling stelde dieren in staat zich vrij te bewegen tijdens de procedure zonder beperking of extra stress.

Om experimentele consistentie te waarborgen, werden identieke omgangs- en omgevingsomstandigheden gehandhaafd tijdens zowel stimulatie- als niet-stimulatiesessies. Tijdens controlesessies (dagen 15–21) waren de magnetische platen identiek gepositioneerd, maar bleven ze inactief, waardoor mogelijke effecten van hanteren, kooimanipulatie, omgevingsgeluid of plaatsing van elektromagnetische platen werden gecontroleerd.

WB-MS bestond uit dagelijkse blootstellingen van 20 minuten van 15:40 tot 16:00 uur over zeven opeenvolgende dagen (dagen 22–28 van het experimentele protocol), direct voorafgaand aan de eetbui-achtige beoordelingsperiode (16:00–18:00). Van dag 29 tot 35 werden de muizen opnieuw onderworpen aan sessies zonder stimulatie, waarna hun voedselinname werd beoordeeld.

Verzameling vetweefsel

Aan het einde van het experimentele protocol (dag 36, 8:00 uur) werd vetweefsel verzameld van alle experimentele groepen. De SG bestond uit drie vrouwen en twee mannen (n = 5), de CG uit drie vrouwen en drie mannen (n = 6), en de IG uit drie vrouwen en vier mannen (n = 7). Alle dieren werden verdoofd met ketamine (60 mg/kg) en xylazine (5 mg/kg)²², en het ontbreken van een nociceptieve reactie op de teenknijpstimulatie bevestigde een voldoende diepte van de anesthesie. Vervolgens werd een ventrale middenlijnincisie uitgevoerd met een scalpelblad nr. 3, dat door de subcostale, lies- en middenlijnbuikgebieden lies, gevolgd door een zachte laterale terugtrekking van de huid om de buikholte bloot te leggen.

Gonadale, retroperitoneale en subcutane vetweefseldepots werden zorgvuldig geïdentificeerd, ontleed en verwijderd onder gestandaardiseerde omstandigheden om de variabiliteit tussen monsters te minimaliseren. Direct na de dissectie werden de weefsels gewogen met een gekalibreerde analytische balans (maximale capaciteit 220 g, leesbaarheid 0,1 mg), eerder geverifieerd volgens de specificaties van de fabrikant²³. Alle monsters werden onder identieke omstandigheden verwerkt over groepen om experimentele consistentie te waarborgen.

Hersenweefselvoorbereiding en immunofluorescentie

Muizen werden 90 minuten na de laatste voedselconsumptie²⁴ minuten geëuthanaseerd. De hersenen werden verzameld na intracardiale perfusie met 4% paraformaldehyde en vervolgens verwerkt voor histologische analyse. Coronale hersendoorsneden (30 μm) werden verkregen met een cryostaat die op −18 °C werd gehouden en werd opgeslagen in PBS met natriumazide tot de verwerking. Een subset mannelijke dieren uit elke experimentele groep werd toegewezen aan hersenweefselvoorbereiding voor immunofluorescentieanalyses (SG, n = 4; CG, n = 4; IG, n = 4), terwijl de overige dieren werden gebruikt voor het verzamelen van vetweefsel. Deze differentiële toewijzing werd a priori bepaald op basis van methodologische vereisten, aangezien intracardiale perfusie met paraformaldehyde resulteert in weefselfixatie die onverenigbaar is met latere vetweefseloogst vanwege verstoring van de integriteit van vetweefsel. Daarom werd de steekproefverdeling uitsluitend bepaald door technische beperkingen en was onafhankelijk van de toewijzing van de experimentele groep of biologische uitkomsten.

Voor c-Fos immunofluorescentie werden secties 72 uur geïncubeerd met een muis monoklonaal anti-c-Fos antilichaam (1:1000, sc-166940) verdund in PBS met 0,25% varkenshuidgelatine en 0,5% Triton X-100, dat diende als blokkerende en permeabilisatieoplossing. De primaire antilichaamincubatie werd 24 uur uitgevoerd bij kamertemperatuur, gevolgd door 48 uur bij 4 °C. Na incubatie werden de secties grondig afgespoeld in PBS en 2 uur geïncubeerd met een donkey polyklonaal anti-muis secundair antilichaam (Alexa Fluor 488-geconjugeerd, 1:500, AB_2338840) verdund in dezelfde oplossing. Ten slotte werden secties op glazen glijbanen gemonteerd met behulp van montagemedium.

Beeldverwerving en kwantificatie

Confocale beeldvorming werd uitgevoerd met een microscoop uitgerust met een 488 nm laser en een 20x objectieflens. Z-stack beelden werden verkregen met NIS-Elements C software en opgeslagen onder gecodeerde identificaties voor blinde analyse. Kwantificering van c-Fos-positieve kernen werd uitgevoerd met behulp van ImageJ (ImageJ 2.9.0 / 1.53t). Alleen volledig opgenomen kernen werden in de tellingen opgenomen, en er werd een kwadrantgebaseerde benadering toegepast om dubbele telling van individuele cellen te voorkomen. Voor elk dier werd één beeld gemaakt van elk van drie onafhankelijke immunogekleurde secties met identieke acquisitieparameters over alle experimentele groepen. Het aantal c-Fos-positieve kernen werd individueel gekwantificeerd voor elk beeld, en de waarden verkregen uit de drie secties die bij hetzelfde dier horen, werden opgeteld. Deze totale waarde werd vervolgens genormaliseerd tot het totale geanalyseerde oppervlak en uitgedrukt als c-Fos-dichtheid (positieve kernen/mm²). Het algemene schema van de gebruikte experimentele procedures is geïllustreerd in Figuur 1A–H.

Figuur 1: Experimenteel ontwerp en tijdlijn van het eet-achtige eetprotocol en de WB-MS-interventie. (A) toont een representatief beeld van een muis dat de initiële huisvestingsomstandigheden aangeeft. In totaal werden 30 muizen (9 vrouwtjes en 21 mannetjes) individueel gehuisvest in huiskooien vanaf P30 en ondergingen ze een habituatieperiode van 1 week. (B) illustreert de dieetcondities die gedurende het eetbui-achtige eetprotocol van experimentele dag 1 tot dag 35 worden toegepast. De controlegroep had ad libitum toegang tot standaard voedsel en water. Continue toegangsgroepen hadden ad libitum toegang tot standaard voedsel, water en smakelijk voedsel. Intermitterende toegangsgroepen hadden ad libitum toegang tot standaard voedsel en water. Tegelijkertijd werd smakelijk voedsel alleen verstrekt op maandag, woensdag en vrijdag van 16:00 tot 18:00 uur. (C) geeft aan dat dieren van dag 15 tot 21 onder dezelfde dieetomstandigheden bleven terwijl magnetische stimulatieplaten onder de kooien werden geplaatst zonder stimulatie (schijnblootstelling). (D) toont aan dat van dag 22 tot 28 WB-MS 20 minuten voor blootstelling aan smakelijk voedsel werd toegediend, terwijl de bijbehorende dieetcondities voor elke groep werden gehandhaafd. (E) geeft aan dat van dag 29 tot 35 WB-MS werd gestopt, hoewel de voedingsomstandigheden ongewijzigd bleven. (F) toont aan dat hersenen werden verzameld op postnatale dag 72 (P72), gevolgd door vetweefselverzameling op postnatale dag 73 (P73). (G) illustreert hersensecties met behulp van een cryostat- en immunohistochemische procedures. Ten slotte toont (H) confocale microscopieanalyse van c-Fos immunoreactiviteit. De afbeeldingen zijn gemaakt door de auteurs met behulp van Biorender, en er is een juiste licentie verkregen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Statistische analyse

Statistische analyses werden uitgevoerd met SPSS versie 25. Omdat normale verdeling niet kon worden aangenomen, werden niet-parametrische tests gedurende het hele onderzoek gebruikt. Verschillen tussen de SG, CG en IG werden geëvalueerd met behulp van de Kruskal–Wallis-test. Herhaalde vergelijkingen binnen elke experimentele groep werden geanalyseerd met behulp van de Friedman-test, gevolgd door meervoudige vergelijkingstests wanneer passend. Vanwege beperkte steekproefgroottes voor bepaalde experimentele eindpunten, met name bij vrouwtjes (n = 3 per groep), werden gegevens van mannelijke en vrouwelijke C57BL/6-muizen samengevoegd voor de analyses in Figuur 2, Figuur 3 en Figuur 4 om de statistische robuustheid te verbeteren en een verkennende beoordeling van experimentele uitkomsten te ondersteunen. Daarnaast werden gepoolde eet-achtige innamegegevens van mannelijke en vrouwelijke C57BL/6-muizen geanalyseerd met behulp van een tweerichtings-ANOVA, gevolgd door meervoudige vergelijkingen om de effecten van experimentele groep en tijd gedurende het voedingsprotocol te evalueren, inclusief de WB-MS stimulatieweek. Statistische significantie werd gedefinieerd als p ≤ 0,05.

Resultaten

Gedurende de eetbui vertoonden proefpersonen in de intermitterende toegangsgroepen (IMG voor mannen, IFG voor vrouwen) een significant hogere calorie-inname dan die in de standaard (SFG en SMG) en continue groepen (CFG en CMG) op dag 15, 17 en 19 (Kruskal-Wallis test; p < 0,05; Figuur 2A–B). WB-MS werd toegediend met een intensiteit van 1 mT en een frequentie van 50 Hz gedurende 20 minuten per dag gedurende zeven opeenvolgende dagen...

Discussie

De huidige bevindingen suggereren dat WB-MS het eetgedrag in een muismodel, geïnduceerd door intermitterende toegang tot smakelijk voedsel, tijdelijk kan moduleren. Hoewel er geen significante veranderingen in neuronale activiteit werden vastgesteld in de NAc, nam de smakelijke voedselinname geleidelijk af gedurende de intermitterende toegangssessies tijdens de stimulatieperiode, wat culmineerde in een significante afname tijdens de laatste eetbuisessie. Deze observaties suggereren dat m...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
ImageJ	imagej.net	Public Domain, BSD-2	Software. Java-based image processing program. Developed at the National Institutes of Health and the Laboratory for Optical and Computational Instrumentation (LOCI, University of Wisconsin)
Coverslips	Corning	2935	Cover glass 24 x 50 mm (Thickness 0.13–0.17)
Secondary antibody	Jackson ImmunoResearch	AB_2340758	Donkey polyclonal anti-mouse secondary antibody
Laboratory Rodent Diet 5001	LabDiet	1320	Standard food. https://di.facmed.unam.mx/comisiones/Composici%C3%B3n%20del%20alimento%20Laboratory%20Rodent%20Diet%205001.pdf
Leica CM1510 S	Leica	CM1510 S	Cryostat voor routine histologie.
M&Ms 43.8g (Brown packaging)	M&M´s	NA	Smaakvolle voeding. Voedingswaarde per 100 : 480 kcal, 19 g vet, 70 g koolhydraten, 5,1 g eiwit, 0,13 g zoutIngrediënten: suiker, cacaomassa, mageremelkpoeder, cacaoboter, lactose, zetmeel, melkvet, palmvet, glucosestroop, sheaboter, stabilisator (gom arabicum), dextrine, glansmiddelen (bijenwas, carnaubawas), kleurstoffen (E100, karmijn, E132, E133, E150a, E150c, E150d, E153, E160a, E160e, E162, E163, E170), bietenconcentraat, emulgatoren (sojalecithine, E445), zout, smaakstoffen, palmpitvet, antioxidant (E306). (Kan bevatten: pinda's, hazelnoten, amandelen). Melkchocolade bevat minimaal 14% melkvaststoffen. Melkchocolade bevat plantaardige vetten naast cacaoboter.
Dhan 1000	Magnetoterapia SA de CV	MAG1000	Gepulseerd magnetotherapieapparaat
PBS	MEYER	Monobasic 2415. Dibasic 2410.  NaCl S3014	Natriumfosfaatmonohydraat monobasisch. Natriumfosfaatdibasisch heptahydraat. Kristalijn natriumchloride moleculaire biologie kwaliteit.
Nikon Microscope	Nikon Instruments, Inc	A1R+ STORM	Confocale microscoop
Polycarbonate mice cage	Orchid Scientific	EM01	Niet ferromagnetische polycarbonaatkooi gebruikt voor WB-MS-blootstelling, volledig transparant en autovlave (373 x 190 x 138 mm).
Anesket	Pisa	040.000.0226.00	Ketamine injectievloeistof
Procin Equus	Pisa	Q-7833-111	Xylazin injectievloeistof
c-Fos antibody	Santa Cruz Biotechnology	sc-166940	Muis monoklonaal anti-c-Fos antilichaam
Laboratory balance	Sartorius		Analytische weegschaal
VECTASHIELD Mounting Medium	Vector Laboratories	H-1000-10	Antifade montagemedium is speciaal samengesteld om fluorescentiesignalen in immunofluorescentie (IF) microscopie te behouden door fotobleking tot een minimum te beperken.
Glass slides	VELAB	VE-P30	Microscoopglaasjes Eenzijdig gefrost 26 x 76 mm (Dikt 0,8–1,1 mm)
Sodium azide		K 6048.0100	99% Sodiumazide