Smaczna dieta stołówkowa w stylu zachodnim jako niezawodna metoda modelowania otyłości wywołanej dietą u gryzoni
1 listopada 2019
Ten protokół opisuje użycie bardzo smacznej diety stołówkowej w stylu zachodnim do modelowania przejadania się i otyłości u gryzoni. W tym miejscu przedstawiamy szczegółowy zarys selekcji, przygotowania i pomiaru żywności oraz wyjaśniamy czynniki metodologiczne, które pomagają w generowaniu solidnego i powtarzalnego fenotypu.
Metoda ta ma na celu modelowanie przejadania się i wynikającej z niego otyłości poprzez zapewnienie dostępu do szerokiej gamy smacznych pokarmów bogatych w cukier i tłuszcze nasycone. Różnorodność i smakowitość diety zapewnia, że przejadanie się jest niezawodnie promowane, co prowadzi do znacznych zaburzeń metabolicznych w ciągu kilku tygodni. Zapewnienie diety kafeteryjnej pozwala na bardzo szczegółowe zbadanie zmian metabolicznych i neuronalnych związanych z otyłością.
Wizualna demonstracja tej metody jest ważna, ponieważ można wykazać ograniczenia logistyczne, a także sposób, w jaki planowanie i organizacja mogą zwiększyć wydajność karmienia. Po drugie, ponieważ model obejmuje większą interakcję ze szczurami, ważne jest również, aby pokazać, jak odpowiednio rozprowadzać i zbierać pokarm bez stresowania ich. Procedurę zademonstrują Sarah-Jane Leigh, doktorantka, i Mike Kendig, badacz z moim laboratorium.
Aby rozpocząć tę procedurę, zaopatrz się w odpowiednią ilość jedzenia ze stołówki i rozmroź ją 24 godziny przed użyciem. Żywność można rozmrażać za pomocą kuchenki mikrofalowej, ale nie należy jej prezentować, gdy jest gorąca. Zmiana rodzaju oferowanych codziennie produktów dietetycznych w stołówce zapewnia maksymalizację różnorodności i zminimalizowanie zabrudzenia klatek.
Ponieważ szczury zjadają większość swojego dziennego spożycia w początkowej części ciemnego cyklu, zaplanuj uzupełnianie pokarmu w stołówce blisko początku ciemnego harmonogramu, aby jedzenie było świeże w tym czasie. Uzupełniaj dietę stołówkową każdego dnia. Aby nakarmić grupy karmione, odwróć butelki z wodą tak, aby dziobki były podniesione, i umieść klatkę w miejscu pracy.
Zdejmij pokrywę i lekko naruszaj pościel przez około 20 sekund, aby zasymulować proces zbierania produktów spożywczych z pościeli w klatkach dietetycznych w stołówce. Następnie umieść małą garść granulek z pojemnika na żywność w ściółce, aby wyrównać narażenie na żywność na ściółce klatki. Załóż pokrywę klatki i umieść klatkę z powrotem na stojaku.
Po ustabilizowaniu się klatki przywróć butelki z wodą do ich pierwotnej orientacji. Aby nakarmić grupy stołówkowe, umieść produkty dietetyczne w kafeterii w oznaczonym pojemniku dla każdej klatki. Odwróć butelki z wodą tak, aby wylewki były podniesione, umieść klatkę na przestrzeni roboczej i zdejmij pokrywkę.
Usuń jak najwięcej starej diety stołówkowej z pościeli i umieść świeżą dietę stołówkową w klatce. Następnie zamknij klatkę i włóż ją z powrotem do stojaka. Gdy klatka zostanie ustabilizowana, wymień butelki z wodą i butelki z sacharozą.
W razie potrzeby uzupełnij butelki z jedzeniem, wodą i sacharozą. Rozpoczynając dietę kafeteryjną, mierz masę ciała i 24-godzinne spożycie pokarmu co najmniej dwa razy w tygodniu, aby monitorować skuteczność diety. Rozpocznij pomiary spożycia pokarmu w pobliżu początku fazy ciemnej.
Staraj się prezentować ten sam zestaw produktów spożywczych w stołówce w dniach pomiaru spożycia żywności, ponieważ zrównanie smaku i gęstości energetycznej pozwoli na dokładne monitorowanie zmian w czasie. Najpierw przygotuj dietę kafeteryjną i umieść ją w oznaczonym pojemniku dla każdej klatki, pamiętając o zważeniu i zarejestrowaniu każdego składnika. W razie potrzeby uzupełnij poziom wody, sacharozy i karmy.
W przypadku klatek kontrolnych odwróć butelki z wodą tak, aby wylewki były podniesione, umieść klatkę na przestrzeni roboczej i zdejmij pokrywę. Zapisz wagę butelek z wodą i karmy. Zważ szczury i przenieś je do klatki ze świeżą ściółką, wraz ze wzbogaceniem środowiska.
Następnie załóż pokrywę klatki, umieść klatkę z powrotem na stojaku i odwróć butelki z wodą. Do klatki można dodać małe tabliczki informujące o spożyciu pokarmu, aby powiadomić personel i badaczy, aby nie dotykali butelek i karmy. W przypadku klatek stołówkowych wykonaj ten sam proces, ale przed przeniesieniem szczurów rozrzuć również wstępnie zważony pojemnik z jedzeniem stołówkowym wokół klatki ze świeżą ściółką.
Pozostaw szczury na okres 24 godzin z minimalnymi zakłóceniami i rejestruj wszelkie nieprzewidziane zakłócenia. Następnie zapisz wagę butelek z wodą i karmy dla klatek na karmę i dokładnie przeszukaj pościel w poszukiwaniu kawałków karmy. Po zakończeniu usuń znaki spożycia pokarmu z klatek.
Następnie przygotuj świeżą dietę stołówkową dla klatek stołówkowych. Wykonaj następujący proces dla każdej klatki kafeterii. Zapisz wagę wody, karmy i sacharozy.
Zdejmij pokrywę klatki i wzbogac środowisko. Ostrożnie usuń fragmenty stołówki ze ściółki i umieść je w osobnych pojemnikach, upewniając się, że najpierw usunąłeś największe kawałki, a następnie systematycznie przesiewaj całą ściółkę klatki z jednego końca na drugi delikatnymi ruchami zamiatającymi. Rozprowadź nową dietę kafeteryjną wokół klatki, zwróć wzbogacenie środowiska, zamknij pokrywę klatki i włóż klatkę z powrotem do stojaka.
Usuń znak spożycia pokarmu i zapisz wagę każdego jedzenia w stołówce z dokładnością do 10 części grama. Szczurom podaje się smaczne pokarmy, aby modelować tak zwaną dietę zachodnią. Dieta kafeteryjna zwiększa spożycie energii 2,5-krotnie w porównaniu z kontrolą żywieniową.
Karmienie w kafeterii prowadzi do 20% wzrostu masy ciała w porównaniu z grupą kontrolną po trzech do czterech tygodniach. Po sześciu tygodniach diety średnia różnica w przyroście masy ciała między grupami wynosi 67%, a otyłość jest w przybliżeniu podwojona. Spożycie makroskładników w diecie stołówkowej jest spójne dla obu płci i wieku, przy czym około 8% energii spożywa się w postaci białka, 34% w postaci tłuszczu i 58% w postaci węglowodanów.
Nasza karma pielęgnacyjna dostarcza 22% białka, 13% tłuszczu i 65% węglowodanów. Szczury karmione stołówką przejadają się wszystkimi trzema makroskładnikami odżywczymi w porównaniu z grupą kontrolną. Dramatyczna hiperfagia jest napędzana głównie przez spożycie węglowodanów i tłuszczów.
Samice szczurów mogą być szczególnie podatne na otyłe skutki diety kafeteryjnej. W tej kohorcie starszych szczurów samice karmione stołówką były o 20% cięższe i spożywały 3,8 razy więcej energii po zaledwie dwóch tygodniach w porównaniu z grupą kontrolną. Po sześciu tygodniach diety przyrost masy ciała był większy, a masa tłuszczowa podwoiła się u szczurów karmionych stołówką.
Zapewnienie niewystarczającej ilości jedzenia w stołówce może ograniczyć spożycie, więc sprawdź, czy w klatkach stołówkowych pozostało jedzenie. Ponadto różne zestawy pokarmów w stołówce mogą zmieniać spożycie makroskładników. Przeprowadzanie procedur przyjmowania pokarmu w spójny sposób zapewni dokładny pomiar.
Kluczowe jest staranne planowanie diety, aby żywność była smaczna i zróżnicowana. Skuteczne stosowanie diety kafeteryjnej może być czasochłonne i wymaga starannego planowania oraz prac pilotażowych w celu ustalenia stałej hiperfagii i wynikającego z niej przyrostu masy ciała. Możemy monitorować funkcje metaboliczne za pomocą testów tolerancji glukozy, a także funkcje poznawcze za pomocą testów pamięci rozpoznawania, jednocześnie wystawiając zwierzęta na dietę stołówkową.
Następnie możemy przeanalizować wiele obwodowych tkanek metabolicznych i obszarów mózgu post mortem. Metoda ta może być stosowana u szczurów i myszy i czasami była rozszerzana na naczelne inne niż ludzie. Dieta kafeteryjna może być stosowana do badania rozregulowanych zachowań żywieniowych w obecności nadmiernej smakowitości, a także wpływu otyłości na wszystkie układy narządów.
Ta metoda diety kafeteryjnej przyczyniła się do lepszego zrozumienia etiologii i konsekwencji przejadania się i otyłości, a także potencjalnych podejść do stylu życia i farmakologii w celu poprawy wyników zdrowotnych.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy protokół opisuje zastosowanie wysoce smakowitej diety typu „cafeteria” (zachodniej), służącej do modelowania nadmiernego spożycia pokarmu i otyłości u gryzoni. Metoda ta stymuluje przejadanie się poprzez dostęp do różnorodnych, atrakcyjnych smakowo produktów spożywczych, co umożliwia szczegółowe badanie metabolicznych i neurologicznych zmian związanych z otyłością.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Badania nad otyłością
- Badania metaboliczne
Wstęp
- Nadmierne jedzenie i otyłość stanowią istotne problemy zdrowotne.
- Do badania tych schorzeń powszechnie wykorzystuje się modele gryzoni.
- Dieta kawiarniana (cafeteria diet) może skutecznie indukować nadmierne jedzenie.
- Zrozumienie wpływu diety na metabolizm jest kluczowe dla opracowania interwencji.
Cel badania
- W celu modelowania przejadania się i otyłości u gryzoni.
- W celu zbadania zaburzeń metabolicznych wywołanych przez dietę wysokosmakową.
- W celu zapewnienia odtwarzalnej metody badania zmian związanych z otyłością.
Zastosowane metody
- Wdrożenie diety typu „cafeteria” o wysokiej zawartości cukru i tłuszczu.
- Pomiar wyboru i spożycia pokarmów.
- Monitorowanie zmian metabolicznych w czasie.
- Wizualna prezentacja logistyki karmienia i interakcji z badanymi osobnikami.
Główne wyniki
- Znaczące zaburzenia metaboliczne obserwowane w ciągu kilku tygodni.
- Niezawodne wywoływanie nadmiernego jedzenia poprzez urozmaicenie diety.
- Szczegółowe badanie zmian neurologicznych związanych z otyłością.
- Skuteczna metodologia badania wpływu diety na zdrowie.
Wnioski
- Dieta kafeterniana stanowi cenny model w badaniach nad otyłością.
- Zrozumienie zachowań żywieniowych może pomóc w opracowaniu strategii terapeutycznych.
- Przyszłe badania mogą opierać się na tej metodologii w celu uzyskania dalszych informacji.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Smaczna dieta kawiarniana w stylu zachodnim dostarcza fizjologicznie istotnego modelu do badania otyłości indukowanej dietą, odzwierciedlając hiperfagię i rozregulowanie metaboliczne obserwowane u ludzi narażonych na obesogenne środowisko żywieniowe. Takie podejście zwiększa wiarygodność prognostyczną w przedklinicznych badaniach nad otyłością poprzez modelowanie złożonych zależności między smakiem, różnorodnością a przejadaniem się, które napędzają przyrost masy ciała i adipozycję. Wspiera to wczesną walidację celów oraz redukcję ryzyka mechanistycznego w przypadku interwencji terapeutycznych skierowanych na zachowania żywieniowe i choroby metaboliczne.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie hipotez terapeutycznych związanych z przejedzeniem i bilansem energetycznym poprzez indukowanie silnej hiperfagii oraz przyrostu masy ciała.
- Wartość operacyjna: Zapewnia niezawodny, powtarzalny system do walidacji celów zaangażowanych w regulację apetytu i homeostazę metaboliczną.
- Wartość prognostyczna: Wspiera selekcję projektów w portfolio poprzez modelowanie ciężkiego fenotypu metabolicznego, który ściśle odzwierciedla zaburzenia związane z otyłością u ludzi.
Przesiewy i opracowanie testów
- Wartość naukowa: Przygotowanie zwalidowanych układów biologicznych o spójnych fenotypach metabolicznych i neuronalnych do późniejszego przesiewu związków.
- Wartość operacyjna: Zapewnienie gotowości testu poprzez standaryzowane podawanie diety oraz mierzalne wyniki, takie jak spożycie pokarmu i masa ciała.
- Skalowalność: Wsparcie ponownego wykorzystania platformy w różnych badaniach dzięki spójnej indukcji markerów otyłości niezależnie od płci i wieku.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Znaczenie translacyjne: Modeluje zaburzenia metaboliczne obserwowane u ludzi z nadwagą i otyłością, zwiększając istotność badania w kontekście choroby.
- Redukcja ryzyka mechanistycznego: Umożliwia badanie wpływu otyłości na tkanki obwodowe i obszary mózgu, wspierając decyzje o dalszym rozwoju projektu w oparciu o ocenę ryzyka.
- Ciągłość: Łączy etap odkryć z walidacją przedkliniczną dzięki możliwości długofalowego monitorowania przyrostu masy ciała, poziomu otłuszczenia oraz tolerancji glukozy.
Integracja potoku i przepływu pracy
Model diety stołówkowej wpisuje się w kontinuum odkryć, od wczesnej walidacji celu, poprzez identyfikację wiodącego związku, aż po przedkliniczne badania skuteczności, szczególnie w ramach programów badawczych nad otyłością i chorobami metabolicznymi.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących zachowań żywieniowych i obwodów neuronalnych zaangażowanych w mechanizmy nagrody i sytości.
- Przesiewanie: Umożliwia wiarygodną ocenę związków poprzez zestandaryzowane odczyty metaboliczne, takie jak przyrost masy ciała i spożycie pokarmu.
- Analityka: Zapewnia ilościowe pomiary zmiennych zależnych, w tym 24-godzinne spożycie pokarmu, masę ciała oraz stopień otyłości, w celu porównania warunków eksperymentalnych.
- Badania translacyjne: Łączy z pracami przedklinicznymi poprzez mierzalne wyniki, takie jak dwukrotny wzrost stopnia otyłości i nietolerancja glukozy po sześciu tygodniach.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Służy jako powtarzalna metoda modelowania środowisk obesogennych w wielu obszarach terapeutycznych.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną poprzez modelowanie diety, która indukuje nadmierne jedzenie i zespół metaboliczny w stopniu bardziej nasilonym niż diety oczyszczone.
- Wartość operacyjna: Poprawia powtarzalność dzięki standaryzacji sposobu podawania pokarmu, codziennemu uzupełnianiu zapasów i spójnym protokołom monitorowania.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji typu go/no-go poprzez zmniejszenie niepewności biologicznej w walidacji celów związanych z otyłością.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację skorygowaną o ryzyko w oparciu o wiarygodne, indukowane dietą zmiany fenotypowe.
Kwestie dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w obchodzeniu się z gryzoniami, przygotowywaniu diety oraz monitorowaniu behawioralnym w celu uniknięcia stresu i zapewnienia spójności.
- Wymaga infrastruktury do przechowywania żywności, etykietowania i codziennego uzupełniania zapasów zgodnie z cyklem ciemności.
- Wymaga standaryzacji procedur pomiaru spożycia pokarmu pomiędzy zespołami w celu zapewnienia dokładnych i powtarzalnych danych.
- Wymaga rozważenia modyfikacji przy rozszerzaniu badań na inne szczepy, wiek lub płeć gryzoni ze względu na różną podatność na efekty obesogenne.
- Ograniczenia praktyczne obejmują czasochłonne przygotowanie i dystrybucję pokarmu oraz potencjalną zmienność wynikającą z niespójnej różnorodności lub sposobu prezentacji pokarmu.
