Model przewlekłej fragmentacji snu wykorzystujący wibrujący wirnik orbitalny do wywoływania deficytu poznawczego i zachowań podobnych do lęku u młodych myszy typu dzikiego
22 września 2020
Prezentowany tutaj jest protokół dla modelu przewlekłej fragmentacji snu (CSF) osiągnięty przez elektrycznie sterowany wirnik orbitalny, który może wywołać potwierdzony deficyt poznawczy i zachowanie podobne do lęku u młodych myszy typu dzikiego. Model ten można zastosować do badania patogenezy przewlekłych zaburzeń snu i zaburzeń pokrewnych.
Przewlekłe zaburzenia snu prowadzą do patogenezy choroby neurodegeneracyjnej. Chcielibyśmy przedstawić prosty, stabilny i długoterminowy protokół do modelowania częstych przerw podczas snu człowieka, aby odpowiedzieć na to pytanie. Te myszy minimalizują pracę przy obsłudze i sztucznych nabywców.
Może standaryzować interwencje wśród myszy w tej samej grupie eksperymentalnej i między różnymi eksperymentami w celu uzyskania powtarzalnych wyników behawioralnych i patologicznych. Model ten można zastosować do różnych modeli chorób, takich jak depresja i choroba Alzheimera, w celu zbadania wpływu przewlekłych zaburzeń snu w obecności choroby podstawowej. Zacznij od losowego przypisania trzech do pięciu dorosłych samców myszy typu dzikiego o wadze od 20 do 28 gramów, od 8 do 10 tygodni, do klatek modelowania i kontroli płynu mózgowo-rdzeniowego, aby uniknąć stresu związanego z izolacją społeczną.
Umieść obie grupy klatek w tym samym pomieszczeniu do modelowania wilgotności od 21 do 23 stopni Celsjusza i wilgotności od 35 do 60% z 12-godzinnym cyklem światła/ciemności, aby utrzymać identyczne środowisko otoczenia. Następnie zapewnij myszom wystarczającą ilość pożywienia i wody za pomocą długich dysz z końcówkami zaworów kulowych na butelkach z wodą, aby zapobiec wyciekom wody podczas ruchów platformy i mocując butelki z wodą na górze każdej klatki za pomocą sprężyny, aby uniknąć przemieszczenia butelek podczas obracania. W celu modelowania fragmentacji snu przewlekłego zaprogramuj elektrycznie sterowany wirnik orbitalny z platformą o wymiarach 67 na 110 centymetrów, aby działał o godzinie 8:00 rano.
do godziny 20:00 fazy światła i użyj timera półprzewodnikowego, aby ustawić prędkość wirnika na 110 obrotów na minutę na powtarzający się cykl 10 sekund włączenia, 110 sekund przerwy. Użyj grubych sprężyn, aby przymocować klatki płynu mózgowo-rdzeniowego na górze platformy wirnika, aby zapobiec przemieszczeniu się klatek podczas obrotu platformy i potwierdzić, że dostęp do żywności i wody jest utrzymany podczas rotacji orbitalnej.
Po skonfigurowaniu systemu modelowego obserwuj klatki przez co najmniej godzinę, aby upewnić się, że wirnik orbitalny działa prawidłowo. W okresie modelowania waż myszy co tydzień o 8:00 rano podczas zmiany ściółki i w razie potrzeby usuń z nich wszelkie agresory.
Pod koniec okresu modelowania kontynuuj trzymanie i karmienie myszy w pomieszczeniu do modelowania. Aby wykonać test Morris Water Maze, w godzinach od 8:00 do 12:00
codziennie przez pięć dni wypuszczaj jedną mysz na raz do okrągłego zbiornika wypełnionego wodą o temperaturze od 20 do 23 stopni Celsjusza w jednym z czterech kwadrantów dla każdej próby. Podczas próby użyj systemu śledzenia wideo, aby zarejestrować opóźnienie ucieczki każdej myszy, gdy próbuje dopłynąć do platformy. Jeśli mysz nie jest w stanie zlokalizować platformy w ciągu 60 sekund, poprowadź zwierzę do platformy.
Pozwól mu pozostać na platformie przez 15 sekund przed powrotem do klatki. Szóstego dnia po treningu wyjmij platformę ze zbiornika na wodę i wypuść mysz z północno-wschodniego kwadrantu na ostatni 60-sekundowy okres pływania na zwierzę. Po modelowaniu płynu mózgowo-rdzeniowego nie obserwuje się różnic w masie myszy między grupą kontrolną a grupą eksperymentalną.
Grupa CSF wykazuje zmniejszoną zdolność do lokalizowania platformy w okresie pięciu dni treningowych w badaniu behawioralnym Morris Water Maze w porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi. W teście sondy myszy z płynem mózgowo-rdzeniowym spędzały znacznie mniej czasu proporcjonalnie w docelowym kwadrancie, rzadziej przekraczając poprzednią lokalizację platformy bez zauważalnej różnicy prędkości pływania. W znanej fazie testu rozpoznawania nowych obiektów nie ma znaczącej różnicy w całkowitym czasie eksploracji między grupą płynu mózgowo-rdzeniowego a grupą kontrolną ani w czasie eksploracji między obiektami A1 i A2 w którejkolwiek z grup.
W fazie badania wskaźnik dyskryminacji myszy z płynu mózgowo-rdzeniowego jest znacznie obniżony w porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi. W tych reprezentatywnych testach w terenie otwartym i testach wymuszonego pływania grupa płynu mózgowo-rdzeniowego spędzała mniej czasu w strefie centralnej podczas testu niż grupa kontrolna. Myszy z płynu mózgowo-rdzeniowego wykazywały również większą całkowitą odległość ruchu w zbiorniku, co sugeruje zwiększoną spontaniczną aktywność po modelowaniu.
Niemniej jednak modelowanie płynu mózgowo-rdzeniowego nie wywołało zachowań podobnych do depresji, co potwierdzają nieistotne różnice w czasie bezruchu między dwiema grupami poddanymi testowi wymuszonego pływania. Wybór odpowiedniego cyklu wibracyjnego i czasu trwania modelowania, a także właściwy harmonogram leczenia płynem mózgowo-rdzeniowym i identyfikacji fenotypu są ważne dla powodzenia tego eksperymentu. Tradycyjne protokoły deprywacji snu wymagają dużego nakładu pracy, głównie w przypadku modelowania ostrego lub krótkoterminowego.
Protokół ten pozwala na badanie patologicznego mechanizmu łagodnych, ale długotrwałych zaburzeń snu.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia protokół modelu chronicznej fragmentacji snu (CSF) z wykorzystaniem elektrycznie sterowanego rotora orbitalnego. Model ten indukuje deficyty poznawcze oraz zachowania przypominające lęk u młodych myszy typu dzikiego, co umożliwia badanie chronicznych zaburzeń snu oraz powiązanych z nimi schorzeń.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Badania behawioralne
- Badania nad snem
Wstęp
- Przewlekłe zaburzenia snu są powiązane z chorobami neurodegeneracyjnymi.
- Celem badania jest opracowanie stabilnego protokołu modelowania przerw w śnie.
- Model ten minimalizuje ingerencje i standaryzuje interwencje w grupach eksperymentalnych.
- Można go zastosować w różnych modelach chorób, w tym w modelach depresji i choroby Alzheimera.
Cel badania
- Aby zamodelować częste przerwy w śnie u myszy.
- Aby zbadać wpływ przewlekłych zaburzeń snu na zachowanie i patologię.
- Aby ułatwić uzyskanie powtarzalnych wyników w różnych eksperymentach.
Zastosowane metody
- Losowy przydział samców myszy typu dzikiego w wieku od 8 do 10 tygodni, o masie od 20 do 28 g.
- Zastosowanie klatek modelowych CSF oraz klatek kontrolnych w celu zapobiegania stresowi związanemu z izolacją społeczną.
- Wykorzystanie sterowanego elektrycznie rotora orbitalnego do fragmentacji snu.
- Oceny behawioralne w celu ewaluacji deficytów poznawczych oraz zachowań lękowych.
Główne wyniki
- Potwierdzone deficyty poznawcze u myszy poddanych chronicznej fragmentacji snu.
- Indukcja zachowań lękowych w grupie eksperymentalnej.
- Ustandaryzowane wyniki w różnych układach eksperymentalnych.
- Potencjalne zastosowania w badaniu chronicznych zaburzeń snu w kontekście różnych jednostek chorobowych.
Wnioski
- Model CSF jest skuteczny w badaniu skutków chronicznych zaburzeń snu.
- Niniejszy protokół może pomóc w zrozumieniu patogenezy powiązanych z nimi zaburzeń.
- Przyszłe badania mogą wykorzystać ten model w analizie różnych chorób neurodegeneracyjnych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Modele chronicznej fragmentacji snu umożliwiają mechanistyczną weryfikację hipotez dotyczących chorób neurodegeneracyjnych poprzez replikację ludzkich fenotypów zaburzeń snu w kontrolowanych systemach przedklinicznych. Podejście to wspiera walidację celów terapeutycznych oraz odkrywanie biomarkerów w chorobie Alzheimera i zaburzeniach pokrewnych poprzez ustanowienie związków przyczynowo-skutkowych między zaburzeniami snu a pogorszeniem funkcji poznawczych. Zstandaryzowany protokół zwiększa pewność predykcyjną we wczesnych etapach odkryć dzięki redukcji zmienności biologicznej i poprawie ciągłości translacyjnej.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesna faza odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Weryfikuje hipotezy terapeutyczne łączące fragmentację snu z patogenezą choroby Alzheimera poprzez fenotypowanie behawioralne.
- Wartość operacyjna: Umożliwia walidację funkcjonalnych celów terapeutycznych poprzez indukcję stabilnych deficytów poznawczych oraz fenotypów lękowych u młodych myszy typu dzikiego.
- Wartość prognostyczna: Wspiera selekcję projektów w portfolio poprzez modelowanie mechanistycznie istotnego czynnika ryzyka progresji chorób neurodegeneracyjnych.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Wartość naukowa: Przygotowanie systemów istotnych dla danej choroby do screeningu związków poprzez ustanowienie spójnych fenotypów bazowych w grupach eksperymentalnych.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja warunków testu dzięki zautomatyzowanemu sterowaniu rotorem orbitalnym, co minimalizuje nakład pracy przy obsłudze i maksymalizuje powtarzalność.
- Skalowalność: Umożliwienie ponownego wykorzystania platformy w wielu badaniach poprzez zapewnienie stabilnego, długoterminowego modelu kompatybilnego z różnymi punktami końcowymi zachowania.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Jest zgodne z badaniami nad biomarkerami translacyjnymi poprzez kwantyfikację deficytów uczenia się przestrzennego i reakcji przypominających lęk jako mierzalnych wyników.
- Wartość operacyjna: Zapewnia ciągłość od etapu odkrycia po walidację przedkliniczną poprzez utrzymanie identycznych warunków środowiskowych dla grup kontrolnych i eksperymentalnych.
- Łagodzenie ryzyka: Wspiera decyzje o dalszym rozwoju w oparciu o analizę ryzyka, wykazując zależne od dawki zmiany behawioralne bez wywoływania zakłócających czynników przypominających depresję.
Integracja potoku i przepływu pracy
Model chronicznej fragmentacji snu integruje się z continuum odkryć, od testowania hipotez, poprzez identyfikację substancji wiodących, aż po walidację przedkliniczną, wspierając iteracyjne doprecyzowanie kandydatów terapeutycznych ukierunkowanych na patofizjologiczne szlaki związane ze snem.
- Biologia odkrywcza: Wspiera weryfikację hipotez, umożliwiając badanie zaburzeń snu jako modyfikowalnego czynnika ryzyka w modelach chorób neurodegeneracyjnych.
- Przesiewanie: Zwiększa gotowość testów poprzez generowanie stabilnych, mierzalnych fenotypów behawioralnych, odpowiednich do wysokiej jakości oceny związków.
- Analityka: Generuje ilościowe pomiary zmiennych zależnych, w tym latencji ucieczki w wodnym labiryncie Morrisa, indeksu dyskryminacji w teście rozpoznawania nowych obiektów oraz czasu przebywania w strefie centralnej w teście otwartego pola.
- Badania translacyjne: Zapewnia ciągłość przedkliniczną poprzez modelowanie przewlekłych efektów snu istotnych dla progresji chorób u ludzi, bez artefaktów związanych ze stresem ostrym.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Służy jako wielokrotnego użytku narzędzie w programach neurobiologii i badań nad snem dzięki swojej zstandaryzowanej, niskonakładowej konstrukcji.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zapewnia pewność predykcyjną w walidacji celu poprzez redukcję niejednoznaczności mechanistycznej w relacjach między snem a neurodegeneracją.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację i powtarzalność dzięki zautomatyzowanym cyklom wibracyjnym i kontroli środowiskowej.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji typu go/no-go poprzez umożliwienie wczesnego wykrywania fenotypów poznawczych i lękowych wskazujących na ryzyko patologiczne.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko poprzez identyfikację związków łagodzących deficyty behawioralne wywołane fragmentacją snu.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy z zakresu neuronauki behawioralnej i fizjologii snu w celu interpretacji swoistości fenotypu.
- Wymaga aparatury, w tym elektrycznie sterowanego rotora orbitalnego z programowalnym czasem i izolacją od wibracji.
- Wymaga standaryzacji warunków utrzymania zwierząt, protokołów karmienia i harmonogramów testów behawioralnych pomiędzy zespołami.
- Wiąże się z koniecznością dostosowania modelu przy zastosowaniu go do różnych szczepów, płci lub modeli chorób współistniejących.
- Obejmuje ograniczenia praktyczne, takie jak potrzeba długoterminowego monitorowania w celu odróżnienia efektów przewlekłych od ostrych reakcji stresowych.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:06
Mouse Screening Preparation
1:58
Chronic Sleep Fragmentation (CSF) Modeling
3:04
Morris Water Maze (MWM) Test
4:00
Results: Representative Effects of CSF Modeling on Young Wild-Type Mouse Cognitive Abilities and Anxiety-Like Behaviors
5:34
Conclusion
