System "zrób to sam" do planowego karmienia gryzoni laboratoryjnych w ich domowej klatce
6 czerwca 2025
Ten artykuł szczegółowo opisuje projekt, montaż i protokół dla automatycznego systemu karmienia wraz z alternatywną modyfikacją pokrywy i klatki, która może być zaimplementowana na standardowych klatkach dla gryzoni z minimalnymi modyfikacjami dla eksperymentów optogenetycznych lub fotometrii światłowodowej na uwięzi. System żywienia oferuje ekonomiczne narzędzie do karmienia w czasie i/lub ograniczania kalorii.
Interesuje nas modelowanie paradygmatów diety i braku bezpieczeństwa żywnościowego u myszy. Nasze badania mają na celu zwiększenie podaży kalorii w celu wywołania trwałej utraty wagi. Naszym celem jest zrozumienie, w jaki sposób mózg reaguje na różne stopnie utraty wagi, wpływając na fizjologię rozrodu i zachowania społeczne. Ostry post wystarczy, aby aktywować sygnalizację głodu w mózgu. My i inni wykazaliśmy niedawno, że sygnalizowanie głodu nie tylko skłania do poszukiwania pożywienia, ale także indukuje inne zachowania adaptacyjne, które sprzyjają przetrwaniu podczas głodu. Nasze laboratorium pracowało nad zrozumieniem, w jaki sposób głód może wpływać na fizjologię rozrodu i zachowania społeczne za pośrednictwem określonych neuronów, obwodów w mózgu. Idąc dalej, chcieliśmy ustanowić lepszy sposób ograniczania kalorii, który lepiej odzwierciedlałby wzorce żywieniowe lub modele problemów związanych z brakiem bezpieczeństwa żywnościowego.
Nasz modułowy system żywienia jest niedrogi, łatwo dostępny i można go dostosować do standardowych klatek używanych w wiwariach. Jest to również korzystne, ponieważ zapewnia domową klatkę do eksperymentów z fotometrią na uwięzi, optogenetyczną i światłowodową. Nasz system żywienia zapewnia środki do stopniowego dostosowywania dostarczania żywności i zmniejszania przydziałów żywności w żądanych odstępach czasu. Bardzo często zdarza się, że protokoły ograniczania kalorii podają jedzenie raz dziennie, co słabo naśladuje ludzką dietę lub brak bezpieczeństwa żywnościowego.
[Narrator] Aby rozpocząć, za pomocą narzędzia obrotowego z 1,5-calową tarczą tnącą, wytnij kwadrat o wymiarach 20x25 milimetrów w pokrywie klatki mikroizolatora. Umieść otwór 2.75 centymetra od krawędzi pokrywy i upewnij się, że jest wyśrodkowany nad rusztem. Za pomocą drukarki 3D wydrukuj wspornik, aby połączyć automatyczny podajnik z pokrywą klatki. Zatrzaśnij wspornik w utworzonym otworze. Następnie wsuń automatyczny podajnik na zabezpieczony wspornik. W przypadku eksperymentów z pomiarem czasu najpierw ustaw pory karmienia. Upewnij się, że automatyczny podajnik jest w pełni naładowany. Następnie naciśnij i przytrzymaj przycisk Ustawienia, aż ustawienie godziny na ekranie zacznie migać. Następnie użyj strzałek w górę i w dół, aby wybrać pierwszy żądany zaplanowany okres karmienia i ustaw liczbę przydziałów dla tego punktu czasowego. Załaduj komory automatycznego podajnika żądanymi przydziałami żywności, upewniając się, że każda komora zawiera nie więcej niż 1.5 grama standardowej karmy dla gryzoni. Oznacz jedną komorę taśmą lub farbą, aby monitorować rotację komory i potwierdzić dostawę żywności. Aby zmodyfikować system klatek dla zwierząt na uwięzi, wytnij laserowo przezroczysty element akrylu o grubości trzech milimetrów. Wkładka została zaprojektowana z zakładkami, które zatrzaskują się w górnej części klatki i posiada środkową szczelinę do przejścia krosowego. Otwór o wymiarach 20x25 milimetrów przeznaczony jest na wspornik automatycznego podajnika, a 20 otworów wentylacyjnych umożliwia cyrkulację powietrza. Za pomocą płaskiego śrubokręta lub narzędzia klinowego podważ perforowaną górną pokrywę standardowej pokrywy mikroizolatora. Ostrożnie zwolnij zaczepy ze szczelin na zakładki i wyjmij zarówno perforowany wkład, jak i bibułę filtracyjną. Za pomocą narzędzia obrotowego z 1.5-calową tarczą tnącą usuń wewnętrzną kratkę podtrzymującą żebra pod perforowaną górną częścią i bibułę filtracyjną. Po wycięciu użyj pilnika, aby wygładzić przycięte krawędzie. Następnie zatrzaśnij wymienną wkładkę akrylową w górnej części klatki. Zacznij od wsunięcia wypustek blachy w szczeliny wypustek wzdłuż krótkich krawędzi, a następnie jednej z długich krawędzi. Delikatnie dociśnij, aż płytka zatrzaśnie się na swoim miejscu. Aby zmodyfikować klatkę na zewnętrzną butelkę z wodą, wywierć otwór o średnicy 11 milimetrów wyśrodkowany na krótkiej krawędzi klatki 50 milimetrów od podłogi. Po obu stronach środkowego otworu wywierć dwa dodatkowe otwory o średnicy sześciu milimetrów. Teraz wydrukuj w 3D zewnętrzny wspornik na butelkę z wodą. Zamontuj wspornik do dna klatki za pomocą wózka. Na koniec zamontuj 50-mililitrową stożkową rurkę z zespołem sipper lub korka w zewnętrznym wsporniku.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia zautomatyzowany system karmienia zaprojektowany do eksperymentów na gryzoniach, ze szczególnym uwzględnieniem karmienia w określonych ramach czasowych oraz restrykcji kalorycznych. Celem pracy jest stworzenie lepszych modeli paradygmatów dietetycznych oraz braku bezpieczeństwa żywnościowego, co pozwoli na lepsze zrozumienie reakcji mózgu na zmiany kaloryczne w kontekście zachowań reprodukcyjnych i społecznych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Zachowanie zwierząt
- Modele eksperymentalne
Wstęp
- Badania analizują wpływ spożycia kalorii na utratę masy ciała i powiązane reakcje behawioralne u myszy.
- Zautomatyzowany system karmienia służy jako narzędzie do naśladowania ludzkich wzorców żywieniowych i oceny wpływu sygnałów głodu.
- Poprzednie badania wskazują, że głód wpływa na zachowanie w celu zapewnienia przetrwania i sukcesu reprodukcyjnego.
- Obecne metody ograniczania kalorii obarczone są trudnościami, ponieważ nie odzwierciedlają one dokładnie ludzkiej diety.
Cel badania
- Zaprojektowanie elastycznego i kosztowo efektywnego systemu karmienia do badań nad dietą i jej wpływem na fizjologię.
- Umożliwienie precyzyjnej kontroli czasu i ilości podawanej karmy w eksperymentach na gryzoniach.
- Udoskonalenie modeli braku bezpieczeństwa żywnościowego w warunkach eksperymentalnych.
Zastosowane metody
- Zautomatyzowany system karmienia zintegrowany ze standardowymi klatkami dla gryzoni, służący do precyzyjnej manipulacji poborem energii.
- Wykorzystanie istniejących udogodnień poprzez modyfikację pokryw klatek i ustawień w celu ułatwienia przeprowadzania eksperymentów z wykorzystaniem optogenetyki i fotometrii światłowodowej w układzie tethered.
- Krok po kroku instrukcje montażu w celu adaptacji mechanizmu karmienia oraz modyfikacji klatek.
- Zapewnienie zachowania warunków domowej klatki przy jednoczesnym umożliwieniu wprowadzenia modyfikacji eksperymentalnych.
Główne wyniki
- Zautomatyzowany system podawania pokarmu pozwala na skuteczne kontrolowanie czasu przyjmowania pokarmu, co ułatwia lepsze modelowanie ludzkich wzorców żywieniowych.
- Modyfikacje umożliwiają jednoczesne przeprowadzanie eksperymentów z wykorzystaniem uwięzi oraz dostarczanie pokarmu bez zakłócania warunków utrzymania zwierząt.
- Podejście to może prowadzić do dokładniejszej oceny sygnałów głodu i związanych z nimi zachowań u myszy.
- Wstępne testy wykazały, że system efektywnie dostarcza kontrolowane porcje pokarmu.
Wnioski
- Badanie prezentuje nowatorski system karmienia, który umożliwia lepsze odwzorowanie zachowań żywieniowych w modelach eksperymentalnych.
- System ten utorowuje drogę do bardziej szczegółowych badań nad związkiem między spożyciem kalorii a efektami behawioralnymi.
- Zastosowanie tej konfiguracji w badaniach może przyczynić się do lepszego zrozumienia mechanizmów neuronalnych związanych z głodem i zachowaniami poszukiwania pokarmu.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Precyzyjna kontrola spożycia kalorii oraz harmonogramów karmienia w modelach gryzoni ma kluczowe znaczenie dla badań translacyjnych nad regulacją metaboliczną, starzeniem się oraz neuronauką behawioralną. Ten zautomatyzowany system karmienia, kompatybilny z klatkami domowymi, umożliwia skalowalne i powtarzalne badania nad karmieniem ograniczonym czasowo oraz restrykcją kaloryczną, wspierając ograniczanie ryzyka mechanistycznego i zwiększając pewność predykcyjną we wczesnych etapach procesów odkrywania leków. Możliwość adaptacji systemu do eksperymentów z wykorzystaniem optogenetyki i fotometrii światłowodowej z zastosowaniem tetheringu dodatkowo zwiększa jego wartość dla interdyscyplinarnych zespołów badawczo-rozwojowych analizujących punkty końcowe w zakresie neurobehawioralnym.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia badanie szlaków metabolicznych i neurobehawioralnych w kontrolowanych warunkach dietetycznych.
- Wspiera funkcjonalną walidację celów poprzez dostosowanie paradygmatów karmienia do wzorców istotnych dla ludzi.
- Ułatwia mechanistyczną redukcję ryzyka w przypadku hipotez łączących pobranie kalorii z efektami fizjologicznymi i behawioralnymi.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Standaryzuje protokoły karmienia w celu zapewnienia powtarzalności screeningu fenotypowego w modelach gryzoni.
- Zapewnia ilościową kontrolę nad przydziałami pokarmu i czasem ich podawania, co wspiera opracowywanie testów dla punktów końcowych metabolizmu.
- Przygotowuje zwalidowane systemy biologiczne do późniejszej oceny związków oraz testów behawioralnych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Ujednolica paradygmaty żywienia gryzoni z modelami braku bezpieczeństwa żywnościowego i dietowania, które mają znaczenie w kontekście chorób.
- Umożliwia zachowanie ciągłości od etapu odkrycia po przedkliniczną walidację celów metabolicznych i neurobehawioralnych.
- Wspiera decyzje dotyczące rozwoju projektów z uwzględnieniem ryzyka poprzez zwiększenie wierności modeli i ich istotności translacyjnej.
Integracja potoku i przepływu pracy
System ten wpisuje się w kontinuum od odkryć do badań przedklinicznych, umożliwiając prowadzenie badań opartych na hipotezach dotyczących ograniczenia kalorycznego, adaptacji behawioralnej oraz regulacji metabolicznej w standardowych modelach gryzoni.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących wpływu planowanego karmienia na szlaki neuroendokrynne i behawioralne.
- Przesiewanie: Zapewnia powtarzalne, ilościowe schematy karmienia dla wiarygodnych porównań fenotypowych.
- Analityka: Umożliwia pomiar spożycia pokarmu, odstępów między karmieniem oraz wynikowych efektów fizjologicznych lub behawioralnych.
- Badania translacyjne: Łączy modele przedkliniczne z interwencjami dietetycznymi i punktami końcowymi behawioralnymi istotnymi dla ludzi.
- Wykorzystanie w skali instytucjonalnej: Adaptacyjny projekt pozwala na szerokie zastosowanie w programach badawczych nad metabolizmem, starzeniem się i neurobehawiorystyką.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach metabolicznych i behawioralnych.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje i automatyzuje protokoły żywieniowe, redukując nakład pracy ręcznej oraz zmienność wyników.
- Wartość strategiczna: Umożliwia podejmowanie lepszych decyzji typu go/no-go poprzez poprawę relewantności modeli i jakości danych.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację celów metabolicznych i neurobehawioralnych do dalszego rozwoju w oparciu o analizę ryzyka.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy technicznej w zakresie modyfikacji klatek i programowania podajników.
- Wymaga dostępu do druku 3D oraz podstawowych narzędzi warsztatowych do montażu systemu.
- Wymaga standaryzacji harmonogramów karmienia i protokołów gromadzenia danych pomiędzy zespołami.
- Można dostosować do różnych gatunków gryzoni; system jest kompatybilny z zestawami doświadczalnymi z ograniczoną swobodą ruchu (tethered).
- Ograniczenia praktyczne obejmują pojemność komory oraz konieczność okresowej kalibracji systemu.
