Determinando o gasto energético basal e a capacidade de adipócitos termogênicos para gastar energia em camundongos obesos
November 11th, 2021
Este manuscrito descreve um protocolo para medir a taxa metabólica basal e a capacidade oxidativa de adipócitos termogênicos em camundongos obesos.
Este protocolo permite que um pesquisador determine se há diferenças no equilíbrio energético dos camundongos, o que pode ajudar a identificar os processos fisiológicos responsáveis por uma mudança no peso corporal. Também pode ser usado para determinar a capacidade de gordura marrom para gastar energia. Esta técnica quantifica o oxigênio consumido e o CO2 produzido por um camundongo individual em um ambiente controlado.
Permite que os usuários calculem o gasto energético neste camundongo individual e determinem se diferentes tratamentos ou manipulações genéticas podem alterar o gasto energético. Para começar, abra o software que controla o gabinete e o fluxo de ar e deixe o software testar a comunicação do computador com o equipamento. Uma vez estabelecida a comunicação, clique em arquivo e abra a configuração do experimento e selecione a configuração do experimento pré-projetada pelo fornecedor ou configurada a partir de um ensaio anterior.
Em seguida, clique em experimentar e clique em propriedades para abrir a janela de propriedades do experimento. Na janela de propriedades, configure os parâmetros do recinto ambiental, incluindo a temperatura ambiente e os ciclos de luz de 12 horas. Em seguida, clique no experimento, seguido de configuração para abrir a janela de configuração do experimento onde os parâmetros de cada gaiola metabólica são definidos.
Em seguida, adicione uma quantidade pré-pesada de comida aos alimentadores nas gaiolas metabólicas que abrigam camundongos fêmeas de oito semanas. Além disso, coloque as garrafas de água e verifique se as garrafas estão lacradas corretamente e não vaze. Depois de 24 horas, pese os alimentos restantes nas gaiolas e pese os ratos.
Dois a três dias após os camundongos terem sido alojados no sistema, iniciem as medições indiretas de calorimetria e atividade. Primeiro, calibrar os sistemas CLAMS de oxigênio e detector à base de zircônia com dióxido de carbono usando um gás de calibração de composição conhecida. Depois de ligar e garantir que a pressão de saída do tanque esteja entre 5 a 10 libras por polegada quadrada, abra o software do utilitário de calibração para calibrar e testar os sensores de gás.
Clique no experimento e, em seguida, calibrar e pressionar o início. Aguarde que os sensores sejam testados e para que o software peça ao usuário para girar os botões do sensor de gás até que o valor da identidade do oxigênio seja um só. Clique em seguida quando a etapa estiver completa.
Depois de medir o peso corporal e a composição dos camundongos, inicie as medidas de oxigênio, dióxido de carbono e atividade clicando em experimento e corrida. Depois de um mínimo de 48 horas, pare o experimento clicando no experimento e pare. Para exportar os dados, clique no arquivo e exporte e exporte todos os sujeitos como um arquivo CSV.
Durante a fase escura, os camundongos têm maior consumo de oxigênio e produção de dióxido de carbono, e, portanto, têm maior gasto energético. Camundongos em uma dieta regular e um estado alimentado com ingestão alimentar ocorrendo no ciclo escuro são caracterizados por valores de relação de variação de troca respiratória próximos a um, indicando uma preferência para o uso de carboidratos. Durante o ciclo de luz, quando os camundongos dormem principalmente e, portanto, rápido, há uma mudança para a oxidação de gordura com os valores RER sendo mais próximos de 0,7.
Assim, a atividade física medida como o rompimento do raio laser XYZ aumenta durante a fase escura e diminui durante a fase de luz. A alimentação por alta gordura aumenta o peso corporal e a massa gorda sem alterar a massa magra. Camundongos alimentados com dieta rica em gordura comem mais quilocalorias por dia, principalmente devido à maior densidade calórica por grama de alimento.
No entanto, a atividade física é semelhante entre a comida e os camundongos alimentados com dieta rica em gordura, mesmo durante o período escuro. Valores de menor relação de coeficiente respiratório de camundongos alimentados com dieta rica em gordura indicam uma preferência para usar gordura como substrato primário para oxidação. O consumo de oxigênio, mas não a produção de dióxido de carbono, aumenta em camundongos alimentados com dieta rica em gordura, o que resulta em um aumento significativo no gasto energético por camundongo.
O gasto energético é aumentado por uma injeção agonista beta-3, principalmente como resultado da ativação adrergica de adipócitos termogênicos, o que aumenta o consumo de oxigênio, a produção de dióxido de carbono e, portanto, o próprio gasto energético. Para medir o gasto energético com o CLAMS, a calibração deve ser concluída e o peso corporal deve ser medido para realizar a análise ancova. Além disso, a ingestão de alimentos deve ser medida tanto no período de adaptação quanto durante as medições.
O período de adaptação acaba quando os camundongos recuperam a ingestão inicial de alimentos e o peso corporal. Este procedimento também pode ser usado para testar os efeitos agudos de drogas na atividade e comportamento do rato. Também utilizamos esse sistema em um estudo colaborativo que demonstrou qual população de neurônios controlados Essa técnica é essencial para estudar doenças relacionadas ao ganho de peso e para identificar processos que controlam a preferência de nutrientes, bem como a atividade física, a termogênese e o equilíbrio energético.
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Visão Geral
Este estudo apresenta um protocolo para avaliar a taxa metabólica basal e a capacidade oxidativa de adipócitos termogênicos em camundongos obesos. O método fornece insights sobre variações no balanço energético em camundongos, o que pode facilitar a compreensão dos processos fisiológicos relacionados às mudanças de peso corporal.
Componentes Principais do Estudo
Área de Pesquisa
- Avaliação da taxa metabólica
- Pesquisa sobre obesidade
- Função de adipócitos termogênicos
Contexto
- Importância de entender o gasto energético na obesidade
- Papel da gordura marrom no gasto energético
- Necessidade de técnicas de medição precisas em estudos metabólicos
Métodos Utilizados
- Calorimetria indireta para medir o consumo de oxigênio e a produção de CO2
- Uso de camundongos fêmeas de oito semanas como organismos modelo
- Configurações de recintos ambientais controlados
Principais Resultados
- O gasto energético varia entre as dietas, destacando diferenças na oxidação de gorduras e carboidratos
- Dietas ricas em gordura levam a um aumento no gasto energético sem alterar a massa magra
- Injeções de agonista beta-3 melhoram significativamente o gasto energético através da ativação termogênica
Conclusões
- Este protocolo auxilia na investigação de doenças relacionadas à obesidade e mecanismos de equilíbrio energético.
- Os resultados contribuem para a compreensão da preferência de nutrientes e termogênese na pesquisa metabólica.
Perguntas Frequentes
Executive Industry Relevance
Accurate quantification of basal energy expenditure and thermogenic adipocyte capacity is critical for de-risking obesity target validation and assessing mechanistic hypotheses in preclinical models. This protocol enables reproducible, quantitative measurement of metabolic flux in obese mice, supporting data-driven go/no-go decisions in early discovery. By controlling for body mass covariance via ANCOVA and isolating beta-adrenergic-stimulated thermogenesis, it enhances predictive confidence in target engagement and pathway modulation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of energetic balance hypotheses in obese mouse models to validate targets affecting nutrient preference, physical activity, and thermogenesis.
- Operational Value: Provides standardized, reproducible indirect calorimetry workflows with food intake and body weight normalization for cross-study comparability.
- Predictive Value: Quantifies basal and stimulated energy expenditure changes to de-risk targets influencing metabolic flux before lead identification.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative oxygen consumption, CO2 production, and respiratory exchange ratio (RER) readouts to assess substrate utilization shifts in response to genetic or pharmacological perturbations.
- Operational Value: Supports assay readiness through calibrated CLAMS systems, defined environmental controls (ambient temperature, light cycles), and standardized adaptation periods for baseline stabilization.
- Scalability Value: Enables multi-cage parallel measurements (e.g., eight mice) for increased throughput in phenotype screening campaigns.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Measures in vivo thermogenic adipocyte capacity via CL-316,243-induced beta3-adrenergic activation, linking target modulation to functional energy expenditure output.
- Operational Value: Uses anesthesia to suppress activity-related confounding, isolating adipocyte-driven thermogenesis for mechanistic clarity.
- Translational Continuity: Connects discovery-phase energetic phenotypes to preclinical advancement by quantifying disease-relevant metabolic dysregulation in obesity models.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from target validation through lead identification by providing energetic phenotyping data that informs mechanism of action and dose-response relationships.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of targets affecting energy balance by measuring changes in basal expenditure and thermogenic capacity in obese mice.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative metabolic readouts (VO2, VCO2, RER, activity counts) enabled by calibrated indirect calorimetry and standardized environmental conditions.
- Analytics: Requires ANCOVA to account for body mass covariance, ensuring accurate energy expenditure normalization and valid statistical comparison across groups.
- Translational Research: Links target modulation to functional outcomes via beta3-agonist-stimulated energy expenditure, validating adipocyte-specific mechanisms in disease-relevant models.
- Enterprise Reuse: Establishes a standardized metabolic phenotyping platform applicable across obesity, diabetes, and NAFLD therapeutic areas for portfolio-wide target assessment.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by quantifying basal and inducible energy expenditure, enabling precise attribution of metabolic effects to specific targets or pathways.
- Operational Value: Ensures reproducibility through sensor calibration, controlled feeding/watering protocols, and defined acclimatization periods before measurement.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision confidence by providing objective, normalized energy expenditure data that reduces false positives in target validation.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of targets based on magnitude and reproducibility of energetic phenotype in obese preclinical models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in indirect calorimetry systems, sensor calibration, and metabolic data analysis including ANCOVA for body mass normalization.
- Dependent on CLAMS or equivalent metabolic cage instrumentation with zirconia-based O2/CO2 detectors and activity monitoring capabilities.
- Necessitates standardized environmental control (temperature, light cycles), pre-weighed food provision, and sealed water bottles to prevent confounding variables.
- Requires adaptation period (24–72 hours) to stabilize baseline food intake and body weight before initiating measurements.
- Limited by stress-induced metabolic changes if anesthesia duration or beta-agonist dosing is not carefully controlled and validated.
![Visualização e Quantificação de Tecidos Adiposos Marrons e Bege em Camundongos usando [18F]FDG Micro-PET/MR Imaging](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fcloudfront.jove.com%2FCDNSource%2Fteasers%2F62460.jpg%3Fv%3D2026-07-08T02%253A25%253A48.878Z&w=384&q=75)
