Хроническая модель фрагментации сна с использованием вибрирующего орбитального ротора, чтобы вызвать когнитивный дефицит и тревожное поведение у молодых диких мышей
22 сентября 2020 г.
Здесь представлен протокол для хронической фрагментации сна (CSF) модель, достигнутая с помощью электрически контролируемого орбитального ротора, который может вызвать подтвержденный когнитивный дефицит и тревожное поведение у молодых диких мышей типа. Эта модель может быть применена для изучения патогенеза хронического нарушения сна и связанных с ним расстройств.
Хронические нарушения сна приводят к патогенезу нейродегенеративных заболеваний. Чтобы ответить на этот вопрос, мы хотели бы предоставить простой, стабильный и долгосрочный протокол для моделирования частых прерываний во время сна человека. Эти мыши сводят к минимуму трудозатраты на обработку и искусственных покупателей.
Он может стандартизировать вмешательства среди мышей в одной экспериментальной группе и между различными экспериментами для получения повторяемых поведенческих и патологических результатов. Эта модель может быть применена к различным моделям заболеваний, таким как депрессия и болезнь Альцгеймера, для изучения влияния хронического нарушения сна при наличии основного заболевания. Начните с случайного распределения от трех до пяти взрослых самцов дикого типа в возрасте от 20 до 28 граммов, от 8 до 10 недель, в клетки для моделирования и контроля спинномозговой жидкости, чтобы избежать стресса от социальной изоляции.
Разместите обе группы клеток в одной и той же комнате для моделирования влажности от 21 до 23 градусов Цельсия и от 35 до 60% с 12-часовым циклом света/темноты, чтобы поддерживать идентичную окружающую среду. Затем обеспечьте мышей достаточным количеством пищи и воды, используя длинные насадки с наконечниками шаровых кранов на бутылках с водой для предотвращения утечки воды при движении платформы и закрепив бутылки с водой сверху каждой клетки пружиной, чтобы избежать смещения бутылок во время вращения. Для моделирования хронической фрагментации сна запрограммируйте электрически управляемый орбитальный ротор с платформой размером 67 на 110 сантиметров, который будет работать в 8:00 утра.
до 20:00 световой фазы и используйте твердотельный таймер, чтобы установить скорость ротора на 110 оборотов в минуту для повторяющегося цикла 10 секунд включения, 110 секунд выключения. Используйте толстые пружины для крепления сепараторов спинномозговой жидкости в верхней части роторной платформы, чтобы предотвратить смещение сепараторов при вращении платформы и убедиться в том, что доступ к пище и воде сохраняется во время орбитального вращения.
После настройки модельной системы наблюдайте за клетками в течение не менее одного часа, чтобы убедиться, что орбитальный ротор работает правильно. В период моделирования взвешивайте мышей еженедельно в 8:00 утра при смене подстилки и при необходимости удаляйте из клеток любых агрессоров.
В конце модельного периода продолжайте содержать и кормить мышей в комнате для моделирования. Для проведения теста в водном лабиринте Морриса с 8:00 до 12:00
.Каждый день в течение пяти дней выпускайте по одной мыши в круглый резервуар, наполненный водой с температурой от 20 до 23 градусов Цельсия в одном из четырех квадрантов для каждого испытания. Во время испытания используйте систему видеослежения, чтобы зафиксировать задержку побега каждой мыши, когда она пытается доплыть до платформы. Если мышь не может найти платформу в течение 60 секунд, направьте животное к платформе.
Дайте ему оставаться на платформе в течение 15 секунд, прежде чем вернуть его в клетку. На шестой день после тренировки извлеките платформу из резервуара с водой и отпустите мышь из северо-восточного квадранта на один последний 60-секундный период плавания для каждого животного. После моделирования ликвора различий в весе мышей между контрольной и экспериментальной группами не наблюдается.
Группа спинномозговой жидкости демонстрирует меньшую выживаемость при обнаружении платформы в течение пяти дней обучения в поведенческом испытании в водном лабиринте Морриса по сравнению с контрольными животными. В тесте с зондом мыши проводили значительно меньше времени пропорционально в целевом квадранте, реже пересекая предыдущее местоположение платформы без заметной разницы в скорости плавания. На знакомой фазе теста на распознавание новых объектов не наблюдается существенной разницы в общем времени исследования между спинномозговой и контрольной группами или во времени исследования между объектами А1 и А2 в любой из групп.
На этапе испытаний индекс дискриминации у мышей с ликвором значительно снижается по сравнению с контрольными животными. В этих репрезентативных испытаниях в открытом поле и тестах по принудительному плаванию группа спинномозговой жидкости проводила меньше времени в центральной зоне во время теста, чем контрольная группа. Мыши в спинномозговой жидкости также продемонстрировали большее общее расстояние перемещения в резервуаре, что свидетельствует об увеличении спонтанной активности после моделирования.
Тем не менее, моделирование спинномозговой жидкости не вызывало депрессивного поведения, что подтверждается незначительными различиями во времени неподвижности между двумя группами, подвергшимися тесту на принудительное плавание. Выбор подходящего цикла вибрации и продолжительности моделирования, а также правильной временной шкалы для обработки спинномозговой жидкости и идентификации фенотипа важны для успеха этого эксперимента. Традиционные протоколы лишения сна требуют большой работы, и в основном для острого или краткосрочного моделирования.
Этот протокол позволяет изучить патологический механизм легкого, но длительного нарушения сна.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлен протокол модели хронической фрагментации сна (CSF) с использованием орбитального ротора с электрическим управлением. Эта модель вызывает когнитивный дефицит и тревожно-подобное поведение у молодых мышей дикого типа, что позволяет исследовать хронические нарушения сна и связанные с ними расстройства.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Поведенческие исследования
- Исследования сна
Теоретические основы
- Хронические нарушения сна связаны с развитием нейродегенеративных заболеваний.
- Цель данного исследования — представить стабильный протокол моделирования прерываний сна.
- Эта модель сводит к минимуму манипуляции с животными и стандартизирует вмешательства в экспериментальных группах.
- Данный подход может быть применен к различным моделям заболеваний, включая депрессию и болезнь Альцгеймера.
Цель исследования
- Для моделирования частых пробуждений во время сна у мышей.
- Для исследования влияния хронического нарушения сна на поведение и патологию.
- Для обеспечения воспроизводимости результатов в различных экспериментах.
Используемые методы
- Случайное распределение самцов мышей дикого типа в возрасте от 8 до 10 недель с массой тела от 20 до 28 г.
- Использование модельных и контрольных клеток с CSF для предотвращения стресса, вызванного социальной изоляцией.
- Применение орбитального ротора с электрическим управлением для фрагментации сна.
- Поведенческие тесты для оценки когнитивного дефицита и тревожного поведения.
Основные результаты
- Подтвержденный когнитивный дефицит у мышей, подвергнутых хронической фрагментации сна.
- Индукция тревожного поведения в экспериментальной группе.
- Стандартизированные результаты в различных экспериментальных установках.
- Возможные применения при изучении хронических нарушений сна в контексте различных заболеваний.
Выводы
- Модель CSF эффективна для изучения последствий хронического нарушения сна.
- Данный протокол может помочь в понимании патогенеза связанных с этим расстройств.
- В будущих исследованиях эта модель может быть использована для изучения различных нейродегенеративных заболеваний.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Модели хронической фрагментации сна позволяют снизить риски при проверке механизмов гипотез о нейродегенеративных заболеваниях путем воспроизведения фенотипов нарушения сна человека в контролируемых доклинических системах. Такой подход способствует валидации мишеней и поиску биомаркеров болезни Альцгеймера и связанных с ней расстройств, устанавливая причинно-следственные связи между нарушением сна и когнитивным снижением. Стандартизированный протокол повышает прогностическую достоверность на ранних этапах исследований за счет снижения биологической вариабельности и улучшения трансляционной преемственности.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Научная ценность: Позволяет проверить терапевтические гипотезы, связывающие фрагментацию сна с патогенезом болезни Альцгеймера, с помощью поведенческого фенотипирования.
- Практическая ценность: Обеспечивает функциональную валидацию мишеней путем индуцирования стабильного когнитивного дефицита и тревожных фенотипов у молодых мышей дикого типа.
- Прогностическая ценность: Облегчает отбор приоритетных проектов в портфеле за счет моделирования механистически значимого фактора риска прогрессирования нейродегенеративных заболеваний.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Подготовка релевантных для заболевания систем для скрининга соединений путем установления стабильных базовых фенотипов во всех экспериментальных группах.
- Практическая ценность: Стандартизация условий анализа с помощью автоматизированного управления орбитальным ротором, что сводит к минимуму трудозатраты при работе с образцами и максимально повышает воспроизводимость.
- Масштабируемость: Облегчает повторное использование платформы в нескольких исследованиях за счет создания стабильной долгосрочной модели, совместимой с различными поведенческими конечными точками.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Соответствует исследованиям трансляционных биомаркеров путем количественной оценки дефицита пространственного обучения и тревожных реакций в качестве измеримых результатов.
- Практическая ценность: Обеспечивает непрерывность процесса от этапа поиска до доклинической валидации за счет поддержания идентичных условий окружающей среды для контрольной и экспериментальной групп.
- Минимизация рисков: Обосновывает решения по дальнейшему развитию проекта с учетом рисков, демонстрируя дозозависимые поведенческие изменения без индукции сопутствующих депрессивно-подобных состояний.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Модель хронической фрагментации сна интегрирована в континуум открытий — от проверки гипотез и идентификации ведущих соединений до доклинической валидации, что обеспечивает итеративное совершенствование терапевтических кандидатов, нацеленных на патофизиологические пути, связанные со сном.
- Биологические исследования: способствует проверке гипотез, позволяя изучать нарушение сна как модифицируемый фактор риска в моделях нейродегенеративных заболеваний.
- Скрининг: повышает готовность методов анализа за счет создания стабильных, количественно определяемых поведенческих фенотипов, подходящих для высокоточного анализа соединений.
- Аналитика: обеспечивает количественную оценку зависимых переменных, включая латентный период нахождения в лабиринте Мориса, индекс дискриминации в тесте распознавания новых объектов и время пребывания в центральной зоне в тесте «открытое поле».
- Трансляционные исследования: обеспечивает преемственность доклинических исследований путем моделирования эффектов хронического недосыпа, имеющих значение для прогрессирования заболеваний у человека, без артефактов острого стресса.
- Корпоративное повторное использование: благодаря стандартизированному дизайну с низкими трудозатратами может использоваться в различных программах нейробиологических исследований и исследований сна.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: обеспечивает прогностическую уверенность в валидации мишеней за счет снижения механистической неопределенности в отношениях между сном и нейродегенерацией.
- Операционная ценность: обеспечивает стандартизацию и воспроизводимость за счет автоматизированных циклов вибрации и контроля условий окружающей среды.
- Стратегическая ценность: улучшает принятие решений о продолжении или прекращении разработки («go/no-go») за счет раннего выявления когнитивных и тревожных фенотипов, указывающих на патологический риск.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритизацию с учетом рисков путем идентификации соединений, смягчающих поведенческий дефицит, вызванный фрагментацией сна.
Рекомендации по внедрению
- Требуются экспертные знания в области поведенческой нейробиологии и физиологии сна для интерпретации специфичности фенотипа.
- Необходимо оборудование, включая орбитальный ротор с электрическим управлением, программируемым таймером и виброизоляцией.
- Требуется стандартизация условий содержания, протоколов кормления и графиков поведенческого тестирования между исследовательскими группами.
- При применении модели к различным штаммам, полам или моделям коморбидных заболеваний необходимо учитывать необходимость адаптации.
- Существуют практические ограничения, такие как необходимость длительного мониторинга для разграничения хронических эффектов и острых стрессовых реакций.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
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
