Система «сделай сам» для регулярного кормления лабораторных грызунов в их домашней клетке
6 июня 2025 г.
В этой статье подробно описывается конструкция, сборка и протокол автоматизированной системы кормления, а также альтернативная модификация крышки и клетки, которая может быть реализована на стандартных клетках для грызунов с минимальными изменениями для экспериментов по привязной оптогенетике или фотометрии волокон. Система кормления представляет собой экономичный инструмент для временного кормления и/или ограничения калорий.
Мы заинтересованы в моделировании диетических парадигм и отсутствия продовольственной безопасности у мышей. Наше исследование направлено на титрование калорий, чтобы вызвать устойчивую потерю веса. Мы стремимся понять, как мозг реагирует на различную степень потери веса, чтобы повлиять на репродуктивную физиологию и социальное поведение. Острого голодания достаточно для активации сигналов голода в мозге. Мы и другие недавно показали, что сигналы голода не только побуждают к поиску пищи, но и вызывают другие адаптивные модели поведения, которые способствуют выживанию во время голода. Наша лаборатория работала над тем, чтобы понять, как голод может влиять на репродуктивную физиологию и социальное поведение через определенные нейроны, цепи в мозге. Двигаясь вперед, мы хотели создать более эффективные средства ограничения калорий, которые лучше представляли бы модели диет или модели проблем отсутствия продовольственной безопасности.
Наша модульная система кормления недорога, легко доступна и адаптируется к стандартным клеткам, используемым в вивариях. Это также выгодно, потому что обеспечивает домашнюю настройку клетки для экспериментов с привязанными, оптогенетическими и волоконной фотометрией. Наша система кормления позволяет выровнять подачу пищи по фазам и распределить порции продуктов через заданные интервалы. Очень часто в соответствии с протоколами ограничения калорий прием пищи происходит один раз в день, что плохо имитирует человеческую диету или отсутствие продовольственной безопасности.
[Рассказчик] Для начала с помощью вращающегося инструмента с 1,5-дюймовым отрезным кругом вырежьте квадрат размером 20x25 миллиметров в крышке клетки микроизолятора. Расположите отверстие на расстоянии 2,75 см от края крышки и убедитесь, что оно находится по центру над решеткой. С помощью 3D-принтера напечатайте кронштейн, чтобы соединить устройство автоматической подачи с крышкой клетки. Прикрепите кронштейн к созданному отверстию. Затем наденьте устройство автоматической подачи на закрепленный кронштейн. Для экспериментов на время сначала установите время кормления. Убедитесь, что устройство автоматической подачи полностью заряжено. Затем нажмите и удерживайте кнопку «Настройки», пока часовая настройка на экране не начнет мигать. Затем с помощью стрелок вверх и вниз выберите первый желаемый запланированный период кормления и установите количество выделений для этого момента времени. Загрузите камеры автоматических кормушек желаемыми порциями корма, следя за тем, чтобы каждая камера содержала не более 1,5 грамма стандартного корма для грызунов. Пометьте одну камеру скотчем или краской, чтобы контролировать вращение камеры и подтверждать доставку еды. Чтобы модифицировать систему клеток для привязанных животных, вырежьте лазером прозрачный акриловый кусок толщиной три миллиметра. Вставка имеет выступы, которые защелкиваются в верхней части клетки, и имеет центральную прорезь для прохода патч-кабеля. Отверстие 20x25 мм предназначено для кронштейна автоматической подачи, а 20 вентиляционных отверстий обеспечивают циркуляцию воздуха. С помощью плоской отвертки или клинового инструмента подденьте перфорированную верхнюю крышку стандартной крышки микроизолятора. Осторожно освободите язычки из пазов для язычков и удалите перфорированный вкладыш и фильтровальную бумагу. С помощью вращающегося инструмента с режущим кругом диаметром 1,5 дюйма снимите внутреннюю опорную решетку ребер под перфорированной верхней частью и отфильтруйте бумагу. После резки используйте напильник, чтобы сгладить края среза. Затем вставьте сменную акриловую пластину в верхнюю часть клетки. Начните с того, что вставьте выступы пластин в пазы для язычков по коротким краям, а затем по одному из длинных краев. Осторожно нажмите, пока пластина не встанет на место со щелчком. Чтобы модифицировать клетку для внешней бутылки с водой, просверлите отверстие диаметром 11 миллиметров, расположенное по центру короткого края клетки на высоте 50 миллиметров от пола. По обе стороны от центрального отверстия просверлите два дополнительных отверстия диаметром шесть миллиметров. Теперь напечатайте на 3D-принтере внешний кронштейн для бутылки с водой. Закрепите кронштейн на дне клетки с помощью болтов каретки. Наконец, установите 50-миллилитровую коническую трубку с сиппером или пробкой в сборе во внешний кронштейн.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании представлена автоматизированная система кормления, разработанная для экспериментов на грызунах, с особым акцентом на кормление по расписанию и ограничение калорийности рациона. Целью работы является создание более точных моделей диетических парадигм и дефицита продовольствия для углубления понимания реакций мозга на изменение калорийности в контексте репродуктивного и социального поведения.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Поведение животных
- Экспериментальные модели
Теоретические основы
- Исследование изучает влияние потребления калорий на потерю веса и связанные с этим поведенческие реакции у мышей.
- Автоматизированная система кормления служит инструментом для имитации рационов питания человека и оценки влияния сигналов голода.
- Предыдущие исследования показывают, что голод влияет на поведение в целях выживания и репродуктивного успеха.
- Существуют сложности в современных методах ограничения калорий, которые неточно отражают диеты человека.
Цель исследования
- Разработать адаптивную и экономически эффективную систему кормления для исследований диеты и ее влияния на физиологию.
- Обеспечить точный контроль времени и количества подаваемого корма в экспериментах на грызунах.
- Улучшить модели продовольственной нестабильности в экспериментальных условиях.
Используемые методы
- Автоматизированная система кормления, интегрированная в стандартные клетки для грызунов, для точного контроля потребления энергии.
- Использование имеющихся ресурсов, модификация крышек клеток и оснащения для упрощения проведения экспериментов с применением оптогенетики и волоконной фотометрии на фиксированных животных.
- Пошаговые инструкции по сборке для адаптации механизма кормления и модификации клеток.
- Обеспечение сохранности условий содержания в домашней клетке при возможности внесения экспериментальных модификаций.
Основные результаты
- Автоматизированная система кормления позволяет эффективно контролировать время приема пищи, что способствует более точному моделированию особенностей питания человека.
- Внесенные модификации позволяют одновременно проводить эксперименты с использованием фиксирующих устройств (tethered experiments) и осуществлять подачу корма, не нарушая условия содержания животных.
- Данный подход позволяет более точно оценивать сигналы голода и соответствующее поведение у мышей.
- Первичное тестирование показало, что система эффективно обеспечивает подачу контролируемых порций корма.
Выводы
- В исследовании представлена новая система кормления, которая позволяет более точно имитировать пищевое поведение в экспериментальных моделях.
- Эта система открывает возможности для более детального изучения взаимосвязи между потреблением калорий и поведенческими результатами.
- Использование данной установки в исследованиях может способствовать более глубокому пониманию нейронных механизмов, связанных с чувством голода и поиском пищи.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Точный контроль потребления калорий и графиков кормления в моделях грызунов имеет критическое значение для трансляционных исследований метаболической регуляции, старения и поведенческой нейробиологии. Эта автоматизированная система кормления, совместимая с домашними клетками, позволяет проводить масштабируемые и воспроизводимые исследования ограниченного по времени кормления и калорийной рестрикции, что способствует снижению рисков при изучении механизмов и повышению прогностической достоверности на ранних этапах разработки. Возможность адаптации системы для экспериментов с использованием оптогенетики и волоконной фотометрии с закрепленным оборудованием дополнительно повышает ее ценность для кросс-функциональных групп R&D, изучающих нейроповеденческие конечные точки.
Стратегические применения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет исследовать метаболические и нейроповеденческие пути в контролируемых условиях питания.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней путем приведения парадигм кормления в соответствие с паттернами, характерными для человека.
- Способствует механистическому снижению рисков при проверке гипотез, связывающих потребление калорий с физиологическими и поведенческими результатами.
Скрининг и разработка анализа
- Стандартизирует протоколы кормления для обеспечения воспроизводимости фенотипического скрининга на моделях грызунов.
- Обеспечивает количественный контроль порций корма и времени кормления, что способствует разработке анализов для метаболических конечных точек.
- Подготавливает валидированные биологические системы для последующей оценки соединений и проведения поведенческих тестов.
Трансляционные и доклинические исследования
- Приводит парадигмы кормления грызунов в соответствие с релевантными моделями дефицита пищи и диетических ограничений при заболеваниях.
- Обеспечивает преемственность этапов от первоначального поиска до доклинической валидации метаболических и нейроповеденческих мишеней.
- Поддерживает принятие обоснованных с учетом рисков решений о дальнейшем продвижении исследований за счет повышения точности моделей и их трансляционной значимости.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данная система интегрируется в континуум от открытия до доклинических исследований, позволяя проводить гипотетические исследования ограничения калорийности рациона, поведенческой адаптации и метаболической регуляции на стандартных моделях грызунов.
- Открытия в биологии: Обеспечивает проверку гипотез о влиянии режима кормления на нейроэндокринные и поведенческие пути.
- Скрининг: Обеспечивает воспроизводимые количественные режимы кормления для надежного сравнения фенотипов.
- Аналитика: Позволяет измерять потребление пищи, интервалы кормления, а также последующие физиологические или поведенческие показатели.
- Трансляционные исследования: Связывает доклинические модели с диетическими вмешательствами и поведенческими конечными точками, имеющими значение для человека.
- Корпоративное использование: Адаптивный дизайн позволяет широко применять метод в исследовательских программах по изучению метаболизма, старения и нейроповедения.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозов и снижает механистическую неопределенность в метаболических и поведенческих исследованиях.
- Операционная ценность: стандартизирует и автоматизирует протоколы кормления, снижая объем ручного труда и вариативность данных.
- Стратегическая ценность: позволяет принимать более обоснованные решения о целесообразности дальнейшей разработки за счет повышения релевантности моделей и качества данных.
- Влияние на портфель: способствует приоритизации метаболических и нейроповеденческих мишеней для дальнейшего продвижения с учетом оценки рисков.
Особенности реализации
- Требуется технический опыт в модификации клеток и программировании систем кормления.
- Необходим доступ к 3D-печати и базовым инструментам изготовления для сборки системы.
- Требуется межгрупповая стандартизация графиков кормления и протоколов сбора данных.
- Система адаптируема для различных видов грызунов и совместима с экспериментальными установками с использованием фиксирующих кабелей.
- Практические ограничения включают вместимость камеры и необходимость периодической калибровки системы.
