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Behavior

Un modèle chronique de fragmentation du sommeil utilisant rotor orbital vibrant pour induire le déficit cognitif et le comportement anxieux chez les jeunes souris de type sauvage

Published: September 22, 2020 doi: 10.3791/61531
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,2, 1,3
1Department of Neurology, Tongji Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430000, China, 2Key Laboratory of Neurological Diseases of Chinese Ministry of Education, The School of Basic Medicine, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430000,China, 3Department of Pharmacology, School of Basic Medical Science; State Key Laboratory of Medical Neurobiology, Institutes of Brain Science and Collaborative Innovation Center for Brain Science, Fudan University, Shanghai 200032, China

Summary

Présenté ici est un protocole pour la fragmentation chronique du sommeil (CSF) modèle atteint par un rotor orbital électriquement contrôlé, qui pourrait induire un déficit cognitif confirmé et le comportement anxieux chez les jeunes souris de type sauvage. Ce modèle peut être appliqué pour explorer la pathogénie des troubles chroniques du sommeil et des troubles connexes.

Abstract

Les troubles du sommeil sont généralement fréquents dans les populations comme une maladie chronique ou un événement plaint. La perturbation chronique du sommeil est proposée pour être étroitement liée à la pathogénie des maladies, en particulier les maladies neurodégénératives. Nous avons récemment constaté que 2 mois de fragmentation du sommeil ont initié la maladie d’Alzheimer (MA) comme des changements comportementaux et pathologiques chez de jeunes souris de type sauvage. Ici, nous présentons un protocole normalisé pour atteindre la fragmentation chronique du sommeil (CSF). En bref, CSF a été induit par un rotor orbital vibrant à 110 rpm et fonctionnant avec un cycle répétitif de 10 s-on, 110 s-off, pendant la phase light-ON (8:00 AM-8:00 PM) en continu pendant jusqu’à 2 mois. Des affaiblissements de l’apprentissage et de la mémoire spatiaux, comportement anxieux mais pas dépression-comme chez les souris comme conséquences de la modélisation de CSF, ont été évalués avec le labyrinthe d’eau de Morris (MWM), la reconnaissance d’objet nouveau (NOR), l’essai en plein champ (OFT) et l’essai forcé de natation (FST). En comparaison avec d’autres manipulations de sommeil, ce protocole minimise les travaux de manipulation et maximise l’efficacité de modélisation. Il produit des phénotypes stables chez de jeunes souris de type sauvage et peut être potentiellement généré à diverses fins de recherche.

Introduction

Les troubles du sommeil sont de plus en plus fréquents chez les patients souffrant de troubles du sommeil et chez les personnes en bonne santé ayant des troubles du sommeil. Il a été observé que les patients atteints de maladies neurodégénératives, douleur chronique, stress émotionnel, maladies du système respiratoire, maladies du système urinaire, etc, se plaignent généralement des expériences desommeil désagréables 1,2,3,4,5. L’apnée obstructive du sommeil (AOS), les mouvements périodiques des membres dans le sommeil (PLMS), l’insomnie d’entretien du sommeil parmi d’autres troubles du sommeil sont les causes les plus courantes, qui induisent la fragmentationdu sommeil 6,7. Dans les pays développés, l’AOS a plus de 5% à 9% de prévalence dans la population adulte et 2% dans la population enfant8,9,10. Pendant ce temps, il y a une proportion croissante de la population en bonne santé éprouvant la perturbation de sommeil due à la surutilisation des téléphones intelligents, aux habitudes irrégulières de sommeil, aux bruits ennuyeux, et aux fonctions de travail, telles que des équipes de nuit pour des soignants. Le sommeil est reconnu comme important pour le dégagement des déchetscérébraux 11,12, consolidation dela mémoire 13,14, équilibremétabolique 15,16, parmi beaucoup d’autres processus physiologiques. Pourtant, on ne sait toujours pas si les troubles du sommeil à long terme donnent lieu à des altérations irréversibles de la pathogénie chez les êtres humains en bonne santé, et s’il s’agit de l’étiologie ou d’un facteur contributif au développement de maladies du système nerveux central, comme les maladies neurodégénératives dans quelques années. Notre objectif est de signaler un modèle expérimental qui génère un déficit cognitif stable et évident et un comportement anxieux chez les jeunes souris de type sauvage après un traitement de fragmentation du sommeil de 2 mois. Ce modèle serait appliqué pour répondre aux questions scientifiques énumérées ci-dessus.

Les troubles du sommeil sont répertoriés comme un facteur de risque potentiel de développer la maladie d’Alzheimer (MA) ou la démence. Kang et coll. ont d’abord trouvé et décrit l’exacerbation de la pathologie de la MA par 6 h de privation aiguë desommeil 17. Par la suite, beaucoup d’autres études ont rapporté que la privation ou la fragmentation de sommeil pourrait aggraver la pathogénie dans les modèles transgéniques de sourisd’ANNONCE 18,19,20. Cependant, très peu de chercheurs ont étudié les conséquences de la perturbation du sommeil chez les jeunes souris sauvages; c’est-à-dire, si la perturbation du sommeil donne lieu à un comportement ad-like ou des changements pathologiques chez les jeunes souris de type sauvage. Dans notre publication récente, nous avons rapporté que 2 mois de fragmentation de sommeil ont induit le déficit spatial évident de mémoire et le comportement anxieux-comme, aussi bien que l’accumulation intracellulaire d’Amyloid-β (Aβ) dans le cortex et l’hippocampe dans les souris sauvages de type 2-3 mois21. Nous avons également observé des niveaux d’expression modifiés des marqueurs de voie endosome-autophagosome-lysosome et de l’activation de microglies, qui était semblable aux changements pathologiques rapportés dans les souris d’APP/PS121,22.

Ce protocole présenté de fragmentation du sommeil (SF) a été validé par Sinton et coll.23 et modifié par Li et coll.24. En bref, un rotor orbital vibrant à 110 rpm interrompt le sommeil pendant 10 s toutes les 2 minutes pendant la phase light-ON (8:00 AM-8:00 PM). L’altération de structure de sommeil dans ce modèle a été précédemment caractérisée avec des enregistrements électrophysiologiques de sommeil et rapportée par Li et autres24,indiquant une augmentation significative du temps de sillage et la diminution du sommeil rapide de mouvement d’oeil (REM) pendant la phase de lumière-ON, avec les temps totaux de sommeil et de sillage (en 24 heures) inchangés après plus de 4 semaines de modélisation24. Actuellement, le sommeil total ou la privation partielle de sommeil sont les modèles de manipulation du sommeil les plus couramment utilisés. La privation totale de sommeil est généralement effectuée par une manipulation douce soutenue ou l’exposition de l’animal à de nouveaux objets, alternativement en tournant continuellement une barre ou un tapis roulanten cours d’exécution 25,26,27,28,29. Pour des raisons éthiques, la privation totale de sommeil est généralement inférieure à 24 h. Le modèle de privation partielle de sommeil le plus couramment appliqué est la méthode de plate-forme d’eau, qui ablating principalement sommeilparadoxal 30,31,32. D’autres approches utilisant soit un tapis roulant ou une barre qui balaie le bas de la cage, pourrait induire la fragmentation du sommeil lorsqu’il est mis sur à intervallesfixes 33,34,35,36,37,38. Il est à noter que SF interrompt le sommeil et provoque par intermittence des excitations à travers tous les stades desommeil 24. Un des avantages importants de ce modèle CSF appliquant rotor orbital est qu’il peut être effectué en continu pendant des mois automatiquement contrôlé par des machines, ce qui évite le traitement fréquent du travail tous les jours, sauf pour la surveillance régulière. En outre, l’appareil permettrait de modéliser simultanément plusieurs cages de souris dans le cadre d’interventions en uniforme. Pendant des séances de modélisation entières, les souris sont logées dans leurs cages domestiques avec des matériaux habituels de literie et de nidification, tandis que d’autres méthodes nécessitent une exposition à des environnements diversifiés et un stress inévitable.

La fragmentation du sommeil était auparavant caractérisée par la méthode de manipulation du sommeil, qui imite les excitations fréquentes pendant la phase de sommeil et le rebond substantiel du sommeil pendant la phase de sillage. Dans certaines littératures, CSF était considéré comme le modèle animal pour OSA39,40. Dans cette étude, la justification de la fréquence choisie de l’excitation pour être 30 fois par heure est basée sur l’observation des indices d’excitation chez les patients présentant l’apnée du sommeil modérée à sévère. On l’a observé que la fragmentation de sommeil de 4 semaines a sensiblement augmenté la latence hypercapnique d’excitation et le seuil tactile d’excitation, qui pourrait au moins durer 2 semaines aprèsrétablissement 24. Ce phénotype a été expliqué en révélant la réduction d’activation de c-fos dans les neurones noradrenergic, orexinergic, histaminergic, et cholinergic wake-active en réponse à l’hypercapnie, aussi bien que les projections catécholaminergiques et orexinergic réduites dans le cortex cingulaire24. Cependant, il est nécessaire de noter que la caractéristique la plus importante dans OSA est l’hypoxie provoquée par l’obstruction de voie aérienne, qui a comme résultat la perturbationde sommeil 41,42. La perturbation du sommeil et l’hypoxie répétitive interagissent réciproquement les unes avec les autres dans la pathogénie osa. Par conséquent, la fragmentation du sommeil seule pourrait ne pas être en mesure de démontrer pleinement toutes les caractéristiques clés de l’AOS chez la souris.

Ici, nous présentons un protocole normalisé pour modéliser la fragmentation chronique du sommeil chez les jeunes souris de type sauvage. Le déficit cognitif et l’anxiété-like aussi bien que les comportements dépression-comme après traitement de CSF ont été évalués par le labyrinthe d’eau de Morris, reconnaissance d’objet nouvelle, essai ouvert de champ, et essai forcé de natation. Il est important de noter que ce modèle doit être pris dans son ensemble qui génère des phénotypes du modèle de sommeil dysregulated, déficit cognitif, et le comportement anxieux. Le modèle actuel pourrait potentiellement être appliqué, mais pas limité, aux fins suivantes : 1) Étudier plus avant les mécanismes fonctionnels ou moléculaires de pathogénie induits par la perturbation chronique du sommeil chez les jeunes souris sans prédisposition génétique, 2) Identifier la voie directe menant à la neurodégénérescence initiée par la perturbation du sommeil, 3) Explorer les thérapeutiques pour améliorer les phénotypes induits par la perturbation chronique du sommeil, 4) Étudier les mécanismes intrinsèques de protection/compensatoire chez les souris de type sauvage lors d’une perturbation chronique du sommeil, 5) À appliquer pour étudier la régulation veille-sommeil et les mécanismes de transition de l’état.

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Protocol

Ce protocole a été approuvé par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux de l’hôpital tongji, le Tongji Medical College, l’Université des sciences et de la technologie huazhong.

1. Dépistage et préparation des souris pour l’expérience

  1. Choisissez des souris mâles adultes de type sauvage (8 à 10 semaines) dont le poids est de 20 à 28 g pour l’ensemble de l’expérience.
    REMARQUE : Des souris C57BL/6 de type sauvage sont obtenues auprès du Hubei Research Center for Laboratory Animals, Hubei, Chine.
  2. Assignez au hasard toutes les souris au CSF et au groupe témoin. Maison 3-5 souris dans chaque cage pour éviter le stress d’isolement social. Le nombre de souris logées dans les cages témoins est égalé à celui logé dans les cages de CSF appariées.
    REMARQUE : Les souris dans les mêmes cages de groupe sont regroupées pour effectuer des expériences comportementales de suivi.
  3. Localisez les cages de contrôle dans la même pièce avec les cages CSF, pour garder l’environnement environnant et les effets de travail identiques.
  4. Numéroter et marquer les souris de chaque groupe sur leurs oreilles à l’aide d’une étiquette d’oreille à des fins de surveillance.
  5. Maintenir la température ambiante et l’humidité entre 21-23 °C et 35%-60 %.
  6. Maintenir l’environnement ambiant dans un cycle clair-obscurité de 12 heures (8h00-20h00 lumière-ON, 20h00-8h00 lumière-OFF), pour éviter l’effet biaisé sur le rythme normal du sommeil chez la souris.
  7. Réduisez au minimum le bruit et les interférences pendant que le chercheur est présent dans la salle de modélisation.
  8. Fournir aux souris suffisamment de nourriture et d’eau. Utilisez de longues buses avec des pointes de valve à billes sur les bouteilles d’eau, pour éviter les fuites d’eau sur les mouvements de la plate-forme. Attachez la bouteille d’eau sur le dessus de la cage avec une source pour éviter la dislocation de la bouteille pendant le fonctionnement du rotor.

2. Préparation et réglage du rotor orbital

  1. Préparez un rotor orbital à commande électrique avec plate-forme agrandie (67 cm x 110 cm), sur laquelle 10 cages peuvent être placées tout au plus.
  2. Réglez le rotor orbital pendant la phase light-ON (8:00 AM-8:00 PM) contrôlée par une incommandent de programme, qui est le moment où les souris montrent la majorité de leur sommeil quotidien.
  3. Réglez le rotor orbital avec une vitesse de 110 rpm et un cycle répétitif de 10 s-on, 110 s-off contrôlé avec une incommandé à l’état solide.
    REMARQUE : La capacité de charge de la plate-forme est de 50 kg. L’amplitude fixe de l’horizon rotor vibrant est de 2,5 cm.
  4. Attachez les cages CSF au-dessus de la plate-forme du rotor par des ressorts épais pour éviter la dislocation des cages lors des rotations de la plate-forme.

3. Modélisation et surveillance chroniques de la fragmentation du sommeil

  1. Placez les cages du CSF et les souris témoins dans la salle de modélisation pendant une semaine avant les expériences, afin de laisser les souris s’adapter à l’environnement ambiant.
  2. Au début de la modélisation, assurez-vous que toutes les souris ont un accès gratuit à la nourriture et à l’eau pendant les rotations orbitales.
  3. Au début de la modélisation, observez au moins pendant 1 h pour assurer le rotor orbital fonctionnant en vitesse.
  4. Pendant la période de modélisation, vérifiez que le rotor orbital fonctionne correctement et les conditions de souris tous les 2 jours pour s’assurer que les souris ont assez de nourriture et d’eau. Changez les literies des cages chaque semaine.
  5. Pendant la période de modélisation, peser les souris chaque semaine à 8h00 lors du changement de literie. Retirez les souris avec une perte de poids significative de la modélisation, et aussi des groupes expérimentaux.
    REMARQUE : Une perte de poids importante est définie comme pesant moins de 20 g pendant 2 semaines.
  6. Pendant toute la modélisation, retirez l’agresseur, le cas échéant, de la cage et, également, des groupes expérimentaux.
  7. Après la fin de la modélisation, continuer à entretenir et nourrir les souris dans la pièce d’origine.

4. Essai de labyrinthe d’eau de Morris (MWM)

  1. Préparation au test
    1. Préparer l’appareil d’un réservoir circulaire rempli d’eau chaude (20-23 °C).
    2. Suspendre quatre signes avec différentes formes et couleurs sur le rideau entourant le réservoir dans quatre directions quadrant comme référence de vision lointaine. Rendre l’eau opaque par l’ajout de lait en poudre.
    3. Localisez une plate-forme au milieu du quadrant sud-ouest.
  2. Le test de formation
    1. Soumettre les souris à quatre essais consécutifs entre 8h00 et 00h00 chaque jour sur une période d’entraînement de 5 jours.
    2. Relâchez chaque souris dans l’eau face à la paroi latérale à l’un des quatre quadrants en quatre essais. Dans chaque essai, laissez la souris nager pendant 60 s pour trouver la plate-forme. Si la souris est incapable d’arriver à la plate-forme dans les 60 s, guidez-la vers la plate-forme et y rester pendant 15 s.
    3. Utilisez un système de suivi vidéo pour enregistrer automatiquement la latence d’évasion des souris pour trouver la plate-forme cachée.
  3. Le test de sonde
    1. Effectuez le test de sonde le sixième jour après 5 jours d’entraînement.
    2. Retirez la plate-forme. Relâchez chaque souris du quadrant nord-est et laissez-la nager pendant 60 s
    3. Utilisez un système de suivi vidéo pour enregistrer automatiquement les données de suivi des souris.

5. Nouveau test de reconnaissance d’objets (NOR)

  1. La phase familière
    1. Placer les souris dans un réservoir (longueur 30 cm, largeur 28 cm, hauteur 35 cm) dans l’ordre, qui contient deux copies d’objets (A1 et A2). Permettre aux souris d’explorer librement (10 min par essai).
    2. Utilisez un système de suivi vidéo pour enregistrer automatiquement les données de suivi des souris.
  2. La phase de test
    1. Effectuer l’essai après un délai de 1 h de la phase familière. Remplacez l’un des objets originaux par un objet nouveau (« roman ») dans le réservoir en gardant l’autre inchangé. Retournez les souris dans le réservoir et laissez-la explorer pendant 5 min par essai.
    2. Utilisez un système de suivi vidéo pour enregistrer automatiquement le temps passé dans l’exploration de chaque objet par chaque souris.
      REMARQUE : L’exploration de l’objet est déterminée en léchant, reniflant, mâchant ou déplaçant vibrissae tout en orientant le nez vers et moins de 1 cm de l’objet. L’indice de discrimination (DI) est calculé avec l’équation (TN − TF)/(TN + TF), où TN = temps passé à explorer l’objet « nouveau » et TF = temps passé à explorer l’objet « familier ».

6. Essai en plein champ (OFT)

  1. Préparer l’appareil d’un réservoir (30 cm x 28 cm x 35 cm).
  2. Pendant le test, placez chaque souris au centre du réservoir et laissez-la explorer librement pendant 5 min. Nettoyez le réservoir avec 75% d’éthanol après chaque essai pour éviter les effets restants de la souris précédente.
  3. Utilisez un système de suivi vidéo pour enregistrer automatiquement les données de suivi des souris.

7. Test de natation forcée (FST)

  1. Préparer l’appareil d’un récipient cylindrique ouvert, qui contient de l’eau (20-23 °C) qui est de 15 cm de profondeur.
  2. Pendant le test, placez chaque souris dans le cylindre et laissez-la y rester pendant 6 min.
  3. Utilisez un système de piste vidéo pour enregistrer automatiquement le temps d’immobilité pendant les 4 dernières minutes du test par chaque souris.
    REMARQUE: La souris est déterminée à être immobile quand elle cesse de lutter et flotte dans l’eau, ne faisant que des mouvements qui sont nécessaires pour garder la tête hors de l’eau.

8. Analyse des données

  1. Analyser les données à l’aide d’un logiciel d’analyse statistique (p. ex., GraphPad Prism 6.0).
  2. Exprimez toutes les données comme moyen ± SEM.
  3. Comparez la latence d’évasion dans le test MWM entre deux groupes à l’aide d’ANOVA dans les deux sens avec des mesures répétées suivies de posttests Bonferroni. D’autres comparaisons entre le CSF et les groupes de contrôle sont déterminées par des tests t non appraux.
  4. Considérez les différences significatives si P < 0.05 dans tous les tests.

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Representative Results

Tous les résultats et chiffres représentatifs ont été reproduits à partir de notre récente publication21. La réutilisation des chiffres a été autorisée par la revue originale.

L’ensemble de la conception expérimentale est illustré dans l’ordre du temps, ce qui indique le moment de la modélisation CSF, les tests comportementaux de MWM, NOR, OFT, et FST (Figure 1A). Nous avons obtenu des poids de souris chaque semaine auprès du CSF et des groupes témoins, pour surveiller leurs conditions générales pendant les séances de modélisation. Aucune différence évidente n’a été trouvée dans l’augmentation de poids chez les souris entre deux groupes pendant la modélisation( figure 1B).

Pour évaluer les effets du CSF sur l’apprentissage spatial et la performance de la mémoire, nous avons mené l’essai comportemental MWM43,44. Le groupe CSF a montré des capacités d’évacuation plus faibles pour trouver la plate-forme tout au long de 5 jours d’entraînement par rapport au groupe témoin (Figure 2A). Dans le test de sonde, les souris CSF ont passé beaucoup moins de temps dans le quadrant ciblé et ont traversé l’emplacement de la plate-forme précédente par moins de fois (figure 2B,C), sans différence de vitesse de natation (figure 2D). Ces résultats ci-dessus ont indiqué que les capacités spatiales d’apprentissage et de récupération de mémoire des souris ont été altérées après CSF.

Nous avons également effectué un test NOR pour évaluer la reconnaissance d’objets et la mémoire de travail à court terme après CSF45. Dans la phase familière, il n’y avait pas de différence significative dans le temps total d’exploration entre le CSF et le groupe témoin (figure 3A). Par conséquent, aucune différence n’a été trouvée dans le temps d’exploration entre les objets A1 et A2, respectivement dans deux groupes (figure 3B). Les résultats ci-dessus garantissaient qu’il n’y avait aucune différence dans les capacités des souris pour l’exploration et les préférences pour l’emplacement. Au cours de la phase de test, l’indice de discrimination (DI) des souris CSF a été considérablement réduit par rapport aux témoins (figure 3C), ce qui indiquait évidemment des déficits dans la reconnaissance des objets et la mémoire de travail à court terme après le CSF.

Nous avons également effectué OFT et FST, respectivement pour examiner l’anxiété-comme et les comportements dépression-comme des souris46,47. Fait intéressant, dans l’OFT, il a été constaté que le groupe CSF passait moins de temps dans la zone centrale que le groupe témoin (figure 4A), ce qui illustre que la fragmentation du sommeil pourrait induire un comportement anxigérisé dans une certaine mesure. De plus, les souris CSF présentaient une distance totale plus longue déplacée dans le réservoir (figure 4B), ce qui suggère une augmentation de l’activité spontanée après la modélisation. Néanmoins, cette modélisation du CSF n’a pas pu induire un comportement de type dépression, vérifié par une différence non significative dans le temps d’immobilité entre deux groupes soumis à la TVF (figure 4C).

Figure 1
Figure 1 : Le débit de la procédure de conception expérimentale. (A) La procédure de conception expérimentale indiquant le moment de la modélisation CSF et des tests comportementaux (c.-à-MWM, NOR, OFT et FST). (B) Courbes de poids corporel du CSF et des souris témoins au cours du premier mois suivant l’établissement du modèle CSF. Ce chiffre a été modifié à partir de Xie et coll.21 Veuillezcliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2
Figure 2 : Le CSF a altéré l’apprentissage spatial et les capacités de mémoire évaluées par le test MWM. (A) Les souris CSF effectué une latence d’évasion plus longue par rapport aux souris témoins au cours de l’essai de formation de 5 jours. **p < 0,01. (B) Dans le test de sonde, les souris CSF ont montré moins de temps en pourcentage passé dans le quadrant de plate-forme en contraste avec les souris témoins. Le panneau supérieur montre les tracés représentatifs de deux groupes. p < 0,0001. (C) Dans le test de sonde, le groupe CSF a effectué moins de temps de franchissement de l’emplacement de la plate-forme par rapport au groupe témoin. *p < 0,05. (D) La vitesse de nage de deux groupes dans le test de sonde. n.s. indique que les changements entre les différents groupes n’étaient pas significatifs. Les données ont toutes été présentées comme ± sem. n = 10 par groupe. Ce chiffre a été modifié à partir de Xie et coll.21 Veuillezcliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3
Figure 3 : Reconnaissance d’objets altérée par le CSF et mémoire de travail de courte durée évaluée par le test NOR. (A) Le temps total d’exploration entre le CSF et les souris témoins dans la phase familière, n.s. n’indique aucun changement significatif entre les différents groupes. (B) Le temps d’exploration des objets A1 et A2 respectivement entre deux groupes dans la phase familière. n.s. n’indique aucun changement significatif entre les différents groupes. (C)Au cours de la phase de test, l’indice de discrimination (DI) du groupe CSF a été considérablement diminué par rapport à celui du groupe témoin. *p < 0,05. Les données ont toutes été présentées comme ± sem. n = 10 par groupe. Ce chiffre a été modifié à partir de Xie et coll.21 Veuillezcliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 4
Figure 4 : Le CSF a exacerbé le comportement anxiqué, mais pas celui de la dépression, évalué par l’OFT et le FST. (A) Les souris CSF ont passé moins de temps dans la zone centrale pendant les 5 minutes observées par rapport aux souris témoins dans oft. *p < 0,05. (B) Le groupe CSF affichait une distance totale plus longue déplacée dans le réservoir par rapport au groupe témoin de l’OFT. *p < 0,05. (C) Le temps d’immobilité entre le CSF et les groupes de contrôle de la FST. n.s. n’indique aucun changement significatif entre les différents groupes. Les données ont toutes été présentées comme ± sem. n = 10 par groupe. Ce chiffre a été modifié à partir de Xie et coll.21 Veuillezcliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

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Discussion

Les étapes critiques du protocole actuel comprennent la mise en place de machines de fragmentation du sommeil avec les paramètres optimisés en fonction de l’objectif de l’étude et le maintien des souris dans un environnement de vie confortable et calme tout au long des séances de modélisation. Il est également crucial de décider du bon moment pour interrompre ou arrêter la fragmentation du sommeil et organiser des tests comportementaux pour ces souris. Comme d’autres modèles de manipulation du sommeil, il est important d’effectuer le protocole dans une pièce dédiée avec des cycles de lumière contrôlés et vide de toutes les interférences inutiles possibles. Des efforts devraient être déployés pour éviter d’induire des bruits et réduire au minimum le temps d’exploitation effectué par les chercheurs pour vérifier, remplir les aliments et l’approvisionnement en eau, changer les literies, etc. En de rares occasions, il y a des agresseurs qui attaquent les compagnons de litière, surtout au début de séances inconfortables de perturbation du sommeil. L’agresseur présent doit être retiré des cages de la maison ainsi que des groupes expérimentaux. La plupart des animaux expérimentaux, à l’exception de quelques-uns de notre expérience, s’adapteraient au traitement et parviendra à accéder à l’eau et à la nourriture au besoin. Les souris ayant des problèmes intrinsèques, tels que les dents déformées, l’insuffisance pondérale et les blessures cutanées peuvent causer une perte de poids ou une faiblesse. Ils doivent également être évités d’être utilisés pour la modélisation. Comme ce protocole pourrait potentiellement induire le stress chronique et la dysrégulation métabolique, il est essentiel d’utiliser des souris examinées avec des critères uniformes, tels que le poids corporel, pour la modélisation et les expériences.

Dans le protocole décrit, le rotor orbital serait automatiquement allumé pendant 8h00-20h00 (lumière-ON) tous les jours, ce qui est le moment où les souris montrent la plupart de leur vie quotidienne. Le rotor a été mis en marche sur un cycle répétitif de 10 s-on, 110 s-off pendant la phase light-ON pour induire des excitations fréquentes. Diverses durées de modélisation donneraient lieu à différents phénotypes. La fragmentation aiguë du sommeil pourrait entraîner une réduction absolue de la durée du sommeil, une augmentation des activités du système nerveux sympathique, telles que des niveaux élevés de cortisone et une sensibilité àl’insuline altérée 23,24. Cependant, la fragmentation chronique de sommeil a montré des niveaux inchangés de cortisone, et le temps total équilibré desommeil 24. Toute modification basée sur le protocole actuel, comme les cycles lumineux, les réglages vibrants appariés (vitesse, amplitude, cycle répétitif, etc.) et les durées de modélisation, pourrait potentiellement modifier les phénotypes. Il est nécessaire d’effectuer l’enregistrement du sommeil et l’analyse de la structure du sommeil dans différents paramètres de modélisation pour identifier les phénotypes du sommeil. Il pourrait également entraîner des changements comportementaux et pathologiques distinctifs. Comme nous avons exploré le déficit cognitif après la fragmentation à long terme plutôt que d’une nuit de sommeil et avons tendu à éviter les effets biaisés de la fragmentation intermittente de sommeil sur des comportements de souris dans MWM et NOR, nous avons exécuté ces deux essais comportementaux après avoir mis fin au protocole de CSF le jour 60. Cependant, inévitablement, l’effet du sommeil de récupération chez les souris pourrait avoir confondu les résultats pour MWM et NOR montrés.

Bien que ce modèle ait droit à un modèle de fragmentation du sommeil, il est en fait composé de modèles de sommeil fragmentés pendant la phase light-ON, de dysrégulation du rythme circadien et de rebond compensatoire du sommeil pendant la phase light-OFF. Ce protocole pourrait induire non seulement des changements de modèle de sommeil, mais également la neuroinflammation substantielle, le déséquilibre métabolique, la perturbation de système immunitaire,etc. 21,23,24. Tous ces processus pathologiques peuvent interagir les uns avec les autres et médiationr des phénotypes comme un orchestre. Ce modèle devrait être pris dans son ensemble pour générer les souris avec des phénotypes du modèle dysregulated de sommeil, du déficit cognitif, et du comportement anxieux-comme dans de jeunes souris sauvages-type. Comme mentionné dans la section précédente, ce modèle n’est pas exactement miroir OSA en raison du manque d’hypoxie répétitive. Une autre limitation est qu’il est difficile de générer des changements pathologiques précis et des phénotypes du sommeil chez les mêmes souris. L’implantation largement appliquée d’électrode d’EEG/EMG pour l’enregistrement de sommeil a inévitablement induit le gliosis grave dans le cortex48. Ces dernières années, des techniques de surveillance vidéo et d’analyse d’images basées sur l’intelligence artificielle ont été appliquées dans des études sur le sommeil, qui recueilleraient des informations précises sur le sommeil sans implantation invasived’électrodes 49,50,51.

Les significations de cette méthode CSF par rapport aux méthodes existantes comprennent: 1) Différent des protocoles de privation de sommeil qui sont généralement effectués pendant des heures ou des jours, le protocole actuel imite mieux les troubles du sommeil à long terme chez les êtres humains en bonne santé. Le rebond compensatoire du sommeil chez les souris fragmentées de sommeil reflète parfaitement la somnolence diurnatrice et la performance de travail ignifuge chez les personnes ayant une mauvaise qualité de sommeilpendant la nuit 52,53. 2) C’est jusqu’ici le seul modèle chronique de fragmentation de sommeil dans de jeunes souris sauvages-type avec le déficit cognitif confirmé et l’anxiété-comme mais pas les phénotypes de comportement dépression-comme, aussi bien que les changements pathologiques moléculaires évidents dans le tissu de cerveau. 3) Ce traitement provoque des irritations plus légères pour les souris de sorte que la modélisation pourrait durer pendant des mois, même avec la possibilité d’être effectuée dans de plus longues périodes de temps. 4) Avec des arrangements appropriés, ce modèle peut générer des phénotypes stables de perturbation de sommeil, de déficit cognitif, et de comportement anxieux, qui peuvent être utilisés comme modèles de maladie ou interventions pour différentes conceptions d’étude. 5) Certains modèles de privation de sommeil nécessitent des interférences de session complète par les chercheurs pour appliquer une manipulation douce ou de nouveaux objets. À l’exception d’une surveillance régulière, cette méthode minimise la manipulation des travaux, ce qui élimine également le biais artificiel.

Ce protocole csf offre l’occasion de répondre à un certain nombre de questions scientifiques clés, telles que, est-ce que la perturbation chronique du sommeil est la cause ou la conséquence de maladies neurodégénératives? La pathogénie chronique induite par les troubles du sommeil chez les jeunes âges est-elle réversible? Les mécanismes compensatoires sur les troubles chroniques du sommeil varient-ils entre les jeunes et les personnes âgées, les personnes en bonne santé et les patients? Ce protocole peut également être appliqué pour explorer la thérapeutique en évaluant la gravité et l’amélioration des phénotypes comportementaux et moléculaires. Il serait également appliqué pour modéliser les souris avec craniectomy chronique, préparations d’implantation de fibre optique pour des enregistrements fonctionnels. En outre, il peut éventuellement être utilisé comme stratégie interventionnelle pour induire ou aggraver les phénotypes en plus des conditions préexistantes. Enfin, il peut être utilisé pour étudier les mécanismes de transition de l’état veille-sommeil. Fait intéressant, le modèle actuel de CSF pourrait induire l’anxiété-comme plutôt que le comportement dépression-comme chez les souris, qui est en ligne avec l’observation clinique que la perturbation de sommeil dans les patients serait probablement associée beaucoup plus à l’inquiétudequ’à la dépression 54,55. Il fournit un modèle pratique pour étudier les troubles émotionnels chez les rongeurs.

En résumé, nous présentons le protocole de modélisation de la fragmentation chronique du sommeil par l’utilisation d’un rotor orbital vibrant, qui pourrait produire des phénotypes stables chez de jeunes souris de type sauvage et minimiser les travaux de modélisation avec une efficacité élevée. Il peut être potentiellement généré à diverses fins de recherche.

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Disclosures

Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

Acknowledgments

Ces travaux ont été soutenus par la National Natural Science Foundation of China (61327902-6 à W. Wang et 81801318 à F.F. Ding). Nous reconnaissons le Dr Sigrid Veasy pour avoir mis en place le système expérimental SF et fourni gentiment des détails techniques. Nous reconnaissons le Dr Maiken Nedergaard pour ses commentaires instructifs pour les expériences connexes.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Any-maze behavior tracking system Stoelting,Inc,USA - A video-tracking system which was used to record the behavior track of mice.
C57BL/6J mice Hubei Research Center for Laboratory Animals, Hubei, China. - healthy male C57BL/6J mice aged 10-12 weeks were purchased from Hubei Research Center for Laboratory Animals
Graphpad Prism 6.0 Software Graphpad Software,Inc.USA - Graphpad Prism 6.0 software was used to draw statistical graphs.
Morris water maze system Shanghai XinRuan Information Technology Co.,Ltd,China XR-XM101 The system was used to perform Morris water maze test
Orbial rotor Shanghai ShiPing Laboratory Equipment Co.,Ltd,China SPH-331 The orbital rotor was used to establish the chronic sleep fragmentation model
Solid state timer OMRON Corporation, Kyoto, Japan H3CR-F8-300 The solid state time was used to control the frequency and time of the rotor running
Wooden Lusterless Tank - - length 30 cm, width 28 cm, height 35 cm The tank was used to perform open field test and novel object recognition test

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Comportement Numéro 163 fragmentation chronique du sommeil rotor orbital déficit cognitif comportement anxieux apnée obstructive du sommeil maladies neurodégénératives
Un modèle chronique de fragmentation du sommeil utilisant rotor orbital vibrant pour induire le déficit cognitif et le comportement anxieux chez les jeunes souris de type sauvage
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Xie, Y., Deng, S. Y., Chen, S. M.,… More

Xie, Y., Deng, S. Y., Chen, S. M., Chen, X. J., Lai, W. W., Huang, L. F., Ba, L., Wang, W., Ding, F. F. A Chronic Sleep Fragmentation Model using Vibrating Orbital Rotor to Induce Cognitive Deficit and Anxiety-Like Behavior in Young Wild-Type Mice. J. Vis. Exp. (163), e61531, doi:10.3791/61531 (2020).

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