Summary
여기에 제시된 만성 수면 단편화에 대한 프로토콜 (CSF) 모델은 젊은 야생 형 마우스에서 확인 된 인지 적자와 불안과 같은 행동을 유도 할 수있는 전기 제어 궤도 로터에 의해 달성. 이 모델은 만성 수면 장애 및 관련 장애의 발병기 발병을 탐구하기 위해 적용 될 수있다.
Abstract
수면 장애는 일반적으로 만성 질환 또는 불평 이벤트로 인구에서 일반적입니다. 만성 수면 장애는 질병의 발병기, 특히 신경 퇴행성 질환과 밀접하게 연관될 것을 제안합니다. 우리는 최근에 2 개의 수면 단편화가 젊은 야생 형 쥐의 알츠하이머 병 (AD)과 같은 행동 및 병리학적 변화를 시작했다는 것을 발견했습니다. 본 발명에서, 우리는 만성 수면 단편화 (CSF)를 달성하기 위해 표준화 된 프로토콜을 제시한다. 간략하게, CSF는 110 rpm에서 진동하는 궤도 로터에 의해 유도되었고, 라이트 온 단계(8:00 AM-8:00 PM) 동안 10 s-on, 110 s-off의 반복적인 사이클로 작동하여 최대 2개월 동안 지속적으로 작동하였다. 공간 학습 및 기억의 손상, CSF 모델링의 결과로 마우스에서 불안과 같지만 우울증과 같은 행동은 모리스 워터 미로 (MWM), 참된 물체 인식 (NOR), 오픈 필드 테스트 (OFT) 및 강제 수영 테스트 (FST)로 평가되었습니다. 다른 수면 조작과 비교하여 이 프로토콜은 처리 작업을 최소화하고 모델링 효율성을 극대화합니다. 그것은 젊은 야생 형 마우스에서 안정적인 표현형을 생성 하 고 잠재적으로 다양 한 연구 목적을 위해 생성 될 수 있습니다.
Introduction
수면 장애는 수면 을 방해하는 환자와 수면 을 방해하는 사건을 가진 건강한 사람들 모두에서 점점 더 흔해지고 있습니다. 신경퇴행성 질환, 만성통증, 정서적 스트레스, 호흡기 질환, 오줌시스템 질환 등 환자가 보통 불쾌한 수면 체험1,2,3,4,5에대해 불평하는 것으로 관찰되었다. 폐쇄성 수면 무호흡증(OSA), 수면(PLMS)의 주기적인 사지 운동, 다른 수면 장애 중 수면 유지 불면증이 가장 흔한 원인이며, 이는 수면 단편화를 유도하는6,7. 선진국에서는, OSA는 성인 인구에 있는 5% 9% 보급및 아동 인구8,9,10에서2%를 가지고 있습니다. 한편, 스마트폰의 과용, 불규칙한 수면 습관, 성가신 소음, 간병인을 위한 야간 근무 등 업무로 인해 수면 장애를 경험하는 건강한 인구의 비율이 증가하고 있습니다. 수면은 뇌 폐기물 통관11,12,메모리 통합13,14,대사균형15,16,다른 많은 생리학적 과정에 중요하다는 것을 인정합니다. 그러나, 그것은 아직도 장기 수면 소요가 건강한 인간에 있는 돌이킬 수 없는 병인 변경을 초래하는지, 그리고 그것이 길 에서 신경 퇴행성 질병과 같은 중추 신경계 질병을 발전시키는 기여 요인인지, 그러나 아직도 크게 알려지지 않았습니다. 우리의 목표는 2 개월 수면 단편화 치료 후 젊은 야생 형 마우스에서 안정적이고 명백한 인지 적자와 불안과 같은 행동을 생성하는 실험 모델을보고하는 것입니다. 이 모델은 위에 나열된 과학적 질문에 대답하기 위해 적용됩니다.
수면 장애는 알츠하이머 병 (AD) 또는 치매를 개발하기위한 잠재적 인 위험 요소로 나열됩니다. 강외구는 먼저 6h 급성 수면 부족17에의한 AD 병리학의 악화를 발견하고 설명했다. 그 후, 많은 다른 연구는 수면 부족 또는 단편화가 형질 전환 AD 마우스 모델18,19,20에서병원발생을 악화시킬 수 있다고 보고했다. 그러나, 아주 몇몇 연구원은 젊은 야생 모형 마우스에 있는 잠 소요의 결과를 공부했습니다; 즉, 수면 장애가 젊은 야생 형 쥐의 AD 와 같은 행동 이나 병리학적 변화를 야기하는지 여부입니다. 최근 간행물에서, 우리는 2 달 간의 수면 단편화가 명백한 공간 기억 력 결핍및 불안같이 행동을 유도하고, 2-3 달 된 야생 형 마우스21에서피질과 해마모두에서 세포내 아밀로이드 β (Aβ) 축적증가를 유도했다고 보고했다. 우리는 또한 APP/PS1 마우스21,22에서보고된 병리학적 변화와 유사한 내성 자가식 리소솜 경로 마커 및 microglia활성화의변경된 발현 수준을 관찰하였다.
이 제시 된 수면 단편화 (SF) 프로토콜은 신턴 외23에 의해 검증되고 Li 외24에의해 수정되었다. 간단히 말해서, 110 rpm에서 진동하는 궤도 로터는 라이트 온 단계 (8:00 AM-8:00 PM) 동안 2 분마다 10 s의 수면을 중단합니다. 이 모델에서 수면 구조 변경은 이전에 전기생리학적 수면 기록을 특징으로 하고 Li 외24에의해 보고되었으며, 광ON 단계 동안 급속한 눈 운동(REM)의 급격한 증가 및 감소, 총 수면 및 항성 시간(24시간)이 4주 이상 모델링 후 영향을 받지 않는 것으로나타났습니다. 현재, 총 수 면 또는 부분 적인 수 면 부족은 가장 일반적으로 사용 되는 수 면 조작 모델. 총 수면 부족은 일반적으로 지속된 부드러운 취급 또는 새로운 물체에 동물을 노출시킴으로써 수행되며, 또는지속적으로 바 또는 러닝머신(25,26,27,28,29)을회전시킴으로써 수행된다. 윤리적인 이유로 인해, 총 수면 부족은 일반적으로 24 시간 보다 짧습니다. 가장 일반적으로 적용된 부분 수면 부족 모델은 주로 REM 수면30,31,32를아타오르는 물 플랫폼 방법입니다. 러닝머신 또는 케이지 의 바닥을 따라 스윕하는 막대를 사용하는 다른 접근법은 고정 간격33,34,35,36,37,38로설정하면 수면 단편화를 유도할 수 있다. SF가 수면을 방해하고 간헐적으로 모든 수면 단계24에걸쳐 각성을 일으키는 것이 주목할 만하다. 궤도 로터를 적용하는 이 CSF 모델의 두드러진 장점 중 하나는 정기적인 모니터링을 제외하고 매일 자주 가공하는 것을 피하는 기계에 의해 자동으로 제어되는 수개월 동안 지속적으로 수행될 수 있다는 것입니다. 더욱이, 장치는 제복한 내정간섭의 밑에 마우스의 다중 케이지를 동시에 모델링할 수 있었습니다. 전체 모델링 세션 동안 마우스는 일반적인 침구 및 중첩 재료로 홈 케이지에 보관되며 다른 방법은 다양한 환경과 피할 수없는 스트레스에 노출해야합니다.
수면 단편화는 이전에 수면 단계 동안 빈번한 각성병과 기상 단계 동안 상당한 수면 리바운드를 모방하는 수면 조작 방법을 특징으로하였다. 일부 문헌에서는 CSF가 OSA39,40의동물 모델로 간주되었다. 이 연구에서는, 시간당 30번으로 선택된 각성 주파수의 근거는 중등도에서 중증 수면 무호흡증 환자에서 각성 지수의 관찰에 기초한다. 그것은 관찰 되었다 4 주' 수 면 단편화 크게 증가 hypercapnic 각성 대기 시간 및 촉각 각성 임계값, 적어도 지속 될 수 있는 2 4 복구 후 주24. 이 표현형은 c-fos 활성화 감소를 드러내서 설명하였고, 고압증에 대한 반응으로 노르아드레날린, 히스타민기, 콜린성 항성 능성 뉴런, 그리고 cingulate 피질24로의 감소된 카테콜라미나기및 오덱시닉 프로젝션을 공개함으로써 설명되었다. 그러나 OSA에서 가장 중요한 특징은 기도 방해로 인한 저산소증으로 수면 장애41,42를초래한다는 점에 유의할 필요가 있습니다. 수면 장애와 반복적 인 저산소증은 OSA 병증에서 서로 상호 작용합니다. 따라서 수면 단편화만으로는 마우스에서 OSA의 모든 주요 특징을 완전히 입증하지 못할 수 있습니다.
본 명세서에서, 우리는 젊은 야생형 마우스에서 만성 수면 단편화를 모델링하기 위한 표준화된 프로토콜을 제시한다. CSF 치료 후 인지 적자와 불안과 같은 행동뿐만 아니라 모리스 물 미로, 참신 한 물체 인식, 오픈 필드 테스트 및 강제 수영 테스트에 의해 평가되었다. 이 모델은 이소화 된 수면 패턴, 인지 적자 및 불안과 같은 행동의 표현형을 생성하는 전체적으로 취해야한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 현재 모델은 잠재적으로 적용될 수 있지만 제한되지 는 않지만, 다음 의 목적에 따라: 1) 유전적 소인없이 젊은 마우스의 만성 수면 장애에 의해 유도된 기능적 또는 분자 병인 메커니즘을 추가로 조사하고, 2) 수면 장애에 의해 시작된 신경변성으로 이어지는 직접적인 통로를 식별하고, 3) 만성 수면 장애에 의해 유발되는 표현형을 개선하기 위한 치료법을 탐구하고, 4) 만성 수면 장애시 야생형 마우스의 본질적인 보호/보상 메커니즘을 연구하고, 5) 수면 절전 조절 및 국가 전환 메커니즘을 연구하기 위해 적용한다.
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Protocol
이 프로토콜은 퉁지병원, 퉁지의과대학, 화중과학기술대학교 기관동물관리및이용위원회의 승인을 받았습니다.
1. 실험에 대한 마우스 스크리닝 및 준비
- 전체 실험에 대해 20-28g의 무게를 가진 야생 형 성인 (8-10 주 이전) 남성 마우스를 선택하십시오.
참고: 야생형 C57BL/6 마우스는 후베이 연구센터( 후베이 연구센터, 후베이, 중국)로부터 수득된다. - 임의로 CSF 및 대조군에 모든 마우스를 할당합니다. 사회적 고립 스트레스를 피하기 위해 각 케이지에 3-5 마우스를 보관하십시오. 제어 케이지에 보관된 마우스의 수는 쌍을 이루는 CSF 케이지에 보관된 마우스와 일치합니다.
참고: 동일한 그룹 케이지의 마우스가 풀로 작성되어 후속 행동 실험을 수행합니다. - 주변 환경과 노동 효과를 동일하게 유지하기 위해 CSF 케이지와 같은 방에 컨트롤 케이지를 찾습니다.
- 모니터링 을 위해 귀 태그를 사용하여 각 그룹의 마우스를 귀에 표시합니다.
- 주변 온도와 습도를 21-23°C와 35%-60% 사이로 유지합니다.
- 마우스의 정상적인 수면 리듬에 편향된 영향을 피하기 위해 12시간 밝은 암흑 주기(8:00 AM-8:00 PM 라이트 온, 8:00 PM-8:00 AM light-OFF)에서 주변 환경을 유지합니다.
- 연구원이 모델링 룸에 있는 동안 소음과 간섭을 최소화합니다.
- 쥐에게 충분한 음식과 물을 제공합니다. 플랫폼 움직임에 대한 누출을 방지하기 위해 물병에 볼 밸브 팁과 긴 노즐을 사용합니다. 로터 가동 중 병의 탈구를 피하기 위해 스프링으로 케이지 위에 물병을 고정하십시오.
2. 궤도 로터의 준비 및 설정
- 10 개의 케이지를 가장 많이 배치 할 수있는 확장 된 플랫폼 (67cm x 110cm)으로 전기 제어 궤도 로터를 준비합니다.
- 프로그래밍 타이머에 의해 제어되는 라이트 온 단계(8:00 AM-8:00 PM) 동안 궤도 로터를 설정하여 마우스가 일일 수면의 대부분을 전시하는 시기입니다.
- 궤도 로터를 110rpm의 속도와 10 s-on, 110 s-off의 반복사이클로 솔리드 스테이트 타이머로 제어합니다.
참고: 플랫폼의 부하 용량은 50kg입니다. 진동하는 로터 수평선의 고정 진폭은 2.5cm입니다. - 플랫폼 회전 시 케이지의 탈구를 방지하기 위해 두꺼운 스프링으로 로터 플랫폼 위에 CSF 케이지를 고정합니다.
3. 만성 수면 단편화 모델링 및 모니터링
- 실험 전에 1주일 동안 CSF 및 제어 마우스의 케이지를 모델링 룸에 배치하여 마우스가 주변 환경에 적응할 수 있도록 합니다.
- 모델링의 시작 부분에서, 모든 마우스가 궤도 회전 중에 음식과 물에 무료로 액세스 할 수 있는지 확인합니다.
- 모델링의 시작 부분에서, 기어에서 작동하는 궤도 로터를 보장하기 위해 적어도 1 h를 관찰한다.
- 모델링 기간 동안, 궤도 로터가 제대로 작동하고 마우스 조건이 충분한 음식과 물을 가지고 있는지 확인하기 위해 2 일마다 마우스 조건을 확인합니다. 매주 케이지의 침구를 변경합니다.
- 모델링 기간 동안, 침구를 변경할 때 8:00 AM에 마우스를 매주 무게. 모델링에서 상당한 체중 감소를 가진 마우스를 제거하고 실험 그룹에서도 제거하십시오.
참고: 상당한 체중 감소는 2주 동안 지속되는 20g 미만의 무게로 정의됩니다. - 전체 모델링 세션 동안, 공격자를 제거, 있는 경우, 케이지에서, 또한 실험 그룹에서.
- 모델링이 종료된 후, 원래 방에서 마우스를 유지하고 공급합니다.
4. 모리스 물 미로 (MWM) 테스트
- 시험 준비
- 따뜻한 물 (20-23 °C)로 채워진 원형 탱크의 장치를 준비합니다.
- 먼 시야 참조로 네 사분면 방향으로 탱크를 둘러싼 커튼에 다른 모양과 색상으로 네 개의 징후를 일시 중단합니다. 가루 우유를 첨가하여 물이 불투명하게 보이게 합니다.
- 남서쪽 사분면 중간에 플랫폼을 찾습니다.
- 교육 시험
- 5일 간의 훈련 기간 동안 매일 오전 8:00에서 12:00 AM 사이에 4회 연속 시험을 진행합니다.
- 각 마우스를 4번의 사분면 중 하나에서 사이드월을 향한 물에 놓습니다. 각 시험에서 마우스가 60s로 수영하여 플랫폼을 찾도록 합니다. 마우스가 60s 이내에 플랫폼에 도착할 수 없는 경우 플랫폼으로 안내하고 15s에 대해 유지합니다.
- 비디오 추적 시스템을 사용하여 마우스의 탈출 대기 시간을 자동으로 기록하여 숨겨진 플랫폼을 찾습니다.
- 프로브 테스트
- 5 일 훈련 후 6 일에 프로브 테스트를 수행합니다.
- 플랫폼을 제거합니다. 북동쪽 사분면에서 각 마우스를 해제하고 60 s에 대한 수영을 할 수 있도록
- 비디오 추적 시스템을 사용하여 마우스의 트랙 데이터를 자동으로 기록합니다.
5. 소설 객체 인식 (NOR) 테스트
- 친숙한 단계
- 마우스를 탱크(길이 30cm, 너비 28cm, 높이 35cm)에 배치하여 두 개의 물체(A1 및 A2)를 포함합니다. 마우스가 자유롭게 탐험할 수 있도록 허용합니다(시험당 10분).
- 비디오 추적 시스템을 사용하여 마우스의 트랙 데이터를 자동으로 기록합니다.
- 테스트 단계
- 익숙한 단계의 1 h 지연 후 시험 시험을 수행합니다. 원래 객체 중 하나를 탱크의 새 개체("새")로 교체하여 다른 객체를 변경하지 않게 합니다. 마우스를 탱크로 돌려보내 임상 시험 당 5 분 동안 탐색 할 수 있습니다.
- 비디오 추적 시스템을 사용하여 각 마우스별로 각 개체탐색에 소요된 시간을 자동으로 기록합니다.
참고: 물체의 탐사는 코를 방향으로 가리키고 물체에서 1cm 미만을 돌리면서 비브리사(vibrisae)를 핥거나, 스니핑하거나, 구치하거나, 움직임으로써 결정됩니다. 차별 지수(DI)는 TN = "새로운" 개체 및 TF = "친숙한" 개체를 탐색하는 데 소요된 시간인 방정식(TN −TF)/(TN+ TF)으로 계산됩니다.
6. 오픈 필드 테스트 (OFT)
- 탱크의 장치 (30cm x 28cm x 35cm)를 준비하십시오.
- 테스트 하는 동안, 탱크의 중앙에 각 마우스를 배치 하 고 5 분 동안 자유롭게 탐색 할 수 있도록. 이전 마우스의 남은 효과를 피하기 위해 각 시험 후 75 %의 에탄올로 탱크를 청소하십시오.
- 비디오 추적 시스템을 사용하여 마우스의 트랙 데이터를 자동으로 기록합니다.
7. 강제 수영 테스트 (FST)
- 깊이15cm인 물(20~23°C)을 포함하는 개방원통형 용기의 장치를 준비한다.
- 테스트 하는 동안, 실린더에 각 마우스를 배치 하 고 6 분 동안 거기 남아 있도록.
- 비디오 트랙 시스템을 사용하여 각 마우스로 테스트의 마지막 4분 동안 부동성 시간을 자동으로 기록합니다.
참고: 마우스는 어려움을 멈추고 물에 떠있을 때 움직이지 않는 것으로 판단되어 머리를 물 위에 유지하는 데 필요한 움직임만 만듭니다.
8. 데이터 분석
- 통계 분석 소프트웨어(예: 그래프패드 프리즘 6.0)를 사용하여 데이터를 분석합니다.
- 모든 데이터를 평균 ± SEM으로 표현합니다.
- 양방향 ANOVA를 사용하여 MWM 테스트에서 탈출 대기 시간을 반복된 조치와 함께 비교합니다. CSF와 대조군 간의 다른 비교는 페어링되지 않은 t 테스트에 의해 결정됩니다.
- 모든 테스트에서 P< 0.05의 경우 차이점을 고려하십시오.
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Representative Results
모든 대표 결과와 수치는 우리의 최근 간행물 에서 재현 되었다21. 수치의 재사용은 원래 저널에 의해 허용되었다.
전체 실험 설계는 CSF 모델링의 타이밍, MWM, NOR, OFT 및 FST(그림1A)의타이밍을 나타내는 시간 순서로 도시되어 있습니다. 우리는 모델링 세션 동안 그들의 일반적인 조건을 감시하기 위하여 CSF와 대조군에서 매주 마우스의 무게를 얻었습니다. 모델링(도 1B)동안두 그룹 사이의 마우스의 체중 증가에서 뚜렷한 차이가 발견되지 않았다.
CSF가 공간 학습 및 메모리 성능에 미치는 영향을 평가하기 위해 MWM 행동 시험43,44를실시했습니다. CSF 그룹은 대조군(도2A)과비교하여 5일 동안 플랫폼을 찾기 위해 열악한 탈출 능력을 보였다. 프로브 테스트에서, CSF 마우스는 표적 사분면에서 훨씬 적은 시간 비율을 보냈고 수영 속도 차이(도 2D)없이이전 플랫폼 위치를 더 적은시간(그림 2B, C)으로교차하였다. 위의 결과는 마우스의 공간 학습 및 메모리 검색 기능이 CSF 후에 손상되었다는 것을 표시했습니다.
또한 CSF 45 이후 개체 인식 및 단기 작업 메모리를 평가하기 위해 NOR 테스트를실시했습니다. 친숙한 단계에서는 CSF와 대조군 사이의 총 탐사 시간에 큰 차이가없었다(도 3A). 이에 따라, 두그룹(그림 3B)에서각각 개체 A1과 A2 사이의 탐색 시간에 차이가 발견되지 않았다. 위의 결과는 탐사및 위치에 대한 선호도에 대한 마우스의 능력에 차이가 없음을 보장했습니다. 시험 단계에서 CSF 마우스의 차별 지수(DI)는 CSF 이후 개체 인식 및 단기 작업 메모리의 적자를 분명히 나타내는 대조군(그림3C)에비해 현저히 감소하였다.
우리는 또한 마우스46의불안 같이 그리고 불경기 같이 행동을 검토하기 위하여 OFT와 FST를 각각,46, 47를수행했습니다. 흥미롭게도, OFT에서, CSF 그룹은 수면 단편화가 어느 정도 불안과 같은 행동을 유도할 수 있음을 보여 준 대조군(도4A)보다중앙 영역에서 더 적은 시간을 소비한 것으로 나타났다. 또한, CSF 마우스는탱크(도 4B)에서이동한 총 거리가 길어진 것을 나타내며 모델링 후 자발적 활성이 증가하는 것을 시사한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 CSF 모델링은 FST(도4C)를실시하는 두 그룹 간의 부동성 시간에 비유의 한도에 의해 검증된 우울증과 같은 행동을 유도할 수 없었다.
그림 1: 실험 설계 절차의 순서도입니다. (A)CSF 모델링 및 행동 테스트(즉, MWM, NOR, OFT 및 FST)의 타이밍을 나타내는 실험 설계 절차. (B)CSF 모델이 설립된 후 첫 달 동안 CSF 및 대조마우스의 체중 곡선. 이 그림은 Xie 등 에서 수정되었습니다.21이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: CSF는 MWM 테스트에 의해 평가된 공간 학습 및 메모리 능력을 손상시니다. (A)CSF 마우스는 5일간의 훈련 시험 동안 대조마우스에 비해 더 긴 탈출 지연 시간을 수행하였다. **p & 0.01. (B)프로브 테스트에서, CSF 마우스는 대조마우스와 대조적으로 플랫폼 사분면에 소요되는 시간보다 적게 나타났다. 상부 패널에는 두 그룹의 대표적인 추적이 표시됩니다. p < 0.0001. (C)프로브 테스트에서 CSF 그룹은 대조군에 비해 플랫폼 위치를 횡단하는 횟수를 줄였다. *p & 0.05. (D)프로브 테스트에서 두 그룹의 수영 속도. n.s.는 서로 다른 그룹 간의 변경 내용이 중요하지 않음을 나타냅니다. 데이터는 모두 그룹당 SEM. n = 10의 평균 ± 제시되었습니다. 이 그림은 Xie 등 에서 수정되었습니다.21이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: CSF는 NOR 테스트에 의해 평가된 개체 인식 및 짧은 작업 메모리를 손상했습니다. (A)CSF와 대조군 마우스 간의 총 탐사 시간은 친숙한 단계에서, n.s.는 상이한 그룹 들 간의 유의한 변화를 나타내지 않는다. (B)친숙한 단계에서 두 그룹 사이에 각각 객체 A1과 A2에 대한 탐색 시간. n.s.는 서로 다른 그룹 간에 중요한 변경 사항이 없음을 나타냅니다. (C)시험 단계에서 CSF 그룹의 차별 지수(DI)는 대조군에 비해 현저히 감소하였다. *p & 0.05. 데이터는 모두 그룹당 SEM. n = 10의 평균 ± 제시되었습니다. 이 그림은 Xie 등 에서 수정되었습니다.21이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: CSF는 OFT와 FST에 의해 평가된 불경기 같이 그러나 불안 같이 그러나 악화했습니다. (A)CSF 마우스는 OFT내 대조군 마우스에 비해 관찰된 5분 동안 중앙 영역에서 더 적은 시간을 보냈다. *p & 0.05. (B)CSF 그룹은 OFT의 대조군에 비해 탱크에서 이동된 총 거리가 길어진 것을 나타냈다. *p & 0.05. (C)FST의 CSF와 대조군 간의 부동성 시간. n.s.는 서로 다른 그룹 간에 중요한 변경 사항이 없음을 나타냅니다. 데이터는 모두 그룹당 SEM. n = 10의 평균 ± 제시되었습니다. 이 그림은 Xie 등 에서 수정되었습니다.21이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
현재 프로토콜의 중요한 단계는 연구 목적에 따라 최적화된 매개 변수로 수면 조각화 기계를 설정하고 전체 모델링 세션 전반에 걸쳐 편안하고 조용한 생활 환경에서 마우스를 유지하는 것을 포함한다. 또한 수면 단편화를 중단하거나 중지하고 해당 마우스에 대한 행동 테스트를 준비하는 적절한 타이밍을 결정하는 것이 중요합니다. 다른 수면 조작 모델과 마찬가지로, 제어 된 빛 주기와 가능한 모든 불필요한 간섭의 무효와 전용 방에서 프로토콜을 수행하는 것이 중요합니다. 소음을 유발하는 것을 피하고 연구자들이 식품 을 확인하고, 식품을 채우고, 급수를 보충하고, 침구를 변경하는 등 수행되는 운영 시간을 최소화하기 위한 노력을 기울여야 합니다. 드문 경우에, 특히 불편 한 수 면 중단 세션의 개시에, 쓰레기 를 공격 하는 공격자가 있다. 존재 할 때 공격자는 실험 그룹뿐만 아니라 홈 케이지에서 제거해야합니다. 우리의 경험에 몇 가지를 제외하고 실험 동물의 대부분은 치료에 적응하고 필요에 따라 물과 음식에 액세스 할 수 있습니다. 변형된 치아, 저체중 및 피부 상처와 같은 본질적인 문제가있는 마우스는 체중 감소 또는 약점을 일으킬 수 있습니다. 또한 모델링에 사용되는 것을 피해야 합니다. 이 프로토콜은 잠재적으로 만성 스트레스와 신진 대사 dysregulation을 유도할 수 있기 때문에, 모델링 및 실험을 위해 체중과 같은 균일한 기준으로 선별된 마우스를 사용하는 것이 필수적입니다.
설명된 프로토콜에서, 궤도 로터는 마우스가 그들의 일상 생활의 대부분을 전시하는 시간인 8:00 AM-8:00 PM (light-ON) 매일 도중 자동으로 켜질 것입니다. 로터는 빈번한 각성기를 유도하기 위해 light-ON 단계에서 10 s-on, 110 s-off의 반복적인 사이클에서 실행하도록 설정되었습니다. 다양한 모델링 기간은 다른 표현형을 야기할 것입니다. 급성 수면 단편화는 수면 기간의 절대적인 감소, 증가된 교감 신경계 활동, 예: 높은 코티존 수준 및 손상된 인슐린 감도23,24귀에귀착될 수 있다. 그러나, 만성 수면 단편화는 영향을 받지 않는 코티존 수준을 보였고, 총 수면시간(24)을균형 잡힌 것으로 나타났다. 라이트 사이클, 일치하는 진동 설정(속도, 진폭, 반복 주기 등) 및 모델링 지속 시간과 같은 현재 프로토콜을 기반으로 하는 모든 수정은 표현형을 잠재적으로 변경할 수 있습니다. 수 면 표현형을 식별 하기 위해 다른 모델링 설정에서 수 면 기록 및 수 면 구조 분석을 수행 하는 데 필요한. 그것은 또한 특유한 행동 및 병리학적인 변경을 초래할 수 있습니다. 우리는 1 박 수 면 단편화 보다는 장기 후에 인지 적자를 탐구하고 MWM및 NOR에 있는 마우스 행동에 간헐적인 잠 단편화의 편향된 효력을 피하기 위하여 경향이 있기 때문에, 우리는 60일에 CSF 프로토콜을 종료한 후에 이 두 가지 행동 시험을 능력을 발휘했습니다. 그러나, 필연적으로, 마우스에 있는 복구 잠의 효력은 MWM 및 NOR에 대한 결과를 혼동할 지도 모릅니다.
이 모델은 수면 단편화 모델을 받을 자격이 있지만, 실제로 광ON 단계 동안 단편화된 수면 패턴, circadian 리듬의 장애 조절 및 광-OFF 단계 동안 보상 수면 리바운드로 구성됩니다. 이 프로토콜은 수면 패턴 변경뿐만 아니라 상당한 신경 염증, 대사 불균형, 면역 체계 장애 등21,23, 24를유도할 수있다. 이러한 모든 병리학 적 과정은 서로 상호 작용하고 오케스트라와 같은 표현형을 중재 할 수 있습니다. 이 모형은 dysregulated 잠 패턴의 표현형을 가진 마우스를 생성하기 위하여 전체적으로 취해야 합니다, 인식 결핍, 및 젊은 야생 형 마우스에 있는 불안 같이 행동. 이전 섹션에서 언급 했듯이 이 모델은 반복적인 저산소증부족으로 인해 OSA를 정확하게 미러링하지 않습니다. 또 다른 제한은 동일한 마우스에서 정확한 병리학적 변화와 수면 표현형을 생성하기 어렵다는 것입니다. 널리 적용된 EEG/EMG 전극 이식용 수면 기록용피질(48)에서불가피하게 유도된 심한 글리오증을 유도한다. 최근에는 인공지능을 기반으로 한 영상 모니터링 및 이미지 분석 기술이 수면 연구에 적용되어 침습적 전극 이식 없이 정확한 수면 정보를 수집할 수 있는49,50,51이적용되었다.
기존 방법에 비해 이 CSF 방법의 중요성은 다음과 같습니다: 1) 일반적으로 시간 또는 며칠 동안 수행되는 수면 부족 프로토콜과 는 다르며, 현재 프로토콜은 건강한 인간에서 장기적인 수면 장애를 더 잘 모방합니다. 수면 단편화 마우스의 보상 수면 리바운드는 밤52,53동안 수면 질이 좋지 않은 사람들의 주간 솜놀런스와 지연 작용 성능을 완벽하게 반영합니다. 2) 그것은 지금까지 확인 된 인지 적자와 불안 같은 하지만 우울증 같은 행동 표현 형을 가진 젊은 야생 형 쥐에서 유일한 만성 수 면 단편화 모델, 뿐만 아니라 뇌 조직에 명백한 분자 병적 변화. 3) 이 처리는 모델링이 시간의 더 긴 기간에 수행될 가능성조차, 달 동안 지속될 수 있도록 마우스에 온화한 자극을 일으키는 원인이 됩니다. 4) 적절한 설정으로,이 모델은 다른 연구 설계에 대한 질병 모델 또는 개입으로 사용할 수있는 수면 장애, 인지 적자 및 불안과 같은 행동의 안정적인 표현형을 생성 할 수 있습니다. 5) 일부 수면 부족 모델은 부드러운 취급 또는 새로운 물체를 적용하기 위해 연구원에 의해 전체 세션 간섭이 필요합니다. 정기적인 모니터링을 제외하고, 이 방법은 취급 수고를 최소화하여 인위적편향을 제거합니다.
이 CSF 프로토콜은 만성 수면 장애가 신경 퇴행성 질환의 원인 또는 결과와 같은 여러 가지 주요 과학적 질문에 대답 할 수있는 기회를 제공합니다. 만성 수면 장애는 젊은 나이 도중 병인을 유도한 가역입니까? 만성 수면 장애에 대한 보상 메커니즘은 젊은 사람과 노인, 건강한 사람들 및 환자 마다 다양합니까? 이 프로토콜은 또한 행동 및 분자 표현형의 엄격 그리고 개선을 평가하여 치료학을 탐구하기 위하여 적용될 수 있습니다. 또한 기능적 기록을 위한 만성 광섬유 이식 제제를 가진 마우스를 모델링하기 위해 적용될 것입니다. 더욱이, 그것은 아마도 유도 하거나 기존의 조건 위에 표현형을 악화 하는 중재 전략으로 사용할 수 있습니다. 마지막으로, 그것은 수 면-깨어 상태 전환 메커니즘을 공부에 사용할 수 있습니다. 흥미롭게도, 현재 CSF 모델은 쥐의 우울증과 같은 행동보다는 불안과 같은 행동을 유도할 수 있으며, 이는 환자의 수면 장애가 우울증54,55보다불안과 훨씬 더 연관될 가능성이 있다는 임상 관찰과 일치한다. 설치류의 정서적 장애를 연구하는 실용적인 모델을 제공합니다.
요약하자면, 우리는 진동 궤도 로터를 사용하여 만성 수면 단편화를 모델링하는 프로토콜을 제시하며, 이는 젊은 야생 형 마우스에서 안정적인 표현형을 생성하고 고효율로 모델링 노동을 최소화 할 수 있습니다. 그것은 잠재적으로 다양 한 연구 목적을 위해 생성 될 수 있습니다.
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Disclosures
저자는 경쟁적인 재정적 이익이 없다고 선언합니다.
Acknowledgments
이 작품은 중국 국립 자연과학 재단(61327902-6~W. Wang, 81801318~F.F.Ding)에 의해 지원되었다. SF 실험 시스템을 구축하고 기술 적 세부 사항을 친절하게 제공한 Sigrid Veasy 박사를 인정합니다. 우리는 관련 실험에 대한 유익한 의견에 대한 박사 마이켄 네더가드를 인정합니다.
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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