Bu makale, bağlı optogenetik veya fiber fotometri deneyleri için minimum modifikasyonlarla standart kemirgen kafeslerine uygulanabilecek alternatif bir kapak ve kafes modifikasyonu ile birlikte otomatik bir besleme sistemi için tasarım, montaj ve protokolü detaylandırmaktadır. Yemleme sistemi, zamanlanmış yemleme ve/veya kalori kısıtlaması için uygun maliyetli bir araç sunar.
Yöntem makalesi
Laboratuvar Kemirgenlerinin Ev Kafeslerinde Planlı Beslenmesi için Kendin Yap Sistemi
* These authors contributed equally
Bu makalede
Özet
Özet
Aralıklı oruç ve zamanlanmış kalori kısıtlamasının vücut ağırlığı düzenlemesi ve yaşlanma sonuçları üzerindeki etkisini çevreleyen araştırmalar hem toplumda hem de laboratuvarda trend olmaktadır. Laboratuvarda zaman kısıtlı besleme ve/veya kalori kısıtlamasını incelemek için, tahsis edilen miktarlarda yiyecek planlanan zaman aralıklarında dağıtılır. Kemirgenlerin programlı beslenmesi için mevcut teknoloji, kapılı gıda giriş portlarına sahip özel kafesleri, zaman kilitli dijital hazneleri veya manuel gıda dağıtımını içerir. Bu tür deneyler için özel ekipman maliyetli olabilir ve manuel besleme genellikle araştırmacıların gece geç saatlerde / sabahın erken saatlerinde zaman noktaları için gelmesini gerektirir ve bu da uzun süreli çalışmaları engeller. Burada açıklanan otomatik yemleme sistemi, standart kemirgen kafeslerinde minimum değişiklikle uygulanabilen, zamanlanmış besleme ve/veya kalori kısıtlaması için uygun maliyetli bir araç sağlar. Protokol, standart bir mikroizolatör kafes kapağına (fare, hamster, sıçan veya kobay kafes kapakları) takılmış ve hayvanın ev kafesinde programlanan zaman aralıklarında istenen yiyecek tahsislerini uygulayabilen, kullanıma hazır bir otomatik besleyici kullanır. Tasarımımız, çeşitli besleyicileri veya kafes boyutlarındaki küçük değişiklikleri kabul edecek şekilde değiştirilebilir. Bağlı optogenetik veya fiber fotometri deneyleri için alternatif bir kapak ve kafes modifikasyonu ile birlikte besleme sistemi için tasarım, montaj ve protokol sağlıyoruz.
Giriş
Aralıklı oruç, metabolik ve yaşlanma araştırmalarının önemli bir alanıdır. Beslenme ve sirkadiyen ritmin uygun şekilde hizalanması, diyetin vücut ağırlığı üzerindeki etkisini değiştirebilir 1,2,3,4. Ayrıca, uzun süreli aralıklı oruç, uzun ömürlülüğün artması ve yaşa bağlı bozuklukların iyileşmesi ile ilişkilidir 5,6,7,8. Uzun süreli oruç protokollerini (>20 gün) uygulayan araştırma çalışmaları tipik olarak özel ekipman gerektirir. Planlanmış besleme protokolleri için yiyecekleri manuel olarak teslim etmek mümkün olsa da, bu, bir araştırmacının uzun bir süre boyunca çok sayıda mesai dışı zaman noktasında bulunmasını gerektirebilir. Örneğin, 4 saat arayla üç besleme saati, saat 8:00, 12:00 ve 04:00'te manuel teslimat gerektirir; Muhtemelen birkaç günden fazla sürmesi gereken bir uyumluluk sorunu.
Laboratuvar kemirgenleri için manuel gıda dağıtımına alternatifler şunlardır: 1) gıdaya otomatik kapı erişimi olan özel kafesler veya 2) FED39 gibi gıdaya otomatik ve programlanmış erişim sağlayan dijital hazne sistemleri. Kapılı gıda erişimi olan kafes sistemleri maliyetlidir ve bazıları uzun süreli çalışmalar için uygun bir ev-kafes ortamı sağlamaz. Örneğin, geleneksel edimsel şartlandırma kutuları, otomatik gıda dağıtımı yeteneğine sahiptir, ancak uzun süreli barınma için elverişli olmayan tel ızgaralı bir zemine sahiptir. Research Diets'in BioDAQ sistemi, kapılı harici bağlantı noktaları aracılığıyla yiyecek ve su sağlar. Programlanabilir otomatik kapılar, uzun vadeli planlı besleme veya içme çalışmalarına izin verir, ancak sistem maliyetli bir yatırımdır. Mekanize hazne sistemleri, otomatik programlı besleme protokolleri için başka bir araçtır 9,10. Bahsedilen iki mekanize hazne, ev kafesi yaşam alanını azaltma uyarısı ile birlikte gelir. Yiyecek kısıtlaması olan aç hayvanlar, besleme cihazlarını çiğneyebilir ve/veya kafes artıkları, uzun süreli çalışmalar için hazne mekaniğine müdahale edebilir. Son olarak, Takahashi araştırma grubu tarafından Phenome Technology ile birlikte geliştirilen mekanize bir hazne, uzun vadeli planlı besleme çalışmaları için özel olarak tasarlanmıştır3. Bu sistemde, mekanize bir hazne, yiyecek sağlayan bir oluk ile standart bir kafesin tel rafının üzerine yerleştirilmiştir. Bununla birlikte, Phenome sistemi, bir yama kablosuna bağlı hayvanlar için esneklik sağlamaz (optogenetik/fiber fotometri deneyleri) ve burada açıklanan otomatik besleme aparatına kıyasla nispeten pahalıdır.
Planlı besleme protokollerinde hakim olan zorluklara yanıt olarak, uygun maliyetli bir çözüm öneriyoruz. Otomatik sistemimiz, önceden belirlenmiş aralıklarla hassas gıda teslimatını kolaylaştırır. Piyasada bulunan otomatik balık besleyici ile birlikte 3D baskılı parçaların bir kombinasyonuyla, mikroizolatör üstleri kullanan bağımsız kemirgen kafeslerine takılabilen bir kendin yap (DIY) harici besleme sistemi tasarlıyoruz. Burada açıklanan besleme sistemi ve parçaları, aşağıdaki kemirgen kafeslerinden herhangi birine doğrudan uygulanabilir: fare, sıçan, hamster veya kobay, bağımsız kafeslerin mikroizolatör üstleri kullanması şartıyla. Kafeslerin boyutları değiştiğinden, yerleşimler biraz değişebilir, ancak 3D baskılı braketler, besleme sistemi ve harici su şişesi tasarımı genellikle mikroizolatör kapaklı bağımsız kemirgen kafesleri arasında uygulanabilir.
Örnek bir otomatik besleyicinin profilini çıkarıyoruz, ancak diğer birçok kullanıma hazır otomatik besleyici mevcuttur ve 3D baskılı parçalarda küçük değişikliklerle modüler sisteme takılabilir. 3D baskılı tutucuyu alternatif besleyicilere veya kafes boyutlarındaki küçük değişikliklere ayarlamayı kolaylaştırmak için, değiştirilebilir, 3 boyutlu bir SolidWorks dosyasını eşlik eden bir STL dosyasıyla kanıtlıyoruz.
Otomatik besleyicinin harici yerleşimi, ev kafesi içinde tam alan sağlar ve hayvanı rahatsız etmeden yemliğin ayrılmasına, sterilize edilmesine ve yeniden yüklenmesine veya değiştirilmesine olanak tanır. Otomatik yemleme sistemi, uzun süreli kayıtlar için verimlidir, uygun maliyetlidir ve çeşitli zaman kısıtlamalı besleme ve/veya kalori kısıtlama protokollerine uygundur. Örnek verilerle birlikte kafes montajlarının, besleme sisteminin uygulanması için tasarımın ve protokolün ayrıntılı teknik çizimlerini sağlıyoruz. İkinci olarak, optogenetik veya fiber fotometri deneyleri için bir yama kablosuna bağlı hayvanlarla otomatik besleyicinin kullanımı için standart kafesi değiştirmek için bir dizi talimat sunuyoruz.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
Tüm prosedürler Massachusetts Üniversitesi Amherst Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylandı.
1. Otomatik besleyicinin standart bir mikroizolatör kafes kapağına montajı (Şekil 1)
- 1,5" kesme diskine sahip bir döner alet kullanarak, bir mikroizolatör kafes kapağına 20 x 25 mm'lik bir kare kesin. Açıklığı kapağın kenarından 2.75 cm uzağa ve tel rafın üzerine ortalayacak şekilde yerleştirin (Şekil 1B, sol).
- Otomatik besleyiciyi kafes kapağına bağlamak için bir braketi 3D yazdırın (Şekil 1A ve Ek Dosya 1). Braketi kafes kapağının deliğine oturtun (adım 1.1; Şekil 1B, ortada) ve otomatik besleyiciyi güvenli braketin üstüne kaydırın (Şekil 1B [sağda] ,C).
Şekil 1: Otomatik besleyici braketi ve kafes kapağı modifikasyonu ve montajı. (A) Otomatik besleyici braketinin teknik çizimi (3D ölçek için Ek Dosya 1'deki SolidWorks/STL dosyalarına bakın). (B) Soldan sağa, 20 x 25 mm delikli kafes üstü; Kafes üstüne monte edilmiş ve Petbank otomatik besleyici ile monte edilmiş braket. (C) Su şişesi ile standart bir tel rafa bırakılan yiyecek peleti ile kafes üzerine monte edilmiş Petbank Otomatik Besleyici. Ölçek çubukları = 25 cm). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
2. Örnek kullanıma hazır otomatik besleyicinin programlanması ve kullanımı
- Zamanlanmış deneyler için, önce besleme zamanlarını ayarlayın ve sonraki ayarlamalar saat zamanını değiştireceğinden, senkronize besleyici saatini en son ayarlayın.
- Besleyicinin yeterince şarj edildiğinden emin olun. Ekrandaki saat ayarı yanıp sönene kadar Ayarlar düğmesini basılı tutun.
- Zaman ayarına devam edin. Yukarı ve aşağı okları kullanarak, zamanı istenen ilk programlanmış besleme dönemine ayarlayın.
- Bu zaman noktası için tahsis sayısını ayarlayın (feed ayarının yanındaki nokta sayısıyla gösterilir). En fazla iki zaman noktası için 2.2-2.4 adımlarını tekrarlayın.
- Otomatik besleme odalarını ≤1,5 g standart kemirgen yemi gibi istenen yiyecek payları ile yükleyin. Daha fazla yiyeceğe ihtiyaç duyulursa, besleyiciyi belirli bir zaman noktasında birden fazla pay verecek şekilde ayarlayın. Örnek besleyicinin 16 odası vardır.
NOT: Yiyecekler boyutlarına göre sipariş edilebilir veya makasla kesilebilir. - Programlanmış hazne dönüşünü ve yiyecek dağıtımını onaylamak için bir hazneyi bant veya boya ile etiketleyin. Besleyicileri çalıştırırken günlük olarak kontrol edin.
3. Otomatik besleyici ile bağlı hayvanlar için modifiye edilmiş kafes sistemi
- Bir yama kablosuna bağlı hayvanlar için isteğe bağlı yedek kapak eki (Şekil 2)
- Şekil 2A'nın özelliklerine göre 3 mm kalınlığında, şeffaf akrilikten bir parça lazerle kesin (ayrıca bkz. Ek Dosya 2). Akrilik uç, kafesin üst kısmına oturacak tırnaklarla tasarlanmıştır. Merkez yarık (190 x 5 mm), yama kablosunun geçişine izin verir. 20 x 25 mm kare delik, otomatik besleyici braketine uyar; 20 havalandırma deliği temiz hava sirkülasyonu sağlar.
- Düz uçlu bir tornavida veya kama aleti kullanarak, standart bir mikroizolatör kapağının delikli kafes üst kapağını kaldırın. Tırnakları tırnak yuvalarından serbest bırakmak için çalışın ve hem delikli ek parçayı hem de filtre kağıdını çıkarın (Şekil 2C, sol ve orta).
- Delikli üst kısım ve filtre kağıdının altında bir iç nervürlü destek ızgarası bulunur. Destek ızgarasını çıkarmak için döner bir alet ve 1,5 inç kesme diski kullanın; Şekil 2C'nin merkezinde gösterilen ok göstergelerini takip edin. Destek ızgarasını çıkarmak için kestikten sonra, kesilen kenarı düzeltmek için törpüleyin.
- Yedek akrilik plaka ekini (adım 3.1) kafesin üst kısmına oturtun. Plaka tırnaklarını kısa kenarlardan biri ve ardından uzun kenarlardan biri boyunca tırnak yuvalarına kaydırarak kuruluma başlayın ve plaka yerine oturana kadar hafifçe bastırın (Şekil 2C [sağ] ,D).
- Bir yama kablosuna bağlı hayvanlar için isteğe bağlı harici su şişesi braketi (Şekil 3)
- Su şişesi yudumlayıcısı için bir port açın: 11 mm çapında, yerden 50 mm yükseklikte, kafesin kısa kenarında ortalanmış delik (Şekil 3B ve Ek Dosya 3).
- Merkez deliğin her iki tarafında (± 27.5 mm), iki adet 6 mm çapında delik açın. İsteğe bağlı olarak, kare delikler açmak için 8 mm'lik kare bir zımba aleti kullanın ( Şekil 3B'de gösterilmiştir).
- Harici bir su şişesi braketini 3D yazdırın (Şekil 3A ve Ek Dosya 4). Su şişesi braketini taşıma cıvatalarıyla (2 cm uzunluğunda, 6 x 1 mm veya 0.75" uzunluğunda 1/4 x 20; Şekil 2B,C).
- Bir su şişesi için, dış brakete bir yudumlayıcı/durdurucu tertibatı (#7 Durdurucu W/ 3-1/2" kavisli yudumlayıcı, Malzeme Tablosuna bakın) ile kapatılmış standart bir 50 mL konik tüp takın. Her 2-3 günde bir su doldurun.
Şekil 2: Akrilik plakanın kafes üstüne montajı. (A,B) Akrilik levha ve besleyici port tapasının teknik çizimleri. (C) Sol, delikli ek parça ve filtreli standart kafes üstü. Orta, delikli ek parçanın ve filtrenin çıkarılması (nervürlü ızgara okla gösterilen çizgiler boyunca kesilmelidir). Doğru, akrilik plaka yerine oturdu. (D) Komple kapak montajı. Ölçek çubukları = 25 cm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Su şişesi braketi tertibatı. (A) 3D baskılı su şişesi braketinin teknik çizimi. (B) Kafes modifikasyonları ve su şişesi braketi tertibatı; (C) Braket takılı; (D) Komple kafes montajı. Ölçek çubukları = 10 cm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Otomatik besleyici ile komple kafes montajının özeti. (A) Tel ızgaralı standart kafes, (B) bağlı hayvanlar için modifiye edilmiş kafes. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
Dişi farelerde infertiliteyi indüklemek için bir kalori kısıtlama çalışması (21 gün) (otomatik besleyici ve kafes tasarımı, Şekil 4A)
Kronik enerji eksikliği, memelilerde doğurganlığı engellemek için yeterlidir, bu da hem kemirgenlerde hem de insanlarda korunan bir tepkidir11,12. Bu çalışmada, uzun süreli vücut ağırlığı kaybını indüklemek için kalori kısıtlaması kullanıyoruz. 15-18 haftalık yetişkin dişi C57BL/6 f...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
Klinik öncesi hayvan modellerinde, kalori kısıtlaması, metabolizmayı hassas bir şekilde manipüle etmek ve incelemek için güçlü bir deneysel araçtır. Sürekli kilo kaybının obezite, diyabet, yaşlanma, doğurganlık ve menopoz (bir tür üreme yaşlanması) üzerinde etkileri vardır ve bunların tümü önemli translasyonel son noktalardır. Bununla birlikte, kalori kısıtlama paradigmalarının uzun süre sürdürülmesi zor olabilir. Bu yazıda, laboratuvar ortamında uzun süreli kalori kısıtlaması elde etmek...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarların açıklanacak herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Teşekkürler
Jason Lê, Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından finanse edilen bakalorya sonrası araştırma eğitim programı tarafından desteklenmektedir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| # 7 Durdurucu W / 3-1 / 2 "kavisli yudum tüpü topsuz | Labex | 2067 | |
| AN75 fare kafesi alt | Ancare | AN75HT | |
| Akvaryum Petbank-tek.com Amazon dağıtımı için Otomatik Balık Besleyici | (#B0BRCWP16K) | ||
| Kemirgen Mikro filtre Üstleri | Ancare | N10MBTPLF | |
| Kauçuk Tıpalar, Tek Delikli | United Scientific | S24009 | |
| standart kemirgen yemi | Prolab IsoPro 3000 |
Kaynaklar
- Arble, D. M., Bass, J., Laposky, A. D., Vitaterna, M. H., Turek, F. W. Circadian timing of food intake contributes to weight gain. Obesity (Silver Spring). 17 (11), 2100-2102 (2009).
- Hatori, M., et al. Time-restricted feeding without reducing caloric intake prevents metabolic diseases in mice fed a high-fat diet. Cell Metab. 15 (6), 848-860 (2012).
- Acosta-Rodriguez, V. A., de Groot, M. H. M., Rijo-Ferreira, F., Green, C. B., Takahashi, J. S. Mice under caloric restriction self-impose a temporal restriction of food intake as revealed by an automated feeder system. Cell Metab. 26 (1), 267-277.e2 (2017).
- Gallop, M. R., Tobin, S. Y., Chaix, A. Finding balance: understanding the energetics of time-restricted feeding in mice. Obesity (Silver Spring). 31 (Suppl 1), 22-39 (2023).
- Hua, L., et al. Time-restricted feeding improves the reproductive function of female mice via liver fibroblast growth factor 21. Clin Transl Med. 10 (6), e195(2020).
- Strilbytska, O., Klishch, S., Storey, K. B., Koliada, A., Lushchak, O. Intermittent fasting and longevity: From animal models to implication for humans. Ageing Res Rev. 96, 102274(2024).
- Di Francesco, A., Di Germanio, C., Bernier, M., de Cabo, R. A time to fast. Science. 362 (6416), 770-775 (2018).
- Longo, V. D., Panda, S. Fasting, Circadian rhythms, and time-restricted feeding in healthy lifespan. Cell Metab. 23 (6), 1048-1059 (2016).
- Matikainen-Ankney, B. A., et al. An open-source device for measuring food intake and operant behavior in rodent home-cages. Elife. 10, e66173(2021).
- Sahasrabudhe, A., Guy, C. R., Greenwell, B. J., Menet, J. S. Manipulation of rhythmic food intake in mice using a custom-made feeding system. J Vis Exp. (190), (2022).
- Kreisman, M. J., Tadrousse, K. S., McCosh, R. B., Breen, K. M. Neuroendocrine basis for disrupted ovarian cyclicity in female mice during chronic undernutrition. Endocrinology. 162 (8), ebqab103(2021).
- Allaway, H. C., Southmayd, E. A., De Souza, M. J. The physiology of functional hypothalamic amenorrhea associated with energy deficiency in exercising women and in women with anorexia nervosa. Horm Mol Biol Clin Investig. 25 (2), 91-119 (2016).
- Betley, J. N., et al. Neurons for hunger and thirst transmit a negative-valence teaching signal. Nature. 521 (7551), 180-185 (2015).
- Chen, Y., Lin, Y. C., Kuo, T. W., Knight, Z. A. Sensory detection of food rapidly modulates arcuate feeding circuits. Cell. 160 (5), 829-841 (2015).
- Mandelblat-Cerf, Y., et al. Arcuate hypothalamic AgRP and putative POMC neurons show opposite changes in spiking across multiple timescales. Elife. 4, e07122(2015).
- Kahnau, P., et al. A systematic review of the development and application of home cage monitoring in laboratory mice and rats. BMC Biol. 21 (1), 256(2023).
- Eckel-Mahan, K., Sassone-Corsi, P. Phenotyping circadian rhythms in mice. Curr Protoc Mouse Biol. 5 (3), 271-281 (2015).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste