Palatable Western-stile caffetteria dieta come un metodo affidabile per la modellazione dell'obesità indotta da dieta nei roditori

Summary

Questo protocollo descrive l’uso di una dieta caffetteria molto appetibile e in stile occidentale per modellare l’eccesso di cibo e l’obesità nei roditori. Qui, forniamo un contorno dettagliato della selezione, preparazione e misurazione degli alimenti e spieghiamo i fattori metodologici che aiutano a generare un fenotipo robusto e riproducibile.

Abstract

L’obesità è in rapido aumento nell’incidenza nei paesi sviluppati e in via di sviluppo ed è noto per indurre o esacerbare molte malattie. L’onere sanitario dell’obesità e le sue condizioni comorbide evidenziano la necessità di una migliore comprensione della sua patogenesi, ma i vincoli etici limitano gli studi nell’uomo. A tal fine i modelli di obesità valida esternamente negli animali da laboratorio sono essenziali per la comprensione del sovrappeso e dell’obesità. Mentre molte specie sono state utilizzate per modellare la gamma di cambiamenti che accompagnano l’obesità negli esseri umani, i roditori sono più comunemente utilizzati. Il nostro laboratorio ha sviluppato una dieta caffetteria in stile occidentale che porta costantemente a un notevole aumento di peso e marcatori della malattia metabolica nei roditori. La dieta espone i roditori a una varietà di alimenti altamente appetibili per indurre l’iperfagia, modellando l’ambiente alimentare occidentale moderno. Questa dieta induce rapidamente aumento di peso e l’accumulo di grasso corporeo nei ratti permettendo per lo studio degli effetti di eccesso di cibo e obesità. Mentre la dieta della mensa non può fornire lo stesso controllo sul profilo di macronutrienti e micronutrienti come diete purificate ad alto contenuto di grassi o ad alto contenuto di grassi, ad alto contenuto di zucchero, la dieta della mensa induce in genere un fenotipo metabolico più grave rispetto a quello osservato con purificati diete ed è più in linea con i disturbi metabolici osservati nella popolazione umana in sovrappeso e obesi.

Introduction

L’obesità e le relative comorbilità contribuiscono enormemente al carico sanitario mondiale¹ e rappresentano il 7% del carico di malattie in Australia². Un fattore di rischio principale per l’obesità è il consumo di diete malsane ad alto contenuto di grassi saturi e carboidrati raffinati, e a basso contenuto di fibre e micronutrienti³. Identificare gli obiettivi per l’intervento terapeutico per l’obesità richiede modelli in grado di valutare sistematicamente gli effetti su più sistemi biochimici e fisiologici. La nostra comprensione dell’eziologia dell’obesità è stata notevolmente avanzata dal lavoro utilizzando modelli di roditori, dove gli effetti comportamentali, metabolici e molecolari possono essere studiati nel tempo in condizioni controllate in cui i fattori ambientali possono essere facilmente Manipolato.

Il modello di dieta caffetteria (CAF) di obesità indotta dalla dieta consiste nell’integrare la dieta di chow standard dei roditori con una varietà di alimenti appetibili che sono ad alto contenuto di grassi saturi, carboidrati raffinati, o entrambi. Esempi di questi alimenti includono torte, biscotti dolci e snack salati ad alto contenuto di grassi (come carni trasformate, formaggio e patatine). Promuove in modo affidabile l’iperfagia e rapido aumento di peso nei roditori. Le caratteristiche principali del modello sono la fornitura di una varietà di alimenti altamente appetibili, progettati per simulare l’ambiente alimentare moderno. L’accesso alla varietà aumenta l’assunzione di cibo nei ratti nel breve termine⁴ e negli esseri umani⁵ anche quando gli alimenti sono abbinati per appeguarsi e variano solo nel sapore e nei segnali olfattivi^4,6. Tuttavia, uno studio ha mostrato che fornire diete purificate abbinate a energia e macronutrienti che variavano nel sapore e nella consistenza non ha avuto alcun effetto sull’aumento di peso corporeo a lungo termine nei ratti⁷, suggerendo che la composizione dei nutrienti e distinti effetti post-orali diversi alimenti possono anche contribuire all’eccesso di cibo. L’esposizione a molteplici gusti e consistenze supera la sazietà sensoriale-specifica, che descrive la diminuzione del desiderio di mangiare un cibo mangiato di recente rispetto ad un’alternativa⁵. In molte coorti nel nostro laboratorio, abbiamo osservato allo stesso modo che l’uso di alimenti altamente appetibili amplifica ulteriormente l’eccesso di cibo.

Questa dieta CAF è stata utilizzata per oltre 40 anni, da quando Sclafani⁸ ha riferito che i ratti femminili esposti a un assortimento di “cibi al supermercato” (marshmallow, cioccolato, burro di arachidi, biscotti, salami e formaggio tra loro) hanno esibito un aumento di peso accelerato rispetto ai controlli. Questo e altri studi precoci hanno notato che le diete in stile CAF sembravano accelerare l’aumento di peso in modo più efficace rispetto alle diete pure ad alto contenuto di grassi o ad alto contenuto di carboidrati ^8,9. Il lavoro degli anni ’80 ha caratterizzato i profili macronutrienti¹⁰ e i modelli di pasto¹¹ dei ratti alimentati diete CAF, e ha mostrato profondi cambiamenti ai livelli di massa grassa e insulina^9,10 e termogenesi¹². Il nostro gruppo ha utilizzato la dieta CAF per modellare l’obesità per oltre due decenni^13,14 e durante questo periodo abbiamo usato diverse varianti della dieta. I ratti sono presentati con almeno due prodotti alimentari dolci e due salati ogni giorno, oltre a cibo regolare e acqua. Negli ultimi anni abbiamo iniziato a integrare gli alimenti solidi CAF con soluzione di saccarosio al 10%. La capacità di adattare la dieta CAF a diversi progetti sperimentali è un punto di forza del modello.

Le diete CAF promuovono l’iperfagia immediata (cioè, entro i primi 24 h) e guadagni costanti nel peso corporeo e nella massa grassa. Tuttavia, una conseguenza della massimizzazione della varietà è che l’assunzione di macronutrienti e micronutrienti non è controllata, un punto di vista come un difetto insormontabile¹⁵. Gli studi sull’obesità indotta dalla dieta usano più comunemente diete ad alto contenuto di grassi purificati (HF) o combinate ad alto contenuto di grassi e zuccheri (HFHS), che offrono un controllo preciso sul contenuto nutrizionale e sono meno laboriose rispetto al modello CAF, che richiede un monitoraggio quotidiano e un’attenta pianificazione ed esecuzione del programma. La rilevanza traslazionale delle diete HF purificate disponibili in commercio è un argomento di dibattito in corso, poiché il loro profilo di acidi grassi e le proporzioni di grassi e saccarosio potrebbero non allinearsi con l’assunzione alimentare umana¹⁶. Mentre la dieta CAF non offre lo stesso grado di controllo sulla composizione dei nutrienti delle diete purificate, mira a modellare l’appetibilità e la varietà che caratterizza le opzioni alimentari nella maggior parte delle società moderne.

Protocol

Il protocollo qui descritto è stato ottimizzato per l’uso nei ratti. Mentre abbiamo usato con successo la dieta CAF nei topi17,18, la macinazione degli alimenti morbidi può introdurre un ulteriore errore riducendo l’affidabilità delle misure di assunzione di cibo19. Questo protocollo è approvato dal Comitato per la cura e l’etica degli animali dell’Università del Nuovo Galles del Sud e conforme alle linee guida australiane per l’uso e…

Representative Results

Come mostrato nella Figura 2A, l’alimentazione dietetica CAF produce un aumento di 2,5 volte dell’apporto energetico rispetto ai controlli dei chow, sulla base dei dati di tre coorti di ratti Maschi Sprague Dawley, che è coerente in 6 settimane. Altri studi hanno confermato che questa estensione di iperfagia è sostenuta oltre 1021 e 16 esperimentidi 22 settimane. La curva di peso (Figura 2<strong…

Discussion

Esponendo i ratti a una varietà di alimenti altamente appetibili ad alto contenuto di grassi e zuccheri, il protocollo di dieta CAF descritto qui fornisce un modello affidabile e robusto della cosiddetta “dieta occidentale” consumata da molte persone. L’iperphagia, valutata come un aumento significativo dell’assunzione di energia rispetto ai controlli, si osserva entro i primi 24 h di esposizione, con differenze di peso corporeo statisticamente significative osservate in poche settimane. Così, CAF è un modello efficac…

Materials

2-5 L plastic bottle			For preparing 10% sucrose solution, if applicable
Chopping board			Plastic is advised
Freezer			For storing CAF foods
Gordon's maintenance rodent chow	Gordon's Specialty Stockfeeds (Australia)		Maintenance diet used in our laboratory (14 kJ/g; 65% carb, 13% fat and 22% protein, as energy)
Large plastic storage boxes			All items above can be stored in containers for easy access
Large spoon			For CAF diet preparation
Microwave			For CAF diet thawing (when required)
Non-serrated knife			For CAF diet preparation
Paper towel			Important for cleaning work surfaces and the knife during CAF prep
Plastic containers			These are for weighing CAF food items on measurement days
Plastic funnel			For preparing 10% sucrose solution, if applicable
Red light			As CAF diet should be refreshed near the onset of the dark phase each day, a red light will assist when working in the dark
Tuna tins			For presenting 'wetter' CAF food items. Plastic containers may also be suitable
Weigh container x 3			Separate containers should be used to weigh rats, chow & bottles, and CAF foods
Weighing scale			Sensitivity to 0.1g is recommended
White sugar			For 10% sucrose solution, if applicable