إنشاء جهاز للحرمان من النوم في الفئران
Summary
يحدد هذا البروتوكول طريقة لإعداد جهاز قائم على منصة الروك فعال من حيث التكلفة يستخدم للحث على الحرمان من النوم في الفئران. أثبت هذا الجهاز فعاليته في إحداث اضطرابات في أنماط النوم المثبتة بتخطيط كهربية الدماغ (EEG) ، بالإضافة إلى إحداث تغييرات أيضية وجزيئية مرتبطة بالحرمان من النوم.
Abstract
يشير اضطراب إيقاع الساعة البيولوجية إلى عدم التزامن بين البيئة الخارجية أو السلوك والساعة الجزيئية الداخلية ، مما يضعف الصحة بشكل كبير. الحرمان من النوم هو أحد الأسباب الأكثر شيوعا لاضطراب إيقاع الساعة البيولوجية. تم الإبلاغ عن طرائق مختلفة (على سبيل المثال ، المنصات على الماء ، والمناولة اللطيفة ، وغرف القضبان المنزلقة ، والطبول الدوارة ، والهزازات المدارية ، وما إلى ذلك) للحث على الحرمان من النوم في الفئران للتحقيق في آثاره على الصحة. تقدم الدراسة الحالية طريقة بديلة للحرمان من النوم في الفئران. تم تصميم جهاز آلي قائم على منصة الروك وهو فعال من حيث التكلفة ويعطل النوم بكفاءة في الفئران الجماعية على فترات زمنية قابلة للتعديل. يحفز هذا الجهاز تغييرات مميزة للحرمان من النوم مع الحد الأدنى من الاستجابة للإجهاد. وبالتالي ، قد تكون هذه الطريقة مفيدة للباحثين المهتمين بدراسة الآثار والآليات الأساسية للحرمان من النوم على التسبب في أمراض متعددة. علاوة على ذلك ، فإنه يوفر حلا فعالا من حيث التكلفة ، لا سيما عندما تكون هناك حاجة إلى تشغيل أجهزة متعددة للحرمان من النوم بالتوازي.
Introduction
يشير اضطراب إيقاع الساعة البيولوجية إلى عدم التزامن بين البيئة الخارجية أو السلوك والساعة البيولوجية الداخلية. أحد الأسباب الأكثر شيوعا لاضطراب إيقاع الساعة البيولوجية هو الحرمان من النوم1. لا يؤثر الحرمان من النوم سلبا على صحة الإنسان فحسب ، بل يزيد أيضا بشكل كبير من خطر الإصابة بالعديد من الأمراض ، بما في ذلك السرطان2 وأمراض القلب والأوعية الدموية3. ومع ذلك ، فإن الآليات الكامنة وراء الآثار الضارة للحرمان من النوم لا تزال غير معروفة إلى حد كبير ، وإنشاء نماذج للحرمان من النوم أمر ضروري لتعزيز فهمنا في هذا الصدد.
تم الإبلاغ عن طرق مختلفة للحرمان من النوم في الفئران ، مثل استخدام منصات المياه4 ، والمناولة اللطيفة5 ، وغرف القضبان المنزلقة6 ، والطبول الدوارة7 ، وبروتوكولات تحريك الأقفاص5،8،9. تقوم غرف القضبان المنزلقة تلقائيا بمسح القضبان عبر الجزء السفلي من القفص ، مما يجبر الفئران على المشي فوقها والبقاء مستيقظا. تتضمن بروتوكولات تحريك الأقفاص وضع أقفاص على الهزازات المدارية المختبرية ، مما يؤدي إلى اضطراب فعال في النوم. في حين أن هذه الطرق تلقائية وفعالة ، إلا أنها قد تكون باهظة الثمن عندما تكون هناك حاجة إلى أجهزة متعددة للعمل بالتوازي ، خاصة بالنسبة لتصميمات الدراسة المحددة التي تتضمن عددا كبيرا من الفئران المحرومة من النوم اللازمة للتنميط الجيني اليومي. من ناحية أخرى ، تعد منصات المياه وبروتوكولات المناولة اللطيفة طرقا أرخص وأبسط تستخدم عادة للحث على الحرمان من النوم. ومع ذلك ، لا تسمح منصة المياه بالتحكم التلقائي في دورات الحرمان والراحة المحددة مسبقا10,11 ، وتتطلب المعالجة اللطيفة يقظة مستمرة من الباحثين لإزعاج النوم. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن الخلط بين الطرائق الأخرى ، مثل الطبول الدوارة ، بسبب العزلة الاجتماعية أو الإجهاد12.
مستوحاة من الطريقة القائمة على الهزاز المداري ، نهدف إلى تقديم بروتوكول لإنشاء جهاز قائم على منصة الروك للحرمان من النوم في الفئران. هذه الطريقة رخيصة وفعالة ومرهقة إلى الحد الأدنى ويمكن التحكم فيها وآلية. يسمح لنا البروتوكول الحالي بإنشاء جهاز قائم على منصة الروك بتكلفة أرخص بعشر مرات تقريبا من الهزازات المدارية ، بناء على إمكانية الوصول إلينا. عطل هذا الجهاز النوم بشكل فعال في الفئران الجماعية وتسبب في تغييرات مميزة للحرمان من النوم مع الحد الأدنى من الاستجابة للإجهاد. سيكون مفيدا بشكل خاص للباحثين المهتمين بالتحقيق في الآثار والآليات الأساسية للحرمان من النوم على التسبب في أمراض متعددة ، خاصة عندما تنطوي الدراسة على الحرمان من النوم متعدد المجموعات بالتوازي.
Protocol
Representative Results
Discussion
تعد نماذج الفئران للحرمان من النوم ضرورية لدراسة آثار اضطراب النوم على الأمراض المختلفة ، بما في ذلك أمراض القلب والأوعية الدموية21 ، والحالات النفسية22 ، والاضطرابات العصبية23. من بين استراتيجيات الحرمان من النوم الحالية في الفئران ، فإن الأساليب ال?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل بمنح من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (82230014 ، 81930007 ، 82270342) ، وبرنامج شنغهاي للقادة الأكاديميين المتميزين (18XD1402400) ، ولجنة العلوم والتكنولوجيا في بلدية شنغهاي (22QA1405400 ، 201409005200 ، 20YF1426100) ، برنامج شنغهاي بوجيانغ للمواهب (2020PJD030) ، SHWSRS (2023-62) ، مركز شنغهاي للبحوث السريرية للشيخوخة والطب (19MC1910500) ، وبرنامج الابتكار للدراسات العليا في كلية بنغبو الطبية (Byycxz21075).
Materials
| 1.5 mL microcentrifuge tube | Axygen | MCT-150-C-S | |
| 50 mL centrifuge tube | NEST | 602002 | |
| Adenosine ELISA kit | Ruifan technology | RF8885 | |
| Animal cage | ZeYa tech | MJ2 | |
| Blood glucose meter | YuYue | 580 | |
| C57BL/6J Mice | JieSiJie Laboratory Animal | N/A | Age: 8-10 weeks |
| Connecting rod | ShengXiang Tech | N/A | Length: 20 cm |
| Cooling fan | LiMing | EFB0805VH | Supply voltage: 5 V; Power consumption: 1.2 W; Air flow: 26.92 cfm; Dimensions: 40 mm * 40 mm * 56 mm |
| Corticosterone ELISA kit | Elabscience | E-OSEL-M0001 | |
| EEG/EMG recording and analysis system | Pinnacle Technology | 8200-K1-iSE3 | |
| Isoflurane | RWD | 20071302 | |
| mosquito hemostats | FST | 13011-12 | Surgical instrument |
| Motor and motor mount | MingYang | MY36GP-555 | Supply voltage: 24 V dc; Shaft diameter: 8 mm; Maximum output torque: 100 Kgf.cm; Maximum output speed: 10 rpm |
| NanoDrop 2000c | Thermo Scientific | NanoDrop 2000c | |
| Power brick adapter | MingYang | QiYe-0243 | Input voltage: 110-220V ac; Output voltage: 24 V dc; Outputcurrent: 2 A; Cable length: 2 m |
| qPCR commercial kit | Vazyme | Q711-02 | |
| qPCR measurement equipment | Roche | 480 | |
| Rectangle platform attached with a screw-compatible steel cylinder | Customized | N/A | Width: 20 cm; length: 25 cm; length of the cylinder: 30 cm, thickness: 2 mm |
| Reverse RNA to cDNA commercial kit | Vazyme | R323-01 | |
| Screw and nut | Guwanji | N/A | Inner diameter: 6 mm, 12 mm |
| Screw-compatible steel cylinder | Customized | N/A | Length: 300 mm |
| Slotted steel channels | Customized | N/A | Length: 400 mm or 500 mm, thickness: 2 mm |
| Time contactor | LiXiang | DH48S-S | Supply voltage: 110-220 V ac; Units measured: hours, minutes, seconds; Contact configuration: DPDT |
| TRIzol | Vazyme | R401-01 |
References
- Yang, D. F., et al. Acute sleep deprivation exacerbates systemic inflammation and psychiatry disorders through gut microbiota dysbiosis and disruption of circadian rhythms. Microbiological Research. 268, 127292 (2023).
- Alanazi, M. T., Alanazi, N. T., Alfadeel, M. A., Bugis, B. A. Sleep deprivation and quality of life among uterine cancer survivors: systematic review. Supportive Care In Cancer : Official Journal of the Multinational Association of Supportive Care In Cancer. 30 (3), 2891-2900 (2022).
- Tobaldini, E., et al. Sleep, sleep deprivation, autonomic nervous system and cardiovascular diseases. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 74, 321-329 (2017).
- Arthaud, S., et al. Paradoxical (REM) sleep deprivation in mice using the small-platforms-over-water method: polysomnographic analyses and melanin-concentrating hormone and hypocretin/orexin neuronal activation before, during and after deprivation. Journal of Sleep Research. 24 (3), 309-319 (2015).
- Saré, R. M., et al. Chronic sleep restriction in developing male mice results in long lasting behavior impairments. Frontiers In Behavioral Neuroscience. 13, 90 (2019).
- Roman, V., Vander Borght, K., Leemburg, S. A., Vander Zee, E. A., Meerlo, P. Sleep restriction by forced activity reduces hippocampal cell proliferation. Brain Research. 1065 (1-2), 53-59 (2005).
- Zhao, H. Y., et al. Chronic sleep restriction induces cognitive deficits and cortical beta-amyloid deposition in mice via BACE1-antisense activation. CNS Neuroscience & Therapeutics. 23 (3), 233-240 (2017).
- Lord, J. S., et al. Early life sleep disruption potentiates lasting sex-specific changes in behavior in genetically vulnerable Shank3 heterozygous autism model mice. Molecular Autism. 13 (1), 35 (2022).
- Sinton, C. M., Kovakkattu, D., Friese, R. S. Validation of a novel method to interrupt sleep in the mouse. Journal of Neuroscience Methods. 184 (1), 71-78 (2009).
- Rotenberg, V. S. Sleep after immobilization stress and sleep deprivation: common features and theoretical integration. Critical Reviews in Neurobiology. 14 (3-4), 225-231 (2000).
- Kim, T. K., et al. Melatonin modulates adiponectin expression on murine colitis with sleep deprivation. World Journal of Gastroenterology. 22 (33), 7559 (2016).
- Barf, R. P., Scheurink, A. J. Sleep disturbances and glucose homeostasis. European Endocrinology. 7, 14-18 (2011).
- Rio, D. C., Ares, M., Hannon, G. J., Nilsen, T. W. Purification of RNA using TRIzol (TRI reagent). Cold Spring Harbor Protocols. 2010 (6), (2010).
- Libus, J., Štorchová, H. Quantification of cDNA generated by reverse transcription of total RNA provides a simple alternative tool for quantitative RT-PCR normalization. Biotechniques. 41 (2), 156-164 (2006).
- Nolan, T., Hands, R. E., Bustin, S. A. Quantification of mRNA using real-time RT-PCR. Nature Protocols. 1 (3), 1559-1582 (2006).
- Mang, G. M., et al. Evaluation of a piezoelectric system as an alternative to electroencephalogram/electromyogram recordings in mouse sleep studies. Sleep. 37 (8), 1383-1392 (2014).
- Maret, S., et al. Homer1a is a core brain molecular correlate of sleep loss. Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (50), 20090-20095 (2007).
- Li, K., et al. Olfactory deprivation hastens Alzheimer-like pathologies in a human tau-overexpressed mouse model via activation of cdk5. Molecular neurobiology. 53, 391-401 (2016).
- Sousa, M. E., et al. Invariant Natural Killer T cells resilience to paradoxical sleep deprivation-associated stress. Brain, Behavior, and Immunity. 90, 208-215 (2020).
- Zhao, Y., et al. Disruption of circadian rhythms by shift work exacerbates reperfusion injury in myocardial infarction. Journal of the American College of Cardiology. 79 (21), 2097-2115 (2022).
- Miller, M. A., Cappuccio, F. P. Inflammation, sleep, obesity and cardiovascular disease. Current Vascular Pharmacology. 5 (2), 93-102 (2007).
- Minkel, J., et al. Sleep deprivation potentiates HPA axis stress reactivity in healthy adults. Health Psychology. 33 (11), 1430 (2014).
- Bishir, M., et al. Sleep deprivation and neurological disorders. BioMed Research International. 2020, 5764017 (2020).
- Franken, P., Tobler, I., Borbély, A. A. Cortical temperature and EEG slow-wave activity in the rat: analysis of vigilance state related changes. Pflugers Archiv : European Journal of Physiology. 420 (5-6), 500-507 (1992).
- Li, Y., et al. Effects of chronic sleep fragmentation on wake-active neurons and the hypercapnic arousal response. Sleep. 37 (1), 51-64 (2014).
- Jones, C. E., et al. Early-life sleep disruption increases parvalbumin in primary somatosensory cortex and impairs social bonding in prairie voles. Science Advances. 5 (1), (2019).
