Het opzetten van een apparaat voor slaaptekort bij muizen
Summary
Het huidige protocol schetst een methode voor het opzetten van een kosteneffectief rocker-platformgebaseerd apparaat dat wordt gebruikt voor het induceren van slaaptekort bij muizen. Dit apparaat heeft bewezen effectief te zijn in het veroorzaken van verstoringen in door elektro-encefalogram (EEG) bewezen slaappatronen, evenals het induceren van metabole en moleculaire veranderingen die verband houden met slaaptekort.
Abstract
Verstoring van het circadiane ritme verwijst naar de desynchronisatie tussen de externe omgeving of het gedrag en de endogene moleculaire klok, wat de gezondheid aanzienlijk schaadt. Slaaptekort is een van de meest voorkomende oorzaken van verstoring van het circadiane ritme. Er zijn verschillende modaliteiten (bijv. platforms op het water, zachte behandeling, glijdende staafkamers, roterende trommels, orbitale shakers, enz.) gerapporteerd voor het induceren van slaaptekort bij muizen om de effecten ervan op de gezondheid te onderzoeken. De huidige studie introduceert een alternatieve methode voor slaaptekort bij muizen. Er is een geautomatiseerd apparaat op het rockerplatform ontworpen dat kosteneffectief is en de slaap efficiënt verstoort bij muizen in groepshuisvesting met instelbare tijdsintervallen. Dit apparaat induceert karakteristieke veranderingen van slaaptekort met minimale stressrespons. Bijgevolg kan deze methode nuttig zijn voor onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het bestuderen van de effecten en onderliggende mechanismen van slaaptekort op de pathogenese van meerdere ziekten. Bovendien biedt het een kosteneffectieve oplossing, vooral wanneer er meerdere slaapdeprivatie-apparaten parallel moeten werken.
Introduction
Verstoring van het circadiane ritme verwijst naar de desynchronisatie tussen de externe omgeving of het gedrag en de endogene biologische klok. Een van de meest voorkomende oorzaken van verstoring van het circadiane ritme is slaaptekort1. Slaaptekort heeft niet alleen een negatieve invloed op de menselijke gezondheid, maar verhoogt ook aanzienlijk het risico op vele ziekten, waaronder kanker2 en hart- en vaatziekten3. De mechanismen die ten grondslag liggen aan de schadelijke effecten van slaaptekort blijven echter grotendeels onbekend, en het opstellen van modellen voor slaaptekort is essentieel om ons begrip in dit opzicht te vergroten.
Er zijn verschillende methoden voor slaaptekort bij muizen gemeld, zoals het gebruik van waterplatforms4, zachte behandeling5, schuifstangkamers6, roterende trommels7 en kooiagitatieprotocollen 5,8,9. Schuifstangkamers vegen automatisch tralies over de bodem van de kooi, waardoor de muizen eroverheen moeten lopen en wakker moeten blijven. Protocollen voor het agiteren van kooien omvatten het plaatsen van kooien op orbitale shakers in het laboratorium, wat resulteert in een efficiënte slaapverstoring. Hoewel deze methoden automatisch en effectief zijn, kunnen ze duur zijn wanneer meerdere apparaten parallel moeten worden uitgevoerd, vooral voor specifieke onderzoeksontwerpen waarbij een groot aantal muizen met slaaptekort betrokken is die nodig zijn voor circadiane genprofilering. Aan de andere kant zijn waterplatforms en zachte behandelingsprotocollen goedkopere en eenvoudigere methoden die vaak worden gebruikt om slaaptekort op te wekken. Het waterplatform staat echter geen automatische controle toe van vooraf gespecificeerde deprivatie-rustcycli10,11, en een zachte behandeling vereist voortdurende waakzaamheid van de onderzoekers om de slaap te verstoren. Bovendien kunnen andere modaliteiten, zoals roterende vaten, worden verward door sociaal isolement of stress12.
Geïnspireerd door de orbitale shaker-gebaseerde methode, willen we een protocol introduceren voor het opzetten van een rocker-platform-gebaseerd apparaat voor slaaptekort bij muizen. Deze methode is goedkoop, effectief, minimaal stressvol, controleerbaar en geautomatiseerd. Het huidige protocol stelt ons in staat om een op het rockerplatform gebaseerd apparaat te maken tegen een prijs die ongeveer tien keer goedkoper is dan die van orbitale shakers, op basis van onze toegankelijkheid. Dit apparaat verstoorde effectief de slaap bij muizen in groepshuisvesting en induceerde karakteristieke veranderingen van slaaptekort met minimale stressrespons. Het zal vooral nuttig zijn voor onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het onderzoeken van de effecten en onderliggende mechanismen van slaaptekort op de pathogenese van meerdere ziekten, vooral wanneer de studie parallel slaaptekort met meerdere groepen omvat.
Protocol
Representative Results
Discussion
Muismodellen van slaaptekort zijn essentieel voor het bestuderen van de effecten van slaapverstoring op verschillende ziekten, waaronder hart- en vaatziekten21, psychiatrische aandoeningen22 en neurologische aandoeningen23. Van de bestaande strategieën voor slaaptekort bij muizen worden fysieke benaderingen waarbij de slaap op korte termijn herhaaldelijk wordt onderbroken het meest gebruikt 5,7,12…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door subsidies van de National Natural Science Foundation of China (82230014, 81930007, 82270342), het Shanghai Outstanding Academic Leaders Program (18XD1402400), de Science and Technology Commission van de gemeente Shanghai (22QA1405400, 201409005200, 20YF1426100), Shanghai Pujiang Talent Program (2020PJD030), SHWSRS (2023-62), Shanghai Clinical Research Center for Aging and Medicine (19MC1910500) en Postgraduate Innovation Program van Bengbu Medical College (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).
