Farelerde uyku yoksunluğu için bir cihaz kurulması
Summary
Mevcut protokol, farelerde uyku yoksunluğunu indüklemek için kullanılan uygun maliyetli bir rocker platform tabanlı cihaz kurmak için bir yöntemi özetlemektedir. Bu cihazın, elektroensefalogram (EEG) ile kanıtlanmış uyku düzenlerinde bozulmalara neden olmanın yanı sıra uyku yoksunluğu ile ilişkili metabolik ve moleküler değişiklikleri indüklemede etkili olduğu kanıtlanmıştır.
Abstract
Sirkadiyen ritim bozulması, dış çevre veya davranış ile sağlığı önemli ölçüde bozan endojen moleküler saat arasındaki senkronizasyonun bozulmasını ifade eder. Uyku yoksunluğu, sirkadiyen ritim bozulmasının en yaygın nedenlerinden biridir. Sağlık üzerindeki etkilerini araştırmak için farelerde uyku yoksunluğuna neden olmak için çeşitli yöntemler (örneğin, su üzerindeki platformlar, nazik kullanım, kayar çubuk odaları, dönen tamburlar, yörünge çalkalayıcılar, vb.) bildirilmiştir. Bu çalışma, farelerde uyku yoksunluğu için alternatif bir yöntem sunmaktadır. Ayarlanabilir zaman aralıklarında grup halinde barındırılan farelerde uygun maliyetli ve uykuyu verimli bir şekilde bozan otomatik bir rocker platformu tabanlı cihaz tasarlanmıştır. Bu cihaz, minimum stres tepkisi ile uyku yoksunluğunun karakteristik değişikliklerine neden olur. Sonuç olarak, bu yöntem, uyku yoksunluğunun çoklu hastalıkların patogenezi üzerindeki etkilerini ve altta yatan mekanizmaları incelemekle ilgilenen araştırmacılar için yararlı olabilir. Ayrıca, özellikle birden fazla uyku yoksunluğu cihazının paralel olarak çalışması gerektiğinde uygun maliyetli bir çözüm sunar.
Introduction
Sirkadiyen ritim bozulması, dış çevre veya davranış ile endojen biyolojik saat arasındaki senkronizasyonun bozulmasını ifade eder. Sirkadiyen ritim bozukluğunun en yaygın nedenlerinden biri uyku yoksunluğudur1. Uyku yoksunluğu sadece insan sağlığını olumsuz etkilemekle kalmaz, aynı zamanda kanser2 ve kardiyovasküler hastalıklar3 dahil olmak üzere birçok hastalığın riskini önemli ölçüde artırır. Bununla birlikte, uyku yoksunluğunun zararlı etkilerinin altında yatan mekanizmalar büyük ölçüde bilinmemektedir ve bu konudaki anlayışımızı geliştirmek için uyku yoksunluğu modelleri oluşturmak esastır.
Farelerde uyku yoksunluğu için su platformlarının4, nazik kullanım5, kayar çubuk odalarının6, dönen tamburların7 ve kafes ajitasyon protokollerinin5,8,9 kullanımı gibi çeşitli yöntemler bildirilmiştir. Kayar çubuk odaları, çubukları kafesin alt kısmı boyunca otomatik olarak süpürür ve fareleri üzerlerinden geçmeye ve uyanık kalmaya zorlar. Kafes ajitasyon protokolleri, kafeslerin laboratuvar orbital çalkalayıcılarına yerleştirilmesini içerir ve bu da verimli uyku bozukluğuna neden olur. Bu yöntemler otomatik ve etkili olsa da, özellikle sirkadiyen gen profillemesi için gerekli olan çok sayıda uykudan mahrum fareyi içeren özel çalışma tasarımları için, birden fazla cihazın paralel olarak çalışması gerektiğinde pahalı olabilirler. Öte yandan, su platformları ve nazik kullanım protokolleri, uyku yoksunluğunu indüklemek için yaygın olarak kullanılan daha ucuz ve daha basit yöntemlerdir. Bununla birlikte, su platformu, önceden belirlenmiş yoksunluk-dinlenme döngülerinin10,11 otomatik kontrolüne izin vermez ve nazik kullanım, araştırmacıların uykuyu bozmak için sürekli uyanık olmasını gerektirir. Ek olarak, dönen tamburlar gibi diğer yöntemler, sosyal izolasyon veya stres12 ile karıştırılabilir.
Orbital çalkalayıcı tabanlı yöntemden esinlenerek, farelerde uyku yoksunluğu için rocker platform tabanlı bir cihaz oluşturmak için bir protokol sunmayı amaçlıyoruz. Bu yöntem ucuz, etkili, minimum stresli, kontrol edilebilir ve otomatiktir. Mevcut protokol, erişilebilirliğimize bağlı olarak, yörünge çalkalayıcılardan yaklaşık on kat daha ucuz bir maliyetle rocker platform tabanlı bir cihaz oluşturmamıza izin veriyor. Bu cihaz, grup halinde barındırılan farelerde uykuyu etkili bir şekilde bozdu ve minimum stres tepkisi ile uyku yoksunluğunun karakteristik değişikliklerine neden oldu. Uyku yoksunluğunun çoklu hastalıkların patogenezi üzerindeki etkilerini ve altta yatan mekanizmalarını araştırmakla ilgilenen araştırmacılar için, özellikle de çalışma paralel olarak çok gruplu uyku yoksunluğunu içerdiğinde, özellikle yararlı olacaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Uyku yoksunluğunun fare modelleri, uyku bozukluğunun kardiyovasküler hastalık21, psikiyatrik durumlar22 ve nörolojik bozukluklar23 dahil olmak üzere çeşitli hastalıklar üzerindeki etkilerini incelemek için gereklidir. Farelerde mevcut uyku yoksunluğu stratejileri arasında, tekrarlayan kısa süreli uyku kesintisini içeren fiziksel yaklaşımlar en sık kullanılanlardır 5,7,12<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (82230014, 81930007, 82270342), Şanghay Üstün Akademik Liderler Programı (18XD1402400), Şanghay Belediyesi Bilim ve Teknoloji Komisyonu (22QA1405400, 201409005200, 20YF1426100), Şanghay Pujiang Yetenek Programı (2020PJD030), SHWSRS(2023-62), Şanghay Yaşlanma ve Tıp Klinik Araştırma Merkezi (19MC1910500) ve Bengbu Tıp Fakültesi Lisansüstü İnovasyon Programı (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).
