Palatable Western-Stil Cafeteria Diät als zuverlässige Methode zur Modellierung Diät-induzierte Adipositas bei Nagetieren

Summary

Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung einer sehr schmackhaften Cafeteria-Diät im westlichen Stil, um Überernährung und Adipositas bei Nagetieren zu modellieren. Hier bieten wir einen detaillierten Überblick über die Lebensmittelauswahl, -zubereitung und -messung und erläutern methodische Faktoren, die zur Erzeugung eines robusten und reproduzierbaren Phänotyps beitragen.

Abstract

Adipositas nimmt in Industrie- und Entwicklungsländern rapide zu und ist dafür bekannt, viele Krankheiten auszulösen oder zu verschlimmern. Die gesundheitliche Belastung durch Adipositas und ihre komorbiden Bedingungen unterstreichen die Notwendigkeit eines besseren Verständnisses ihrer Pathogenese, doch ethische Zwänge schränken Studien am Menschen ein. Dazu sind äußerlich gültige Modelle von Adipositas bei Labortieren für das Verständnis von Übergewicht und Adipositas unerlässlich. Während viele Arten verwendet wurden, um die Palette der Veränderungen zu modellieren, die Adipositas beim Menschen begleiten, werden Nagetiere am häufigsten verwendet. Unser Labor hat eine Cafeteria-Diät im westlichen Stil entwickelt, die konsequent zu einer erheblichen Gewichtszunahme und Markern von Stoffwechselerkrankungen bei Nagetieren führt. Die Ernährung setzt Nagetiere einer Vielzahl von sehr schmackhaften Lebensmitteln aus, um Hyperphagie zu induzieren und die moderne westliche Lebensmittelumgebung zu modellieren. Diese Diät induziert schnell Gewichtszunahme und Körperfettansammlung bei Ratten, was die Untersuchung der Auswirkungen von Überernährung und Fettleibigkeit ermöglicht. Während die Cafeteria-Diät möglicherweise nicht die gleiche Kontrolle über Makronährstoff- und Mikronährstoffprofil bietet wie gereinigte fettreiche oder fettreiche, zuckerreiche Diäten, induziert die Cafeteria-Diät in der Regel einen schwereren metabolischen Phänotyp als die, die bei gereinigten Und entspricht eher Stoffwechselstörungen, die in der übergewichtigen und fettleibigen Menschlichen Bevölkerung beobachtet werden.

Introduction

Adipositas und die damit verbundenen Komorbiditäten leisten einen enormen Beitrag zur globalen Gesundheitsbelastung¹ und machen 7 % der Krankheitslast in Australien²aus. Ein führender Risikofaktor für Fettleibigkeit ist der Verzehr von ungesunden Diäten, die reich an gesättigten Fettsäuren und raffinierten Kohlenhydraten sind, und wenig Ballaststoffe und Mikronährstoffe³. Um Ziele für therapeutische Interventionen bei Adipositas zu identifizieren, sind Modelle erforderlich, die die Auswirkungen auf mehrere biochemische und physiologische Systeme systematisch bewerten können. Unser Verständnis der Ätiologie von Adipositas wurde durch die Arbeit mit Nagetiermodellen wesentlich weiterentwickelt, wo Verhaltens-, Stoffwechsel- und molekulare Effekte im Laufe der Zeit unter kontrollierten Bedingungen untersucht werden können, unter denen Umweltfaktoren leicht Manipuliert.

Das Cafeteria-Diätmodell (CAF) der ernährungsbedingten Fettleibigkeit besteht darin, die Standard-Chow-Diät von Nagetieren mit einer Vielzahl von schmackhaften Lebensmitteln zu ergänzen, die entweder in gesättigten Fettsäuren, raffinierten Kohlenhydraten oder beidem enthalten sind. Beispiele für diese Lebensmittel sind Kuchen, süße Kekse und fettreiche herzhafte Snacks (wie verarbeitetes Fleisch, Käse und Chips). Es fördert zuverlässig Hyperphagie und schnelle Gewichtszunahme bei Nagetieren. Die Hauptmerkmale des Modells sind die Bereitstellung einer Vielzahl von sehr schmackhaften Lebensmitteln, die entwickelt wurden, um die moderne Lebensmittelumgebung zu simulieren. Der Zugang zur Sorte erhöht die Nahrungsaufnahme bei Ratten über die kurzfristige⁴ und beim Menschen⁵ auch wenn die Lebensmittel für die Schmackhaftigkeit abgestimmt sind und variieren nur in Geschmack und olfaktorische Hinweise^4,6. Eine Studie zeigte jedoch, dass die Bereitstellung von energie- und makronährstofftraddierten gereinigten Diäten, die in Geschmack und Textur variierten, keinen Einfluss auf die langfristige Gewichtszunahme des Körpers bei Ratten⁷hatte, was darauf hindeutet, dass die Nährstoffzusammensetzung und die ausgeprägte postorale Wirkung verschiedene Lebensmittel können auch zu überessen beitragen. Die Exposition gegenüber mehreren Geschmäckern und Texturen überwindet die sensorische Sättigung, die den Rückgang des Wunsches beschreibt, ein kürzlich gegessenes Essen im Vergleich zu einer Alternative zu essen⁵. In vielen Kohorten in unserem Labor haben wir ebenfalls beobachtet, dass die Verwendung von sehr schmackhaften Lebensmitteln das Überessen weiter verstärkt.

Diese CAF-Diät wird seit über 40 Jahren verwendet, da Sclafani⁸ berichtete, dass weibliche Ratten einer Auswahl von “Supermarkt-Lebensmitteln” (Marshmallows, Schokolade, Erdnussbutter, Kekse, Salami und Käse darunter) eine beschleunigte Gewichtszunahme ausgesetzt waren. in Bezug auf Steuerelemente. Diese und andere frühe Studien stellten fest, dass CAF-ähnliche Diäten schien Gewichtszunahme effektiver zu beschleunigen als reine fettreiche oder kohlenhydratreiche Diäten ^8,9. Die Arbeiten in den 1980er Jahren charakterisierten die Makronährstoffprofile¹⁰ und die Essensmuster¹¹ der Ratten, die mit CAF-Diäten gefüttert wurden, und zeigten tiefgreifende Veränderungen der Fettmasse und des Insulinspiegels^9,10 und Thermogenese¹². Unsere Gruppe verwendet die CAF-Diät, um Adipositas seit über zwei Jahrzehnten^13,14 zu modellieren und während dieser Zeit haben wir mehrere Varianten der Ernährung verwendet. Ratten werden mit mindestens zwei süßen und zwei herzhaften Lebensmitteln pro Tag präsentiert, zusätzlich zu regelmäßigen Chow und Wasser. In den letzten Jahren haben wir begonnen, feste CAF-Lebensmittel mit 10% Saccharoselösung zu ergänzen. Die Fähigkeit, die CAF-Diät an verschiedene experimentelle Designs anzupassen, ist eine Stärke des Modells.

CAF-Diäten fördern sofortige Hyperphagie (d.h. innerhalb der ersten 24 h) und stetige Zuwächse an Körpergewicht und Fettmasse. Eine Folge der Sortenmaximierung ist jedoch, dass die Zufuhr von Makronährstoffen und Mikronährstoffen nicht kontrolliert wird, ein Punkt, der als unüberwindlicher Fehler betrachtet wird¹⁵. Studien über ernährungsbedingte Fettleibigkeit verwenden häufiger gereinigte fettreiche (HF) oder kombinierte fettreiche, zuckerreiche (HFHS) Diäten, die eine präzise Kontrolle des Nährstoffgehalts bieten und weniger arbeitsintensiv sind als das CAF-Modell, das eine tägliche Überwachung und sorgfältige Planung und Ausführung des Zeitplans. Die translationale Relevanz kommerziell erhältlicher gereinigter HF-Diäten ist ein Thema der laufenden Debatte, da ihr Fettsäureprofil und ihre Anteile an Fett und Saccharose möglicherweise nicht mit der aufnahme durch die menschliche Ernährung übereinstimmen¹⁶. Während CAF-Diät bietet nicht das gleiche Maß an Kontrolle über die Nährstoffzusammensetzung wie gereinigte Diäten, es zielt darauf ab, die Schmackhaftigkeit und Vielfalt zu modellieren, die Lebensmitteloptionen in den meisten modernen Gesellschaften charakterisiert.

Protocol

Das hier beschriebene Protokoll wurde für den Einsatz bei Ratten optimiert. Während wir die CAF-Diät erfolgreich bei Mäusen17,18verwendet haben, kann Softfood-Schleifen weitere Fehler zur Reduzierung der Zuverlässigkeit von Nahrungsaufnahmemaßnahmen führen19. Dieses Protokoll wurde von der Animal Care and Ethics Committee an der University of New South Wales genehmigt und entspricht den australischen Richtlinien für die Verwendung …

Representative Results

Wie in Abbildung 2Adargestellt, führt die CAF-Diätzufuhr zu einer 2,5-fachen Erhöhung der Energieaufnahme im Vergleich zu Chow-Kontrollen, basierend auf Daten von drei Kohorten männlicher Sprague Dawley-Ratten, die über 6 Wochen konsistent sind. Andere Studien haben bestätigt, dass dieses Ausmaß der Hyperphagie über 1021 und 1622 Wochen Experimente aufrechterhalten wird. Die Gewichtskurve (Abbildung…

Discussion

Durch die Exposition von Ratten gegenüber einer Vielzahl von sehr schmackhaften Lebensmitteln mit hohem Fett- und Zuckergehalt bietet das hier beschriebene CAF-Diätprotokoll ein zuverlässiges und robustes Modell der so genannten “westlichen Ernährung”, die von vielen Menschen gegessen wird. Hyperphagie – die als signifikante Erhöhung der Energieaufnahme im Vergleich zu Kontrollen bewertet wird – wird innerhalb der ersten 24 h der Exposition beobachtet, wobei statistisch signifikante Körpergewichtsunterschiede i…

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