הקמת מכשיר למניעת שינה בעכברים
Summary
הפרוטוקול הנוכחי מתווה שיטה להקמת מכשיר חסכוני מבוסס פלטפורמת נדנדה המשמש לגרימת חסך שינה בעכברים. מכשיר זה הוכח כיעיל בגרימת שיבושים בדפוסי השינה המוכחים באלקטרואנצפלוגרם (EEG), כמו גם בגרימת שינויים מטבוליים ומולקולריים הקשורים למחסור בשינה.
Abstract
הפרעה בשעון הביולוגי מתייחסת לחוסר סנכרון בין הסביבה או ההתנהגות החיצונית לבין השעון המולקולרי האנדוגני, אשר פוגע באופן משמעותי בבריאות. מחסור בשינה הוא אחד הגורמים השכיחים ביותר להפרעה בשעון הביולוגי. שיטות שונות (למשל, פלטפורמות על המים, טיפול עדין, תאי מוטות הזזה, תופים מסתובבים, שייקרים מסלוליים וכו ‘) דווחו כגורמים לחוסר שינה בעכברים כדי לחקור את השפעותיו על הבריאות. המחקר הנוכחי מציג שיטה חלופית למחסור בשינה בעכברים. תוכנן מכשיר אוטומטי מבוסס פלטפורמת נדנדה שהוא חסכוני ומשבש ביעילות את השינה בעכברים השוכנים בקבוצה בפרקי זמן מתכווננים. מכשיר זה גורם לשינויים אופייניים של חסך שינה עם תגובת לחץ מינימלית. כתוצאה מכך, שיטה זו עשויה להיות שימושית עבור חוקרים המעוניינים לחקור את ההשפעות ואת המנגנונים הבסיסיים של מניעת שינה על הפתוגנזה של מחלות מרובות. יתר על כן, הוא מציע פתרון חסכוני, במיוחד כאשר נדרשים מכשירים מרובים למניעת שינה לפעול במקביל.
Introduction
הפרעה בשעון הביולוגי מתייחסת לדה-סנכרון בין הסביבה או ההתנהגות החיצונית לבין השעון הביולוגי האנדוגני. אחד הגורמים השכיחים ביותר להפרעה בשעון הביולוגי הוא חסך שינה1. מחסור בשינה לא רק משפיע לרעה על בריאות האדם, אלא גם מגדיל באופן משמעותי את הסיכון למחלות רבות, כולל סרטן2 ומחלות לב וכלי דם3. עם זאת, המנגנונים העומדים בבסיס ההשפעות המזיקות של מניעת שינה עדיין אינם ידועים במידה רבה, והקמת מודלים של מניעת שינה חיונית כדי לשפר את הבנתנו בהקשר זה.
דווח על שיטות שונות למניעת שינה בעכברים, כגון שימוש בפלטפורמות מים4, טיפול עדין5, תאי מוטות הזזה6, תופים מסתובבים7 ופרוטוקולי תסיסה בכלוב 5,8,9. תאי מוטות הזזה גורפים אוטומטית סורגים את תחתית הכלוב, ומאלצים את העכברים ללכת מעליהם ולהישאר ערים. פרוטוקולי תסיסה בכלובים כוללים הצבת כלובים על מטלטלים מסלוליים במעבדה, וכתוצאה מכך הפרעות שינה יעילות. בעוד שיטות אלה הן אוטומטיות ויעילות, הן יכולות להיות יקרות כאשר מכשירים מרובים נדרשים לפעול במקביל, במיוחד עבור עיצובי מחקר ספציפיים הכוללים מספר רב של עכברים חסרי שינה הדרושים לפרופיל גנים צירקדיים. מצד שני, פלטפורמות מים ופרוטוקולי טיפול עדינים הם שיטות זולות ופשוטות יותר המשמשות בדרך כלל לגרימת חסך שינה. עם זאת, אסדת המים אינה מאפשרת בקרה אוטומטית של מחזורי מנוחה-חסך שנקבעו מראש 10,11, וטיפול עדין דורש ערנות מתמשכת מצד החוקרים כדי להפריע לשינה. בנוסף, שיטות אחרות, כמו תופים מסתובבים, יכולות להתבלבל על ידי בידוד חברתי או מתח12.
בהשראת השיטה המבוססת על שייקר מסלולי, אנו שואפים להציג פרוטוקול להקמת מכשיר מבוסס פלטפורמת נדנדה למניעת שינה בעכברים. שיטה זו זולה, יעילה, מלחיצה באופן מינימלי, ניתנת לשליטה ואוטומטית. הפרוטוקול הנוכחי מאפשר לנו ליצור מכשיר מבוסס פלטפורמת נדנדה בעלות זולה בערך פי עשרה מזו של מטלטלים מסלוליים, בהתבסס על הנגישות שלנו. מכשיר זה שיבש ביעילות את השינה בעכברים ששוכנו בקבוצה וגרם לשינויים אופייניים של חסך שינה עם תגובת דחק מינימלית. זה יהיה שימושי במיוחד עבור חוקרים המעוניינים לחקור את ההשפעות ואת המנגנונים הבסיסיים של מניעת שינה על הפתוגנזה של מחלות מרובות, במיוחד כאשר המחקר כולל מניעת שינה מרובת קבוצות במקביל.
Protocol
Representative Results
Discussion
מודלים עכבריים של חסך שינה חיוניים לחקר ההשפעות של הפרעות שינה על מחלות שונות, כולל מחלות לב וכלי דם21, מצבים פסיכיאטריים22 והפרעות נוירולוגיות23. מבין אסטרטגיות מניעת השינה הקיימות בעכברים, גישות פיזיות הכוללות הפרעות חוזרות ונשנות לטווח קצר של שינה ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מהקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82230014, 81930007, 82270342), תוכנית המנהיגים האקדמיים המצטיינים של שנחאי (18XD1402400), ועדת המדע והטכנולוגיה של עיריית שנחאי (22QA1405400, 201409005200, 20YF1426100), תוכנית הכישרונות של שנחאי פוג’יאנג (2020PJD030), SHWSRS (2023-62), מרכז המחקר הקליני של שנגחאי להזדקנות ורפואה (19MC1910500), ותוכנית חדשנות לתואר שני של המכללה הרפואית בנגבו (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).
