הרכב הגוף וניתוח מטבולית שכולאת בעכברים פד שומן גבוה
Summary
פרוטוקול זה מתאר את השימוש מנתח בהרכב הגוף ומערכת חילוף החומרים בעלי חיים ניטור לאפיין הרכב הגוף ופרמטרים מטבולית בעכברים. מודל השמנת יתר הנגרמת על ידי האכלה עתירי שומן משמש כדוגמה עבור היישום של טכניקות אלה.
Abstract
שינויים על הרכב הגוף (מסה שמנה או רזה), מטבולית פרמטרים כגון צריכת חמצן לכל הגוף, ההוצאה האנרגטית, וסילוק המצע, והתנהגויות כגון צריכת מזון, פעילות גופנית יכולה לספק מידע חשוב בנוגע המנגנון הבסיסי של המחלה. בהתחשב בחשיבות של הרכב הגוף וחילוף החומרים להתפתחות של השמנת יתר, sequelae הבאים שלה, זה הכרחי להפוך מידות מדויקות של פרמטרים אלה בהגדרת מחקרים קליניים. ההתקדמות הטכנולוגית במהלך העשורים האחרונים הפכו אותה אפשר להפיק אמצעים אלו דגמים מכרסמים בצורה לא פולשנית האורך והרוחב. כתוצאה מכך, אמצעי מטבולית אלה הוכיחו שימושי בעת הערכת התגובה של מניפולציות גנטיות (לדוגמה נוקאאוט או הטרנסגניים עכברים, נגיפי דפיקה למטה או ביטוי של גנים), תרופה ניסיונית/מתחם ההקרנה, תזונה, התערבויות התנהגותיות או לפעילות גופנית. במסמך זה, אנו מתארים את הפרוטוקולים למדידת הרכב הגוף ופרמטרים מטבולית באמצעות חיה ניטור המערכת בעכברים צ’או-fed וגבוה השמן דיאטה-fed.
Introduction
חילוף החומרים בבסיס היבטים רבים של סלולארי רגיל, עוגב ו פיזיולוגיה לכל הגוף. כתוצאה מכך, בהגדרה של פתולוגיות שונות, שינויים ל חילוף החומרים עשוי לתרום ישירות התנאי הבסיסי או עשויים להיות מושפעים לרעה כמו תופעת לוואי של המחלה. באופן מסורתי, מחקר מטבולית ולימודי לתוך איזון האנרגיה כבר התרכזו בשדה של השמנת יתר, תנאים נלווים כגון עמידות לאינסולין, סוכרת טרום, סובלנות גלוקוז, מחלות לב וכלי דם וסוכרת. מחקר זה היא מוצדקת בהתחשב השכיחות המחריף של תנאים ברחבי העולם ואת הפרט, החברתיות, עלויות כלכליות לגרום בתנאים אלה. ככזה, הפיתוח של אסטרטגיות מניעה ו הרפוי חדש היעד השמנת-יתר היא מטרה המשך במעבדות מחקר ברחבי העולם, העכבר פרה מודלים הם בכבדות ההסתמכות על מחקרים אלו.
בעוד שקילה עכברים מספק הערכה אמינה של עלייה במשקל או אובדן, אינה מספקת פירוט של הרכיבים השונים המרכיבים את הרכב לכל הגוף (מסת שומן, מסה רזה, מים חינם כמו גם רכיבים אחרים כגון פרווה וטפרים). שקילת רפידות השמן בסיום הלימודים, ברגע העכבר המנוח מספק מדד מדויק של המחסנים שומן שונה אך רק יכולה לספק נתונים עבור נקודת זמן יחיד. כתוצאה מכך, יש לעיתים קרובות צורך לרשום מספר גדודים לחקור את התפתחות עודף משקל לאורך זמן, באופן משמעותי מדגרת בעלי חיים, זמן ועלויות. השימוש absorptiometry רנטגן כפול-אנרגיה (הצג) מספקת גישה כדי להעריך את תוכן שמנה ולא רזה רקמות הגוף ומאפשר החוקר לקבל נתונים בצורה אורכית. עם זאת, התהליך מצריך עכברים להיות מורדם1, התקפי חוזרים ונשנים של הרדמה שעשויות להשפיע ההצטברות של רקמת שומן או השפעה על היבטים אחרים של רגולציה חילוף החומרים. EchoMRI מנצל relaxometry תהודה מגנטית גרעינית כדי למדוד את מסת שומן ודל, מים חינם ומים הכולל תוכן. . זה בר השגה עקב יצירת קונטרסט בין הרכיבים רקמות שונות, עם הבדלים משך, משרעת ו התפוצה המרחבית של תדרי רדיו שנוצר מאפשר תיחום של כימות של כל סוג הרקמה. טכניקה זו יש יתרון שזה לא פולשנית, מהירה, פשוטה, לא דורש הרדמה או קרינה,, חשוב חיובי אומתה נגד ניתוח כימי2.
אחד מהשיקולים המרכזיים של השמנת יתר, מחקרים בנושא הוא משוואת מאזן האנרגיה. בעוד הצטברות שומן מורכב יותר מאשר גרידא אנרגיה (צריכת מזון) לעומת אנרגיה החוצה (ההוצאה האנרגטית), הם גורמים חיוניים כדי שניתן יהיה למדוד. ההוצאה האנרגטית היומית הוא הסכום של ארבעה מרכיבים שונים: (1) ההוצאה האנרגטית הבזליים (נח קצב חילוף החומרים); (2) הוצאות אנרגיה בגלל ההשפעה לייזר של צריכת מזון; (3) האנרגיה הדרושה עבור הומיאותרמיות; ו- (4) האנרגיה בילה על פעילות גופנית. כפי ההוצאה האנרגטית יוצר חום, מדידת חום הייצור על ידי חיה (המכונה calorimetry ישירה) ניתן להשתמש כדי להעריך את ההוצאה האנרגטית. לחלופין, מדידה של השראה של שפג תוקפם ריכוזי O2 ו CO2, מתן אפשרות לקביעת צריכת2 O לכל הגוף וייצור2 CO, יכול להיות מנוצל כמו דרך למדוד באופן עקיף (indirect calorimetry) חום הייצור, כתוצאה מכך לחשב את ההוצאה האנרגטית. צריכת המזון עלייה או ירידה בהוצאות האנרגיה predispose עכברים על עלייה במשקל, תצפיות על שינויים בפרמטרים אלו יכול לספק מידע שימושי של מנגנון סביר פעולה מסוימת דגמים של השמנת יתר. פרמטר מטבוליות הקשורות עניין הוא היחס החילוף הנשימתי (RER), מצביע על חלקם של סובסטרט/דלק (קרי, פחמימות או שומן) אשר נמצא בתהליך חילוף החומרים, מנוצל כדי לייצר אנרגיה. כתוצאה מכך, מדידה של צריכת המזון (האנרגיה הנצרכת) בשילוב עם פעילות גופנית רמות O צריכת2 , ה-RER, ההוצאה האנרגטית יכול לספק הבנה רחבה של פרופיל מטבולי של אורגניזם. אחת השיטות לאיסוף נתונים כאלה היא להשתמש חיית מעבדה מקיף פיקוח על המערכת (צדפות), אשר מבוססת על שיטת calorimetry עקיף כדי למדוד את ההוצאה האנרגטית יש את היכולות שנוספו קביעת רמות פעילות גופנית (קרן הפסקות), צריכת המזון באמצעות סולמות שולבו לתא המדידה.
ב פרוטוקול זה אנו מספקים תיאור ישר קדימה של השימוש של מנתח בהרכב הגוף כדי להעריך את הרכב הגוף בעכברים ובבני מערכת ניטור מטבולית בעלי חיים כדי למדוד את ההיבטים של חילוף החומרים. שיקולים ומגבלות על טכניקות אלה יידונו כמו גם שיטות הציע ניתוח, פרשנות וייצוג נתונים.
Protocol
Representative Results
Discussion
שלבים קריטיים
הפרוטוקולים המפורטים להלן מספקים דוגמה דרכים שבה הרכב הגוף למדוד פרמטרים מטבוליים שונים בעכברים באמצעות מנתח בהרכב הגוף חיה מטבולית מערכת ניטור. בשתי הטכניקות, זה חשובה ביותר על מנת להבטיח כי המכונות עובדים בצורה אופטימלית, כדי לעשות זאת, זה הכרחי כ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים לצוות המחקר הרפואי אלפרד, צוות החינוך במחוז חיה שירותים (כמו AMREP) לסיוע שלהם, טיפול של העכברים השתמשו במחקר זה, על התמיכה של התכנית תמיכה תשתיות מבצעיות של המדינה ויקטוריאני הממשלה.
Materials
| 4 in 1 system | EchoMRI | 4 in 1 system | Whole body composition analyser |
| Canola oil test sample (COSTS) | EchoMRI | Mouse-specific (contact company for cat number) | |
| Animal specimen holder | EchoMRI | 103-E56100R | |
| Delimiter | EchoMRI | 600-E56100D | |
| 12 chamber system | Columbus Instruments | Custom built | Metabolic Caging System; includes control program |
| Drierite | Fisher Scientific | 238988 | CLAMS consumable |
| Calibration gas tank | Air Liquide | Mixed to order | Gas calibration (0.5% CO2, 20.5% O2, balance nitrogen). |
| Normal chow diet | Specialty Feeds | Irradiated mouse and rat diet | |
| High fat diet | Specialty Feeds | SF04-001 | |
| Balance | Mettler Toledo | PL202-S | Balance for weighing mice |
| TexQ Disinfectant spray | TexWipe | ||
| Hydrogen Peroxide cleaning solution | TexWipe | TX684 |
References
- Chen, W., Wilson, J. L., Khaksari, M., Cowley, M. A., Enriori, P. J. Abdominal fat analyzed by DEXA scan reflects visceral body fat and improves the phenotype description and the assessment of metabolic risk in mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 303 (5), E635-E643 (2012).
- Kovner, I., Taicher, G. Z., Mitchell, A. D. Calibration and validation of EchoMRI whole body composition analysis based on chemical analysis of piglets, in comparison with the same for DXA. Int J Body Compos Res. 8 (1), 17-29 (2010).
- EchoMRI. . Software User Manual: Whole body composition analyzer. , (2016).
- Columbus Instruments. . Oxymax for Windows User Manual. , (2014).
- Tschop, M. H., et al. A guide to analysis of mouse energy metabolism. Nat Methods. 9 (1), 57-63 (2011).
- Speakman, J. R. Measuring energy metabolism in the mouse – theoretical, practical, and analytical considerations. Front Physiol. 4, (2013).
- Swoap, S. J., et al. Vagal tone dominates autonomic control of mouse heart rate at thermoneutrality. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 294 (4), H1581-H1588 (2008).
- Tian, X. Y., et al. Thermoneutral housing accelerates metabolic inflammation to potentiate atherosclerosis but not insulin resistance. Cell Metab. 23 (1), 165-178 (2016).
- Giles, D. A., et al. Thermoneutral housing exacerbates nonalcoholic fatty liver disease in mice and allows for sex-independent disease modeling. Nat Med. 23 (7), 829-838 (2017).
- Lee, M. W., et al. Activated type 2 innate lymphoid cells regulate beige fat biogenesis. Cell. 160 (1-2), 74-87 (2015).
- Kusminski, C. M., et al. MitoNEET-driven alterations in adipocyte mitochondrial activity reveal a crucial adaptive process that preserves insulin sensitivity in obesity. Nat Med. 18 (10), 1539-1549 (2012).
- Judex, S., et al. Quantification of adiposity in small rodents using micro-CT. Methods. 50 (1), 14-19 (2010).
- Chaurasia, B., et al. Adipocyte ceramides regulate subcutaneous adipose browning, inflammation, and metabolism. Cell Metab. 24 (6), 820-834 (2016).
- Matthews, V. B., et al. Interleukin-6-deficient mice develop hepatic inflammation and systemic insulin resistance. Diabetologia. 53 (11), 2431-2441 (2010).
- Tschop, M., Smiley, D. L., Heiman, M. L. Ghrelin induces adiposity in rodents. Nature. 407 (6806), 908-913 (2000).
- Garcia, M. C., et al. Mature-onset obesity in interleukin-1 receptor I knockout mice. Diabetes. 55 (5), 1205-1213 (2006).
- Kowalski, G. M., Bruce, C. R. The regulation of glucose metabolism: Implications and considerations for the assessment of glucose homeostasis in rodents. Am J Physiol Endocrinol Metab. 307 (10), E859-E871 (2014).
- McGuinness, O. P., Ayala, J. E., Laughlin, M. R., Wasserman, D. H. NIH experiment in centralized mouse phenotyping: the Vanderbilt experience and recommendations for evaluating glucose homeostasis in the mouse. Am J Physiol Endocrinol Metab. 297 (4), E849-E855 (2009).
