Burada sunulan, genç vahşi tip farelerde doğrulanmış bilişsel açık ve anksiyete benzeri davranışlara neden olabilecek, elektrik kontrollü bir yörünge rotorunun elde ettiği kronik uyku parçalanması (CSF) modeli için bir protokoldür. Bu model kronik uyku bozukluğu ve ilgili bozuklukların patogenezini keşfetmek için uygulanabilir.
Uyku bozukluğu genellikle kronik bir hastalık veya şikayet edilen bir olay olarak popülasyonlarda yaygındır. Kronik uyku bozukluğunun, hastalıkların patogenezine, özellikle nörodejeneratif hastalıklara yakından bağlanması önerilmektedir. Son zamanlarda, 2 aylık uyku parçalanmasının genç vahşi tip farelerde davranışsal ve patolojik değişiklikler gibi Alzheimer hastalığı (AD) başlattığını bulduk. Burada, kronik uyku parçalanması (CSF) elde etmek için standartlaştırılmış bir protokol sunuyoruz. Kısaca, CSF, 110 rpm’de titreşen ve 10 s-on, 110 s-off tekrarlayan bir döngü ile çalışan bir yörünge rotor tarafından, ışık-ON aşamasında (8:00 AM-8:00 PM) 2 aya kadar sürekli olarak indüklendi. Mekansal öğrenme ve hafıza bozuklukları, CSF modellemesinin sonuçları olarak farelerde anksiyete benzeri ancak depresyon benzeri olmayan davranışlar, Morris su labirenti (MWM), Novel nesne tanıma (NOR), Açık alan testi (OFT) ve Zorla yüzme testi (FST) ile değerlendirildi. Diğer uyku manipülasyonlarına kıyasla, bu protokol işleme emeklerini en aza indirir ve modelleme verimliliğini en üst düzeye çıkarır. Genç vahşi tip farelerde kararlı fenotipler üretir ve çeşitli araştırma amaçları için potansiyel olarak üretilebilir.
Uyku bozukluğu, hem uykuyu rahatsız eden rahatsızlıkları olan hastalarda hem de uykuyu rahatsız eden olayları olan sağlıklı kişilerde giderek daha yaygındır. Nörodejeneratif hastalıklar, kronik ağrı, duygusal stres, solunum sistemi hastalıkları, üriner sistem hastalıklarıvb. Obstrüktif uyku apnesi (OSA), uykuda periyodik uzuv hareketleri (PLMS), diğer uyku bozuklukları arasında uyku bakım uykusuzluğu, uyku parçalanmasına neden olan en yaygın nedenlerdir6,7. Gelişmiş ülkelerde, OSA yetişkin popülasyonda% 5 ila% 9 ve çocuk nüfusta% 2’nin üzerinde yaygınlığa sahiptir8,9,10. Bu arada, akıllı telefonların aşırı kullanımı, düzensiz uyku alışkanlıkları, rahatsız edici sesler ve bakıcılar için gece vardiyaları gibi iş görevleri nedeniyle uyku bozukluğu yaşayan sağlıklı nüfusun giderek artan bir oranı vardır. Uykunun beyin atıklarının temizlenmesi için önemli olduğu kabul edilir11,12, hafıza konsolidasyonu13,14, metabolik denge15,16, diğer birçok fizyolojik süreç arasında. Bununla birlikte, uzun süreli uyku bozukluğunun sağlıklı insanlarda geri dönüşü olmayan patogenez değişikliklerine yol açıp açmayacağı ve bunun etiyoloji mi yoksa birkaç yıl içinde nörodejeneratif hastalıklar gibi merkezi sinir sistemi hastalıkları geliştirmenin katkıda bulunan bir faktörü mü olduğu hala büyük ölçüde bilinmemektedir. Amacımız, 2 aylık bir uyku parçalanma tedavisinden sonra genç vahşi tip farelerde istikrarlı ve belirgin bilişsel açık ve anksiyete benzeri davranışlar üreten deneysel bir model bildirmektir. Bu model, yukarıda listelenen bilimsel soruların cevaplaması için uygulanacaktır.
Uyku bozukluğu, Alzheimer hastalığı (AD) veya demans gelişimi için potansiyel bir risk faktörü olarak listelenmiştir. Kang ve arkadaşları ilk olarak AD patolojisinin alevlenmesini 6 h akut uyku yoksunluğu17ile buldu ve tanımladı. Bundan sonra, diğer birçok çalışma, transgenik AD fare modellerinde uyku yoksunluğu veya parçalanmasının patogenezi ağırlaştırabileceğini bildirdi18,19,20. Bununla birlikte, çok az araştırmacı genç vahşi tip farelerde uyku bozukluğunun sonucunu inceledi; yani, uyku bozukluğunun AD benzeri davranışlara veya genç vahşi tip farelerde patolojik değişikliklere yol açıp açmayacağı. Son yayınımızda, 2 aylık uyku parçalanmasının belirgin mekansal hafıza eksikliği ve anksiyete benzeri davranışların yanı sıra, 2-3 aylık vahşi tip farelerde hem korteks hem de hipokampusta hücre içi Amiloid-β (Aβ) birikiminin arttığını bildirdik21. Ayrıca, APP / PS1 farelerinde bildirilen patolojik değişikliklere benzer olan endozom-otofagozom-lizozom yol belirteçlerinin ve mikroglia aktivasyonunun değiştirilmiş ifade seviyelerini gözlemledik21,22.
Sunulan bu uyku parçalanma (SF) protokolü Sinton ve ark.23 tarafından doğrulandı ve Li ve ark.24tarafından değiştirildi. Kısacası, 110 rpm’de titreşen bir yörünge rotor, light-ON fazı (8:00 AM–8:00 PM) sırasında her 2 dakikada bir 10 sn uykuyu keser. Bu modeldeki uyku yapısı değişikliği daha önce elektrofizyolojik uyku kayıtları ile karakterize edildi ve Li ve ark.24tarafından rapor edildi, ışık-ON aşamasında uyanma süresinde önemli bir artış ve hızlı göz hareketi (REM) uykusunda azalma olduğunu gösteren, toplam uyku ve uyanma süreleri (24 saat içinde) 4 haftadan fazla modellemeden etkilenmedi24. Şu anda, toplam uyku veya kısmi uyku yoksunluğu en sık kullanılan uyku manipülasyon modelleridir. Toplam uyku yoksunluğu genellikle hayvanı sürekli nazik bir şekilde elleçleme veya yeni nesnelere maruz bırakma, alternatif olarak bir çubuğu veya çalışan bir koşu bandını sürekli döndürerek25 , 26,27,28,29ilegerçekleştirilir. Etik nedenlerden dolayı, toplam uyku yoksunluğu genellikle 24 saatten kısadır. En sık uygulanan kısmi uyku yoksunluğu modeli, öncelikle REM uyku30 , 31,32’yiortadanleyen su platformu yöntemidir. Bir koşu bandı veya kafesin altını süpüren bir çubuk kullanan diğer yaklaşımlar, sabit aralıklarla ayarlandığında uyku parçalanmasına neden olabilir33 , 34,35,36,37,38. SF’nin uykuyu kesmesi ve zaman zaman tüm uyku aşamalarında uyarılmalara neden olması dikkat çekicidir24. Orbital rotor uygulayan bu CSF modelinin öne çıkan avantajlarından biri, düzenli izleme dışında günlük olarak sık işlem işçiliğini önleyen makineler tarafından otomatik olarak kontrol edilen aylarca sürekli olarak yapılabilmesidir. Ayrıca, cihaz aynı anda üniformalı müdahaleler altında birden fazla fare kafesini modellemeye izin verecektir. Tüm modelleme seansları sırasında, fareler ev kafeslerinde normal yatak takımları ve yuva malzemeleri ile barındırılırken, diğer bazı yöntemler çeşitlendirilmiş ortamlara ve kaçınılmaz strese maruz kalmayı gerektirir.
Uyku parçalanması daha önce uyku evresinde sık uyarılmayı ve uyanma aşamasında önemli uyku geri tepmesini taklit eden uyku manipülasyon yöntemi ile karakterize edildi. Bazı literatürlerde CSF, OSA39,40için hayvan modeli olarak kabul edildi. Bu çalışmada, seçilen uyarılma sıklığının saatte 30 kez olmasının gerekçesi, orta ila şiddetli uyku apnesi olan hastalarda uyarılma indekslerinin gözlemlenmesine dayanmaktadır. 4 haftalık uyku parçalanmasının hiperkapik uyarılma gecikmesini ve dokunsal uyarılma eşiğini önemli ölçüde artırdığı gözlendi, bu da iyileşmeden en az 2 hafta sonrasürebilir 24. Bu fenotip, hiperkapniye yanıt olarak noradrenerjik, orexinergic, histaminerjik ve kolinerjik wake-active nöronlarda c-fos aktivasyonunun azaltılmasının yanı sıra cingulate korteksine azaltılmış katekolaminerjik ve orexinerjik projeksiyonların24. Bununla birlikte, OSA’daki en önemli özelliğin hava yolu tıkanıklığının neden olduğu hipoksi olduğunu ve bunun uyku bozulmasına neden olduğunu belirtmek gerekir41,42. OSA patogenezinde uyku bozukluğu ve tekrarlayan hipoksi karşılıklı olarak birbirleriyle etkileşime girer. Bu nedenle, uyku parçalanması tek başına farelerde OSA’nın tüm temel özelliklerini tam olarak gösteremeyebilir.
Burada, genç vahşi tip farelerde kronik uyku parçalanmasını modellemek için standartlaştırılmış bir protokol sunuyoruz. Bilişsel eksiklik ve anksiyete benzeri ve CSF tedavisinden sonra depresyon benzeri davranışlar Morris su labirenti, Novel nesne tanıma, Açık alan testi ve Zorla yüzme testi ile değerlendirildi. Bu modelin düzensiz uyku düzeni, bilişsel eksiklik ve anksiyete benzeri davranışların fenotiplerini üreten bir bütün olarak alınması gerektiğini belirtmek önemlidir. Mevcut model potansiyel olarak uygulanabilir, ancak sınırlı olmamak üzere aşağıdaki amaçlarla uygulanabilir: 1) Genetik yatkınlığı olmayan genç farelerde kronik uyku bozukluğunun neden olduğu fonksiyonel veya moleküler patogenez mekanizmalarının daha fazla araştırılması, 2) Uyku bozukluğunun başlattığı nörodejenerasyona giden doğrudan yolu belirlemek, 3) Kronik uyku bozukluğunun neden olduğu fenotipleri iyileştirmek için terapötikleri keşfetmek, 4) Kronik uyku bozukluğu üzerine vahşi tip farelerde içsel koruyucu/telafi edici mekanizmaların incelenmesi, 5) Uyku-uyanıklık regülasyonunun ve devlet geçiş mekanizmalarının incelenmesi için uygulanacaktır.
Mevcut protokoldeki kritik adımlar arasında, çalışma amacına göre optimize edilmiş parametrelerle uyku parçalanma makinelerinin kurulması ve tüm modelleme seansları boyunca farelerin rahat ve sessiz bir yaşam ortamında tutulması yer almaktadır. Uyku parçalanmasını kesmek veya durdurmak ve bu fareler için davranış testleri düzenlemek için uygun zamanlamaya karar vermek de çok önemlidir. Diğer uyku manipülasyon modelleri gibi, protokolü kontrollü ışık döngüleri ve olası tüm gereksiz par…
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (W. Wang’a 61327902-6 ve F.F. Ding’e 81801318) tarafından desteklendi. Dr. Sigrid Veasy’yi SF deneysel sistemini kurduğu ve teknik detayları sağladığı için kabul ediyoruz. Dr. Maiken Nedergaard’ı ilgili deneyler için öğretici yorumları için kabul ediyoruz.
Any-maze behavior tracking system | Stoelting,Inc,USA | – | A video-tracking system which was used to record the behavior track of mice. |
C57BL/6J mice | Hubei Research Center for Laboratory Animals, Hubei, China. | – | healthy male C57BL/6J mice aged 10-12 weeks were purchased from Hubei Research Center for Laboratory Animals |
Graphpad Prism 6.0 Software | Graphpad Software,Inc.USA | – | Graphpad Prism 6.0 software was used to draw statistical graphs. |
Morris water maze system | Shanghai XinRuan Information Technology Co.,Ltd,China | XR-XM101 | The system was used to perform Morris water maze test |
Orbial rotor | Shanghai ShiPing Laboratory Equipment Co.,Ltd,China | SPH-331 | The orbital rotor was used to establish the chronic sleep fragmentation model |
Solid state timer | OMRON Corporation, Kyoto, Japan | H3CR-F8-300 | The solid state time was used to control the frequency and time of the rotor running |
Wooden Lusterless Tank | – | – | length 30 cm, width 28 cm, height 35 cm The tank was used to perform open field test and novel object recognition test |