Um modelo de fragmentação crônica do sono usando rotor orbital vibrante para induzir déficit cognitivo e comportamento semelhante à ansiedade em camundongos jovens do tipo selvagem

A perturbação do sono é cada vez mais comum tanto em pacientes com condições perturbadoras para o sono quanto em pessoas saudáveis com eventos perturbadores do sono. Observou-se que pacientes com doenças neurodegenerativas, dor crônica, estresse emocional, doenças do sistema respiratório, doenças do sistema urinário, etc., geralmente reclamam de experiências de sono desagradáveis^1,2,3,4,5. Apneia obstrutiva do sono (OSA), movimentos periódicos de membros no sono (PLMS), insônia de manutenção do sono entre outros distúrbios do sono são as causas mais comuns, que induzem a fragmentação do sono^6,7. Nos países desenvolvidos, a OSA tem mais de 5% a 9% de prevalência na população adulta e 2% na população infantil^8,9,10. Enquanto isso, há uma proporção crescente da população saudável que sofre de distúrbio do sono devido ao uso excessivo de telefones inteligentes, hábitos irregulares de sono, ruídos irritantes e tarefas de trabalho, como turnos noturnos para cuidadores. O sono é reconhecido como importante para o despejo de resíduos cerebrais^11,12, consolidação da memória^13,14, equilíbrio metabólico^15,16, entre muitos outros processos fisiológicos. No entanto, ainda não se sabe se a perturbação do sono a longo prazo dá origem a alterações irreversíveis da patogênese em seres humanos saudáveis, e se é a etiologia ou um fator contribuinte para o desenvolvimento de doenças do sistema nervoso central, como doenças neurodegenerativas em alguns anos. Nosso objetivo é relatar um modelo experimental que gere déficit cognitivo estável e evidente e comportamento semelhante à ansiedade em camundongos jovens do tipo selvagem após um tratamento de fragmentação do sono de 2 meses. Este modelo seria aplicado para responder às questões científicas listadas acima.

A perturbação do sono é listada como um fator de risco potencial para o desenvolvimento da doença de Alzheimer (DA) ou demência. Kang et al. encontraram e descreveram pela primeira vez a exacerbação da patologia da AD por 6h de privação aguda do sono¹⁷. Depois disso, muitos outros estudos relataram que a privação ou fragmentação do sono poderia agravar a patogênese nos modelos transgênicos de camundongos^{AD 18,19,20}. No entanto, poucos pesquisadores estudaram a consequência da perturbação do sono em camundongos jovens do tipo selvagem; ou seja, se a perturbação do sono dá origem a comportamentos semelhantes a DA ou mudanças patológicas em camundongos jovens do tipo selvagem. Em nossa recente publicação, relatamos que 2 meses de fragmentação do sono induziram evidente déficit de memória espacial e comportamento semelhante à ansiedade, bem como aumento do acúmulo intracelular de β Amiloide (Aβ) tanto no córtex quanto no hipocampo em camundongos do tipo selvagem de 2 a 3^{meses de idade 21}. Também observamos níveis de expressão alterados de marcadores de via endosome-autofagossomo e ativação de microglia, semelhantes às alterações patológicas relatadas em camundongos APP/PS1^21,22.

Este protocolo de fragmentação do sono (SF) foi validado por Sinton et al.²³ e modificado por Li et al.²⁴. Em resumo, um rotor orbital vibrando a 110 rpm interrompe o sono por 10 s a cada 2 minutos durante a fase light-ON (8:00 AM-8:00 PM). A alteração da estrutura do sono neste modelo foi previamente caracterizada com registros eletrofisiológicos de sono e relatada por Li et al.²⁴, indicando um aumento significativo no tempo de vigília e diminuição do sono do movimento rápido dos olhos (REM) durante a fase light-ON, com o total de tempo de sono e vigília (em 24 horas) não afetados após mais de 4 semanas de modelagem²⁴. Atualmente, o sono total ou a privação parcial do sono são os modelos de manipulação do sono mais usados. A privação total do sono é geralmente realizada por manuseio suave sustentado ou exposição do animal a objetos novos, alternativamente girando continuamente uma barra ou uma esteira de corrida^{25,26,27,28,29}. Por razões éticas, a privação total do sono é geralmente menor que 24 h. O modelo de privação parcial de sono mais comumente aplicado é o método da plataforma de água, que ablação principalmente do sono REM^30,31,32. Outras abordagens usando uma esteira ou uma barra que varre ao longo da parte inferior da gaiola, podem induzir a fragmentação do sono quando colocados em intervalos fixos^{33,34,35,36,37,38}. Vale ressaltar que a SF interrompe o sono e provoca intermitentemente excitações em todas as etapas do sono²⁴. Uma das vantagens proeminentes deste modelo CSF que aplica rotor orbital é que ele pode ser realizado continuamente por meses automaticamente controlado por máquinas, o que evita o trabalho de processamento frequente diariamente, exceto para monitoramento regular. Além disso, o aparelho permitiria modelar simultaneamente múltiplas gaiolas de camundongos sob intervenções uniformizadas. Durante as sessões de modelagem inteiras, os ratos são alojados em suas gaiolas domésticas com materiais habituais de cama e aninhamento, enquanto alguns outros métodos requerem exposição a ambientes diversificados e estresse inevitável.

A fragmentação do sono foi anteriormente caracterizada pelo método de manipulação do sono, que imita excitaçãos frequentes durante a fase de sono e recuperação substancial do sono durante a fase de vigília. Em algumas literaturas, a CSF foi considerada como modelo animal para OSA^39,40. Neste estudo, a lógica da frequência escolhida de excitação a ser de 30 vezes por hora baseia-se na observação de índices de excitação em pacientes com apneia do sono moderada a grave. Observou-se que a fragmentação do sono de 4 semanas aumentou significativamente a latência hipercánica de excitação e o limiar de excitação tátil, que poderia durar pelo menos 2 semanas após a^{recuperação 24}. Este fenótipo foi explicado pela revelação da redução da ativação c-fos em neurônios noradrenérgicos, orexinérgicos, histaminérgicos e colinérgicos em resposta à hipercapnia, bem como projeções catecoliérgicas e orexinérgicas reduzidas no córtex cingulado²⁴. No entanto, é necessário notar que a característica mais importante na OSA é a hipóxia causada pela obstrução das vias aéreas, o que resulta em interrupção do sono^41,42. Perturbação do sono e hipóxia repetitiva interagem recíprocas entre si na patogênese da OSA. Portanto, a fragmentação do sono por si só pode não ser capaz de demonstrar totalmente todas as características-chave da OSA em camundongos.

Aqui, apresentamos um protocolo padronizado para modelar a fragmentação crônica do sono em camundongos jovens selvagens. Déficit cognitivo e ansiedade, bem como comportamentos semelhantes à depressão após o tratamento de CSF foram avaliados pelo labirinto de água de Morris, reconhecimento de objetos Novos, teste de campo aberto e teste de natação forçado. É importante notar que esse modelo deve ser tomado como um todo que gera fenótipos de padrão de sono disregulado, déficit cognitivo e comportamento semelhante à ansiedade. O modelo atual poderia potencialmente ser aplicado, mas não se limitando, aos seguintes propósitos: 1) Investigar melhor os mecanismos de patogênese funcional ou molecular induzidos pela perturbação crônica do sono em camundongos jovens sem predisposição genética, 2) Identificar o caminho direto que leva à neurodegeneração iniciada pela perturbação do sono, 3) Explorar a terapêutica para melhorar os fenótipos induzidos pela perturbação crônica do sono, 4) Estudar os mecanismos protetivos/compensatórios intrínsecos em camundongos do tipo selvagem sobre perturbação crônica do sono, 5) A ser aplicado para estudar a regulação do sono e os mecanismos de transição do Estado.