Хроническая модель фрагментации сна с использованием вибрирующего орбитального ротора, чтобы вызвать когнитивный дефицит и тревожное поведение у молодых диких мышей

Нарушение сна становится все более распространенным как у пациентов с нарушениями сна и здоровых людей со сном тревожные события. Было отмечено, что пациенты с нейродегенеративными заболеваниями, хронической болью, эмоциональным стрессом, заболеваниями дыхательной системы, заболеваниями мочевыделительной системы и^{т.д., как правило, жалуются на неприятные переживания сна 1,2,3,4,5.} Обструктивное апноэ сна (OSA), периодические движения конечностей во сне (PLMS), бессонница поддержания сна среди других расстройств сна являются наиболее распространенными причинами, которые^{вызывают фрагментацию сна 6,7}. В развитых странах, OSA имеет более 5% до 9% распространенности среди взрослого населения и 2% в^{детской популяции 8,9,10}. Между тем, растет доля здорового населения испытывают нарушения сна из-за чрезмерного использования смартфонов, нерегулярные привычки сна, раздражающие шумы, и рабочие обязанности, такие как ночные смены для воспитателей. Сон признан важным для очистки отходов мозга¹¹,^12,консолидации^{памяти 13},^14,метаболический^{баланс 15,16}, среди многих других физиологических процессов. Тем не менее, до сих пор остается в значительной степени неизвестно, является ли долгосрочное нарушение сна приводит к необратимым изменениям патогенеза у здоровых людей, и является ли это этиология или фактором развития заболеваний центральной нервной системы, таких как нейродегенеративные заболевания в течение нескольких лет в будущем. Наша цель состоит в том, чтобы сообщить об экспериментальной модели, которая генерирует стабильный и очевидный когнитивный дефицит и тревожное поведение у молодых диких мышей типа после 2-месячного лечения фрагментации сна. Эта модель будет применяться для ответа на научные вопросы, перечисленные выше.

Нарушение сна перечислено как потенциальный фактор риска развития болезни Альцгеймера (AD) или слабоумия. Кан и др. впервые обнаружили и описали обострение патологии АД на 6 ч острого лишения сна¹⁷. После этого, многие другие исследования сообщили, что лишение сна или фрагментации может усугубить патогенез в трансгенных моделей АД^{мышей 18,19,20}. Тем не менее, очень немногие исследователи изучали последствия нарушения сна у молодых диких мышей типа; то есть, является ли нарушение сна приводит к AD-подобное поведение или патологические изменения у молодых диких мышей типа. В нашей недавней публикации, мы сообщили, что 2 месяца фрагментации сна индуцированных очевидный дефицит пространственной памяти и тревоги, как поведение, а также увеличение внутриклеточного амилоид-β (АЗ) накопление как в коре головного мозга и гиппокампа в 2-3 месяца диких^{мышей типа 21}. Мы также наблюдали измененные уровни экспрессии эндосомно-аутофагосом-лизосомных маркеров пути и активации микроглии, которая была похожа на патологические изменения, зарегистрированные в APP/PS1^{мышей 21,22}.

Этот представленный протокол фрагментации сна (SF) был подтвержден Sinton et al.²³ и изменен Li et al.²⁴. Короче говоря, орбитальный ротор, вибрирующий при 110 об/мин, прерывает сон на 10 с каждые 2 минуты во время фазы light-ON (8:00 AM-8:00 PM). Изменение структуры сна в этой модели ранее характеризовалось электрофизиологическими записями сна и сообщили Li et al.²⁴, что указывает на значительное увеличение времени бодрствования и уменьшение быстрого движения глаз (REM) сна во время фазы light-ON, с общим временем сна и бодрствования (в 24 часа) не влияет после более чем 4 недель^{моделирования 24}. В настоящее время, полный сон или частичное лишение сна являются наиболее часто используемыми моделями манипуляции сна. Полное лишение сна, как правило, осуществляется путем устойчивого мягкого обращения или подвергая животных новых объектов, в качестве альтернативы, непрерывно вращая бар^{или беговой дорожке 25,26,27,28,29}. По этическим соображениям общее лишение сна обычно короче 24 ч. Наиболее часто применяется частичная модель лишения сна является метод водной платформы, которая в первую очередь ablating REM^{сна 30,31,32}. Другие подходы, используя либо беговой дорожке или бар, который зачисток вдоль нижней части клетки, может вызвать фрагментацию сна при^{наборе на фиксированные интервалы 33,34 , 35,36,37,38}. Примечательно, что SF прерывает сон и периодически вызывает возбуждения на всех стадиях сна²⁴. Одним из заметных преимуществ этой модели CSF применения орбитального ротора является то, что он может выполняться непрерывно в течение нескольких месяцев автоматически контролируется машинами, что позволяет избежать частой обработки труда ежедневно, за исключением регулярного мониторинга. Кроме того, аппарат позволит одновременно моделировать несколько клеток мышей под форму вмешательства. В течение всего моделирования сессий, мышей размещаются в своих домашних клетках с обычными постельными принадлежностями и вложенных материалов, в то время как некоторые другие методы требуют воздействия диверсифицированной среды и неизбежный стресс.

Фрагментация сна ранее характеризовалась методом манипуляции сном, который имитирует частые возбуждения во время фазы сна и значительный отскок сна во время фазы бодрствования. В некоторых литературах CSF рассматривался как модель животных для OSA^39,40. В этом исследовании, обоснование выбранной частоты возбуждения, чтобы быть 30 раз в час основан на наблюдении индексы возбуждения у пациентов с умеренной до тяжелой апноэ сна. Было отмечено, что 4 недели сна фрагментации значительно увеличилось гиперкапное возбуждение задержки и тактильное возбуждение порог, который может по крайней мере длиться 2 недели после^{восстановления 24}. Этот фенотип был объяснен выявлением c-fos снижение активации в норадренергических, orexinergic, гистаминергические, и холинергические бодрствования активных нейронов в ответ на гиперкапнию, а также снижение катехоламинергических и orexinergic прогнозы в cingulate^{коры 24}. Тем не менее, необходимо отметить, что наиболее важной особенностью в OSA является гипоксия, вызванная обструкцией дыхательных путей, что^{приводит к нарушению сна 41,42}. Нарушение сна и повторяющиеся гипоксии взаимно взаимодействуют друг с другом в патогенеза OSA. Таким образом, фрагментация сна сама по себе не может быть в состоянии в полной мере продемонстрировать все ключевые особенности OSA у мышей.

В этом случае мы представляем стандартизированный протокол для моделирования хронической фрагментации сна у молодых мышей дикого типа. Когнитивный дефицит и тревога, как, а также депрессии, как поведение после лечения CSF были оценены Моррис лабиринт воды, Новый объект признания, Открытый тест поля, и принудительное плавание тест. Важно отметить, что эта модель должна быть взята в целом, что генерирует фенотипы дисрегулируемой сна, когнитивный дефицит, и тревога, как поведение. Нынешняя модель потенциально может быть применена, но не ограничивается следующими целями: 1) Дальнейшее изучение функциональных или молекулярных механизмов патогенеза, вызванных хроническим нарушением сна у молодых мышей без генетической предрасположенности, 2) Определение прямого пути, ведущего к нейродегенерации, инициированной нарушением сна, 3) Изучение терапевтических средств для улучшения фенотипов, вызванных хроническим нарушением сна, 4) Изучение внутренних защитных/компенсационных механизмов у мышей дикого типа при хроническом нарушении сна, 5) Для изучения регулирования сна и государственного перехода.