מדידת תרמוגנזה של שרירי השלד בעכברים ובחולדות

במסגרת המחקר המטבולי, בחינת התרמוגנזה של שרירי השלד היא אפיק חדש ומבטיח לחקר הומאוסטזיס של משקל הגוף. הספרות שפורסמה תומכת ברעיון שהתגובות התרמוגניות של אחת ממערכות האיברים הגדולות בגוף – שרירי השלד – מספקות דרך להגדלת ההוצאה האנרגטית והשפעות מטבוליות אחרות, ובכך למעשה מאזנות מחדש מערכות בתוך מחלות כמו השמנת יתר ^1,2,3. אם השריר יכול להיחשב איבר תרמוגני, המחקרים חייבים להשתמש במתודולוגיה מעשית כדי לחקור שינויים תרמוגניים בתוך איבר זה. הרצון להבין את ההשפעה האנדותרמית של שרירי השלד והתועלת של מתודולוגיה זו לחקר תרמוגנזה של שרירים שאינם רועדים אינם ספציפיים למחקרים מטבוליים. דיסציפלינות הכוללות אבולוציה⁴, פיזיולוגיה השוואתית⁵ ואקופיזיולוגיה ^6,7 הראו עניין רב בהבנת הדרכים שבהן תרמוגנזה של שרירים עשויה לתרום לאנדותרמיה וכיצד מנגנון זה מסתגל לסביבה. הפרוטוקול המוצג מספק את השיטות הקריטיות הדרושות כדי להתמודד עם שאלות אלה.

השיטה המסופקת יכולה לשמש בהערכת אפנון גירויים הקשריים ופרמקולוגיים של טמפרטורת השרירים, כולל הטכניקה הייחודית של מתן ריח טורף (PO) כדי לשנות את ההקשר כדי לשכפל איום טורף. דיווחים קודמים הדגימו את היכולת של PO לגרום במהירות לעלייה ניכרת בתרמוגנזה של השרירים⁸. יתר על כן, גירויים פרמקולוגיים יכולים גם לשנות את טמפרטורת השרירים. זה הוכח בהקשר של תרמוגנזה שרירית המושרה על ידי PO, שבה חסימה פרמקולוגית של קולטני β-אדרנרגיים היקפיים, באמצעות nadolol, עיכבה את היכולת של PO לגרום לתרמוגנזה של שרירים מבלי להשפיע באופן משמעותי על תרמוגנזה מתכווצת במהלך הליכון^{הליכה 8}. מתן מרכזי של אגוניסטים לקולטני מלנוקורטין בחולדות שימש גם להבחנה במנגנונים מוחיים המשנים תרמוגנזה ^9,10.

להלן חקירה ראשונית של יכולתו של הנוירוהורמון אוקסיטוצין (Oxt) לשנות את התרמוגנזה של השרירים בעכברים. בדומה לאיום על טורפים, מפגשים חברתיים עם אוכלוסייה חד-מינית מעלים את טמפרטורת הגוף, תופעה המכונה היפרתרמיה חברתית¹¹. בהתחשב ברלוונטיות של Oxt להתנהגות חברתית¹², הועלתה השערה כי Oxt הוא מתווך של היפרתרמיה חברתית בעכברים. ואכן, אנטגוניסט של קולטן אוקסיטוצין מפחית היפרתרמיה חברתית בעכברים¹¹, וגורי עכברים ללא Oxt מראים ליקויים בהיבטים התנהגותיים ופיזיולוגיים של ויסות תרמי, כולל תרמוגנזה¹³. בהתחשב בכך ש- Harshaw et al. (2021) לא מצאו ראיות התומכות בתרמוגנזה של רקמת שומן חום תלוית קולטן אדרנרגי β3 (BAT) עם היפרתרמיה חברתית¹¹, הועלתה ההנחה כי היפרתרמיה חברתית עשויה להיות מונעת על ידי אינדוקציה של Oxt של תרמוגנזה של שרירים.

כדי למדוד תרמוגנזה של שרירי השלד, הפרוטוקול הבא משתמש בהשתלת משדרי IPTT-300 מתוכנתים מראש הסמוכים לשריר העניין בתוך עכבר או חולדה 8,10,14,15. משדרים אלה הם שבבים עטופים בזכוכית הנקראים באמצעות קוראי משדרים מתאימים. מעט מאוד מחקרים השתמשו בטכנולוגיה זו בתפקיד זה, אם כי מחקרים הצביעו על צורך בספציפיות שמספקת שיטה זו^16,17. מחקרים קודמים הראו את האמינות של שיטה זו ומגוון דרכים שבהן ניתן להשתמש במשדרי טמפרטורה בהשוואה לשיטות בדיקת טמפרטורה^{אחרות 18} או בשילוב עם שיטות כירורגיות (למשל, cannulation¹⁹). עם זאת, מחקרים מסוג זה מסתמכים על מיקומים אסטרטגיים שונים כדי למדוד את טמפרטורת הגוף הכוללת 20,21,22 או רקמות מוגדרות כגון BAT^23,24,25.

במקום למדוד טמפרטורה ממקומות אלה או תוך שימוש במדחומים אוזניים או רקטליים²⁶, השיטה המתוארת כאן מספקת ספציפיות לשריר העניין. היכולת למקד אתר על ידי השתלה ישירה של משדרים הסמוכים לשרירים המעניינים יעילה יותר לבדיקת תרמוגנזה של שרירים באופן ספציפי. הוא מספק שדרה חדשה בנוסף לאלה המסופקים על ידי תרמומטריה אינפרא אדום פני השטח ^27,28 או מדידות טמפרטורה עורית באמצעות thermocouple ²⁹. יתר על כן, הנתונים המסופקים בשיטה זו מציעים מגוון אפיקי מחקר, תוך הימנעות מהצורך בציוד ותוכנות היי-טק גדולות ויקרות כגון תרמוגרפיה אינפרא אדומה^30,31,32.

שיטה זו שימשה בהצלחה למדידת הטמפרטורה בקוואדריפס ובגסטרוקנמיוס, באופן חד צדדי או דו-צדדי. שיטה זו הייתה יעילה גם בשילוב עם ניתוחים סטריאוטקסיים^14,15. בטווח של ~7-10 ס”מ מאיבר המשדר, קוראי משדרים ניידים (DAS-8027/DAS-7007R) משמשים לסריקה, מדידה והצגה של הטמפרטורה. מרחק זה היה קריטי ובעל ערך למחקרים קודמים ^8,9,10 מכיוון שהוא ממזער גורמי עקה פוטנציאליים ומשתנים משני טמפרטורה כגון טיפול בבעלי חיים במהלך הליכי הניסוי. באמצעות טיימרים, ניתן להקליט ולאסוף את המדידות לאורך פרק זמן ללא אינטראקציה ישירה עם בעלי החיים.

כדי למזער עוד יותר את ההפרעה של עכברים במהלך הבדיקה, שיטה זו מתארת את ההרכבה והשימוש של הגבהות העשויות מצנרת PVC כדי לתת לנסיין גישה לתחתית הכלובים הביתיים במהלך הבדיקה. באמצעות ההגבהות יחד עם הקורא הדיגיטלי, ניתן לבצע מדידות טמפרטורה של איבר המשדר ללא כל אינטראקציה עם בעלי חיים לאחר מיקום הגירוי. בעלות מינימלית, ניתן להשתמש בשיטה זו בשילוב עם גירויים פרמקולוגיים והקשריים, מה שהופך אותה לנגישה למדי לחוקרים. בנוסף, ניתן להשתמש בשיטה זו עם מספר ניכר של נבדקים (~ 16 עכברים או ~ 12 חולדות) בכל פעם, ולחסוך זמן בהגדלת התפוקה הכוללת עבור כל פרויקט מחקר.

בשיטה זו מוצג מנגנון מעוצב להצגת ריחות לעכברים באמצעות כדורי תה מפלדת אל-חלד, המכונים מעתה “כדורי תה”. למרות שכדורי התה האלה אידיאליים להכלת כל חומר ריח, במחקרים אלה, מגבות ששימשו כמצעים בכלוב במשך 2-3 שבועות לחמוסים, טורף טבעי של עכברים וחולדות, ממוקמות בתוך כל כדור תה טיפולי. כל מגבת חתוכה לריבועים בגודל 5X5 ס”מ. ציטוט זה חוזר על עצמו גם עם מגבות בקרה זהות ללא ריח. הצגת ריחות אלה ללא מחסום (כלומר, כדור תה) הובילה לכך שעכברים גורסים את הסיבים בתוך הכלובים שלהם, מה שמגביר את הפעילות הגופנית. התנהגות זו לא הייתה בולטת כל כך בחולדות. כדורי תה מספקים מעטפת מאווררת למגבת, ומעניקים גישה מלאה לריח תוך שמירה על הגנה במשך כל הניסוי הניסיוני. כדורי תה אלה ניתנים לחיטוי בהתאם לפרוטוקולי השימוש בבעלי חיים, מוכנים ומוצגים ישירות לאחר הניתוח כדי להתחיל להרגיל את בעלי החיים למבנה יחד עם גירוי הבקרה. עכברים יכולים לחיות עם ההעשרה הנוספת, מה שמקטין את הבולטות של הצגת הגירוי החריף.

הרגלה לנוכחות כדור התה היא רק היבט אחד של הרגלה שהוא קריטי לשיטה זו. פרוטוקול ההרגלה המתואר מורכב גם מחשיפה חוזרת ונשנית להליך הבדיקה כדי לנרמל את סביבת הבדיקה (כלומר, כוח אדם, תחבורה ותנועה למקום הבדיקה, חשיפה לגירוי). הרגלה ממושכת זו ממזערת תגובות ניואנסיות של בעלי החיים וממקדת את המדידות במשתנים התלויים הרצויים (למשל, גירויים פרמקולוגיים או הקשריים). הערכה קודמת של פרוטוקול זה זיהתה ארבעה ניסויים כמספר ההרגלים המינימלי הדרוש לפני בדיקת טמפרטורה בכלובים ביתיים בחולדות⁸. אם הניסויים מופרדים על ידי תקופות ארוכות (יותר מ 2-3 שבועות), בעלי החיים חייבים להיות רגילים שוב. עבור הרגלים חוזרים ונשנים, מספיק מינימום של ניסוי אחד עד שניים. עם זאת, אם בדיקות הטמפרטורה מופרדות על ידי התקפי זמן ממושכים יותר, ייתכן שיהיה צורך לחזור על ניסויים נוספים.

במאמץ המתמשך להרגיל עכברים וחולדות להליך הבדיקה, יש לכלול תקופת התאקלמות לפני הצגת הגירוי בכל ניסוי ניסיוני. זמן התאקלמות זה הוא קריטי לאיזון מחדש של הטמפרטורה והפעילות לאחר המעבר למקום הבדיקה. מכרסמים נוטים להיות עליות טמפרטורה חדות עקב טרנסלוקציה. התאקלמות צריכה להיות מורכבת ממינימום של 1 שעות ללא אינטראקציה מהנסיין ביום הבדיקה לפני כל תוספת של סוכן פרמקולוגי או גירויים הקשריים. זה הכרחי בכל יום של בדיקה.

בבדיקות הטמפרטורה של הכלוב הביתי, לעכברים יש את הטווח החופשי של הכלוב הביתי שלהם לשוטט בתגובה לגירוי שנבדק. זה יכול לגרום לשינויים משתנים בפעילות, להשפיע על הדיוק של קריאות הטמפרטורה, ולכן, ניתוח ההשפעות התרמוגניות של המשתנה הבלתי תלוי (למשל, גירוי פרמקולוגי או הקשרי). מתוך הכרה בשינויים הפוטנציאליים בטמפרטורה עקב רמת הפעילות, נכלל להלן פרוטוקול המתאר את השימוש בטמפרטורה במהלך הליכה על הליכון. הספרות שפורסמה מתארת את השימוש המוצלח בהליך זה בחולדות, והוא משמש כיום עם עכברים 8,10,14,15. הליכה על הליכון שומרת על מהירות קבועה של פעילות עבור הנבדק. במחקר זה, הליכונים משמשים אך ורק לשליטה ברמת הפעילות, ולכן הם מוגדרים למהירות הנמוכה ביותר הזמינה על ההליכון כדי לקדם הליכה לעכברים והגדרה נמוכה דומה לחולדות.

ההליך הבא מתואר למדידת הטמפרטורה של גסטרוקנמיוס חד-צדדי בעכברים והצגת ריח טורף. העיצוב יכול לשמש בשילוב עם חומרים פרמקולוגיים והוא ניתן להעברה לחולדות ולקבוצות שרירי שלד אחרות (כלומר, quadriceps) בעכברים. עבור חולדות, משדרים יכולים להיות ממוקמים gastrocnemius דו צדדית ברקמת שומן חום. בשל מגבלות גודל ומרחק, ניתן להשתמש במשדר אחד בלבד לכל עכבר. ניתן לבצע שינויים קלים (למשל, הסרת גירויים הקשריים) כדי להעריך תגובות תרמוגניות לסוכנים פרמקולוגיים.