Fareler ve sıçanlar cerrahi olarak uzak sıcaklık transponderleri ile implante edilir ve daha sonra test ortamına ve prosedürüne alışır. Kas sıcaklığındaki değişiklikler, ev kafesindeki farmakolojik veya bağlamsal uyaranlara yanıt olarak veya öngörülen fiziksel aktivite sırasında (yani, sabit bir hızda koşu bandı yürüyüşü) ölçülür.
İskelet kası termojenezi, metabolik homeostazı ve enerji harcamasının altında yatan mekanizmaları daha iyi anlamak için potansiyel bir yol sağlar. Termojenezin nöral, miyosellüler ve moleküler mekanizmalarını doğrudan kas sıcaklığındaki ölçülebilir değişikliklere bağlamak için şaşırtıcı derecede az kanıt mevcuttur. Bu yazıda, fare ve sıçan iskelet kas sıcaklığının doğrudan ölçümlerini almak için sıcaklık transponderlerinin kullanıldığı bir yöntem açıklanmaktadır.
Uzak transponderler cerrahi olarak farelerin ve sıçanların kasına implante edilir ve hayvanlara iyileşmeleri için zaman verilir. Fareler ve sıçanlar daha sonra tekrar tekrar test ortamına ve prosedürüne alışmalıdır. Kas sıcaklığındaki değişiklikler, ev kafesindeki farmakolojik veya bağlamsal uyaranlara yanıt olarak ölçülür. Kas sıcaklığı, bu uyaranların neden olduğu kas sıcaklığındaki değişikliklere katkıda bulunan aktivitedeki değişiklikleri hesaba katmak için öngörülen fiziksel aktivite sırasında (yani, sabit bir hızda koşu bandı yürüyüşü) de ölçülebilir.
Bu yöntem, beyin, sempatik sinir sistemi ve iskelet kası düzeyinde kas termojenik kontrolünün altında yatan mekanizmaları aydınlatmak için başarıyla kullanılmıştır. Sağlanan bu başarının kanıtları, yırtıcı kokuyu (PO; gelincik kokusu) bağlamsal bir uyaran olarak ve oksitosin (Oxt) enjeksiyonlarını, yırtıcı kokunun kas termogenezini indüklediği ve Oxt’un kas sıcaklığını baskıladığı farmakolojik bir uyaran olarak kullanılmasıdır. Bu nedenle, bu veri kümeleri, kas sıcaklığındaki hızlı değişiklikleri tespit etmede bu yöntemin etkinliğini göstermektedir.
Metabolik araştırmalarda, iskelet kası termogenezinin incelenmesi, vücut ağırlığı homeostazını araştırmak için umut verici yeni bir yoldur. Yayınlanan literatür, vücudun en büyük organ sistemlerinden biri olan iskelet kasının termojenik tepkilerinin, enerji harcamasını ve diğer metabolik etkileri artırmak için bir yol sağladığı ve böylece obezite 1,2,3 gibi hastalıklardaki sistemleri etkili bir şekilde yeniden dengelediği fikrini desteklemektedir. Kas termojenik bir organ olarak kabul edilebilirse, çalışmalar bu organdaki termojenik değişiklikleri incelemek için pratik bir metodoloji kullanmalıdır. İskelet kaslarının endotermik etkisini anlama arzusu ve titremeyen kas termogenezini incelemek için bu metodolojinin faydası metabolik çalışmalara özgü değildir. Evrim4, karşılaştırmalı fizyoloji5 ve ekofizyoloji6,7 dahil olmak üzere disiplinler, kas termogenezinin endotermiye nasıl katkıda bulunabileceğini ve bu mekanizmanın çevreye nasıl uyum sağladığını anlamaya ilgi göstermiştir. Sunulan protokol, bu soruları ele almak için gerekli kritik yöntemleri sağlar.
Sağlanan yöntem, kas sıcaklığının hem bağlamsal hem de farmakolojik uyaran modülasyonunun değerlendirilmesinde, avcı tehdidini çoğaltmak için bağlamı değiştirmek için yırtıcı koku (PO) sağlamanın benzersiz tekniği de dahil olmak üzere kullanılabilir. Önceki raporlar, PO’nun kas termojenezi8’de hızlı bir şekilde büyük bir artışa neden olma yeteneğini göstermiştir. Ayrıca, farmakolojik uyaranlar kas sıcaklığını da değiştirebilir. Bu, nadolol kullanarak periferik β-adrenerjik reseptörlerin farmakolojik blokajının, koşu bandı yürüyüşü sırasında kasılma termojenezini önemli ölçüde etkilemeden PO’nun kas termojenezini indükleme yeteneğini inhibe ettiği PO kaynaklı kas termojenezi bağlamında gösterilmiştir8. Sıçanlarda melanokortin reseptör agonistlerinin merkezi olarak uygulanması, termojenezi değiştiren beyin mekanizmalarını ayırt etmek için de kullanılmıştır 9,10.
Burada sağlanan, nörohormon oksitosinin (Oxt) farelerde kas termojenezini değiştirme yeteneğinin bir ön araştırmasıdır. Yırtıcı hayvan tehdidine benzer şekilde, aynı cinsiyetten bir konspesifik ile sosyal karşılaşmalar, sosyal hipertermi11 olarak adlandırılan bir fenomen olan vücut ısısını arttırır. Oxt’nin sosyal davranış12 ile ilgisi göz önüne alındığında, Oxt’un farelerde sosyal hiperterminin bir aracısı olduğu tahmin edilmektedir. Gerçekten de, bir oksitosin reseptör antagonisti, farelerde sosyal hipertermiyi azaltır11 ve Oxt’den yoksun fare yavruları, termojenez13 de dahil olmak üzere termoregülasyonun davranışsal ve fizyolojik yönlerinde eksiklikler gösterir. Harshaw ve ark.’nın (2021) sosyal hipertermi11 ile β3 adrenerjik reseptöre bağımlı kahverengi yağ dokusu (BAT) termojenezini destekleyen kanıtlar bulamadıkları göz önüne alındığında, sosyal hiperterminin Oxt’un kas termogenezi indüksiyonu tarafından yönlendirilebileceği öne sürülmüştür.
İskelet kası termojenezini ölçmek için, aşağıdaki protokol, bir fare veya sıçan 8,10,14,15 içindeki ilgili kasın bitişiğindeki önceden programlanmış IPTT-300 transponderlerinin implantasyonunu kullanır. Bu transponderler, karşılık gelen transponder okuyucuları kullanılarak okunan cam kapsüllü mikroçiplerdir. Çok az araştırma bu teknolojiyi bu kapasitede kullanmamıştır, ancak çalışmalar bu yöntemin sağladığı özgüllüğe ihtiyaç duyulduğunu ileri sürmüştür16,17. Önceki araştırmalar, bu yöntemin güvenilirliğini ve sıcaklık transponderlerinin diğer sıcaklık testi yöntemleriyle karşılaştırıldığındaveya cerrahi yöntemlerle (örneğin, kanülasyon19) birlikte kullanılabileceği çeşitli yollar göstermiştir. Bununla birlikte, bu nitelikteki çalışmalar, genel vücut ısısı 20,21,22 veya BAT 23,24,25 gibi belirli dokuları ölçmek için farklı stratejik yerleşimlere dayanmaktadır.
Bu konumlardan veya kulak veya rektal termometreler26 kullanırken sıcaklığı ölçmek yerine, burada açıklanan yöntem ilgilenilen kas için özgüllük sağlar. İlgilenilen kaslara bitişik transponderleri doğrudan implante ederek bir bölgeyi hedefleme yeteneği, özellikle kas termojenejenini araştırmak için daha etkilidir. Yüzey kızılötesi termometri 27,28 veya termokupl29 aracılığıyla kutanöz sıcaklık ölçümleri ile sağlananlara ek olarak yeni bir yol sağlar. Ayrıca, bu yöntemle sağlanan veriler, kızılötesi termografi30,31,32 gibi büyük, pahalı, yüksek teknolojili ekipman ve yazılımlara ihtiyaç duymadan bir dizi araştırma yolu sunmaktadır.
Bu yöntem, kuadriseps ve gastroknemiustaki sıcaklığı tek taraflı veya iki taraflı olarak ölçmek için başarıyla kullanılmıştır. Bu yöntem stereotaksik cerrahi ile birlikte de etkili olmuştur14,15. Transponder uzuvdan ~ 7-10 cm içinde, sıcaklığı taramak, ölçmek ve görüntülemek için taşınabilir transponder okuyucular (DAS-8027 / DAS-7007R) kullanılır. Bu mesafe, önceki araştırmalar 8,9,10 için kritik ve değerli olmuştur, çünkü test prosedürleri sırasında potansiyel stresörleri ve hayvan kullanımı gibi sıcaklık değiştiren değişkenleri en aza indirir. Zamanlayıcılar kullanılarak, ölçümler daha sonra hayvanlarla doğrudan etkileşim olmadan belirli bir süre boyunca kaydedilebilir ve toplanabilir.
Test sırasında farelerin rahatsızlığını daha da azaltmak için, bu yöntem, deneycinin test sırasında ev kafeslerinin dibine erişmesini sağlamak için PVC borulardan yapılmış yükselticilerin montajını ve kullanımını açıklar. Yükselticiler dijital okuyucu ile birlikte kullanılarak, transponder uzuvun sıcaklık ölçümleri, uyaran yerleştirildikten sonra herhangi bir hayvan etkileşimi olmadan yapılabilir. Minimum maliyetle, bu yöntem farmakolojik ve bağlamsal uyaranlarla birlikte kullanılabilir ve bu da araştırmacılar için oldukça erişilebilir olmasını sağlar. Ek olarak, bu yöntem bir seferde önemli sayıda denekle (~ 16 fare veya ~ 12 sıçan) kullanılabilir ve herhangi bir araştırma projesi için genel verimi arttırmada zaman kazandırır.
Bu yöntemde tanıtılan, bundan böyle “çay topları” olarak adlandırılan paslanmaz çelik örgü çay demleme topları kullanarak farelere koku sunmak için hazırlanmış bir mekanizmadır. Bu çay topları herhangi bir koku malzemesi içermek için ideal olsa da, bu çalışmalarda, farelerin ve sıçanların doğal bir avcısı olan yaban gelinciği için 2-3 hafta boyunca kafes içi yatak görevi gören havlular, her tedavi çay topunun içine yerleştirilir. Her havlu 5 cm x 5 cm kareler halinde kesilir. Bu alıntılama, aksi takdirde aynı kokusuz kontrol havluları ile de tekrarlanır. Bu kokuları bir bariyer olmadan (yani çay topu) sunmak, farelerin kafeslerindeki lifleri parçalamasına ve fiziksel aktiviteyi arttırmasına neden oldu. Bu davranış sıçanlarda belirgin değildi. Çay topları, havluya havalandırılan bir muhafaza sağlar ve deneysel denemenin tamamı boyunca korunurken kokuya tam erişim sağlar. Bu çay topları, hayvan kullanım protokollerine uygun olarak sterilize edilebilir, kontrol uyaranı ile birlikte hayvanları yapıya alıştırmaya başlamak için ameliyattan hemen sonra hazırlanabilir ve tanıtılabilir. Fareler daha sonra akut uyaran sunumunun belirginliğini azaltarak ek zenginleştirme ile yaşayabilirler.
Çay topunun varlığına alışmak, bu yöntem için kritik olan alışkanlığın sadece bir yönüdür. Tanımlanan alışkanlık protokolü aynı zamanda test ortamını normalleştirmek için test prosedürüne tekrar tekrar maruz kalmaktan oluşur (yani, personel, test yerine ulaşım ve hareket, uyarana maruz kalma). Bu genişletilmiş alışkanlık, hayvanlardan gelen nüanslı tepkileri en aza indirir ve ölçümleri istenen bağımlı değişkenlere (örneğin, farmakolojik veya bağlamsal uyaranlar) odaklar. Bu protokolün önceki değerlendirmesi, sıçanlarda ev kafeslerinde sıcaklık testinden önce gerekli minimum alışkanlık sayısı olarak dört çalışma tanımlamıştır8. Test uzun sürelerle (2-3 haftadan fazla) ayrılırsa, hayvanlar tekrar alışkanlık haline getirilmelidir. Tekrarlanan alışkanlık için, en az bir ila iki deneme yeterlidir. Bununla birlikte, sıcaklık testleri daha uzun süreli zaman dilimleri ile ayrılırsa, daha fazla denemenin tekrarlanması gerekebilir.
Fareleri ve sıçanları test prosedürüne alıştırmak için devam eden çabalarda, uyaran sunumundan önce bir alışma süresi her deneysel çalışmaya dahil edilmelidir. Bu alışma süresi, test yerine kaydırıldıktan sonra sıcaklığı ve aktiviteyi yeniden dengelemek için kritik öneme sahiptir. Kemirgenler translokasyon nedeniyle keskin sıcaklık artışlarına sahip olma eğilimindedir. Alışma, herhangi bir farmakolojik ajan veya bağlamsal uyaranın eklenmesinden önce test gününde deneycinin etkileşimi olmadan en az 1 saatten oluşmalıdır. Bu, her test günü gereklidir.
Özetlenen ev kafesi sıcaklık testlerinde, fareler, test edilen uyarana yanıt olarak dolaşmak için ev kafeslerinin serbest menziline sahiptir. Bu, aktivitede değişken kaymalara neden olabilir, sıcaklık okumalarının doğruluğunu ve dolayısıyla bağımsız değişkenin termojenik etkilerinin analizini (örneğin, farmakolojik veya bağlamsal uyaran) etkileyebilir. Aktivite seviyesine bağlı olarak sıcaklıktaki potansiyel değişikliklerin tanınmasında, koşu bandı yürüyüşü sırasında sıcaklığın kullanımını açıklayan bir protokol aşağıda yer almaktadır. Yayınlanan literatür, bu prosedürün sıçanlarda başarılı bir şekilde kullanıldığını açıklamaktadır ve şu andafareler 8,10,14,15 ile kullanılmaktadır. Koşu bandı yürüyüşü, test konusu için sabit bir aktivite hızını korur. Bu çalışma için, koşu bantları kesinlikle aktivite seviyesini kontrol etmek için kullanılır ve bu nedenle, fareler için yürümeyi ve sıçanlar için benzer şekilde düşük bir ayarı teşvik etmek için koşu bandında mevcut en düşük hıza ayarlanır.
Farelerde tek taraflı gastroknemiusun sıcaklık ölçümü ve yırtıcı koku sunumu için aşağıdaki prosedür özetlenmiştir. Tasarım farmakolojik ajanlarla birlikte kullanılabilir ve farelerde sıçanlara ve diğer iskelet kas gruplarına (yani kuadriseps) aktarılabilir. Sıçanlar için, transponderler gastroknemiusa iki taraflı olarak ve kahverengi yağ dokusuna yerleştirilebilir. Boyut ve mesafe sınırlamaları nedeniyle, fare başına yalnızca bir transponder kullanılabilir. Farmakolojik ajanlara termojenik yanıtları değerlendirmek için küçük değişiklikler (örneğin, bağlamsal uyaranların çıkarılması) yapılabilir.
Bu sıcaklık testi protokolü, alana iskelet kası termojenezini doğrudan ölçmek için bir yol sağlar. Bu, araştırmaların kas termojenezinin altında yatan mekanizmaları tanımlamaya çalıştığı içinkritik öneme sahiptir 33. Yöntem, bağlamsal ve farmakolojik koşullar altında iskelet kası termojenezisini ölçmek için iki uygun maliyetli protokol sağlar. Bu protokol, bu prosedürler içinde hem alışkanlık hem de alışmanın önemini vurgulamaktadır. Alışkanlık, herhang…
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma R15 DK097644 ve R15 DK108668 tarafından desteklenmektedir. Önceki katkıları için Dr. Chaitanya K Gavini ve Dr. Megan Rich’e ve kurumsal hayvan kullanım kurallarına uymamızı sağladıkları için Dr. Stanley Dannemiller’e teşekkür ederiz. Bu yöntemi ve ilgili çalışmalarını oluşturmak için gerekli temel araştırmaları sağladığı için Dr. Tim Bartness’e özel bir teşekkür ederiz. Şekil 1A, C, D ve Şekil 2A, Biorender.com kullanılarak oluşturulmuştur.
1012M-2 Modular Enclosed Metabolic Treadmill for Mice, 2 Lanes w/ Shock | Columbus Instruments | ||
1012R-2 Modular Enclosed Metabolic Treadmill for Rats, 2 Lanes w/ Shock | Columbus Instruments | ||
1-1/4 in. Ratcheting PVC Cutter | BrassCraft | ||
1 mL Syringes | Fisher Scientific | BD 309659 | |
Betadine Swabs | Fisher Scientific | 19-898-945 | |
Booster Coil | BioMedic Data Systems | Transponder Accessory | |
Electric Clippers | Andis | 40 Ultraedge Clipper Blade | |
Flexible Mirror Sheets | Amazon | Self Adhesive Non Glass Mirror Tiles | |
Forceps | Fisher Scientific | 89259-940 | |
Heating Pad | |||
Induction Chamber (isoflurane) | Kent Scientific | VetFlo-0730 | 3.0 L Low Cost Chambers for Traditional Vaporizers |
Ketoprophen | Med-Vet Intl. | RXKETO-50 | |
Magnetic Strips | Amazon | ||
Magnets | Amazon | DIYMAG Magnetic Hooks 40lbs | |
Needles | Med-Vet Intl. | 26400 | |
Neomycin/Polymixin/Bacitracin with Hydrocortisone Ophthalmic Ointment, 3.5 g | Med-Vet Intl. | RXNPB-HC | |
Oasis Absorbable Suture | Med-Vet Intl. | MV-H821-V | |
Predator (Ferret) Odor Towels | Marshall BioResources | ||
PVC pipe | |||
Reflex Wound Clip Remover | CellPoint Scientific | ||
Reflex Wound Clip, 7 mm (mouse) | CellPoint Scientific | ||
Reflex Wound Clip, 9 mm (rat) | CellPoint Scientific | ||
Srerile Autoclip, 7 mm (mouse) | CellPoint Scientific | Wound Clip Applier (mouse) | |
Stainless Strainers Interval Seasonings Tea Infuser | Amazon | ||
Sterile Autoclip, 9 mm (rat) | CellPoint Scientific | Wound Clip Applier (rat) | |
Sterile Saline | Med-Vet Intl. | RX0.9NACL-10 | |
Surgical Scissors | Fisher Scientific | 08-951-5 | |
Surgical Sheets | |||
Towels (Control/Habituation) | Amazon | 100% Cotton Towels, white | |
Transponders | BioMedic Data Systems | Model: IPTT-300 | |
Transponders Reader | BioMedic Data Systems | Model: DAS-8027-IUS/ DAS-7007R | |
Versaclean | Fisher Scientific | 18-200-700 | liquid detergent |
Webcol Alcohol Preps | Covidien | 22-246-073 | |
Wedge pieces for PVC pipe |