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Method Article
本文介绍了一种通过将视频监测纳入常规空隙点测定来研究小鼠排尿行为的新方法。这种方法提供有关排尿事件的时间、空间和体积信息,以及一天中明亮和黑暗阶段小鼠行为的细节。
正常的排尿行为是膀胱、尿道和尿道括约肌在神经系统适当控制下协调功能的结果。为了研究小鼠模型中的自愿排尿行为,研究人员开发了空隙斑点测定法(VSA),这是一种测量沉积在动物笼子地板上的滤纸上的尿斑数量和面积的方法。虽然技术上简单且便宜,但该测定在用作终点测定时具有局限性,包括缺乏排尿事件的时间分辨率和难以量化重叠的尿点。为了克服这些限制,我们开发了一种视频监控的VSA,我们称之为实时VSA(RT-VSA),它使我们能够确定排尿频率,评估排尿量和排尿模式,并在一天的黑暗和光明阶段进行6小时时间窗口的测量。本报告中描述的方法可以应用于各种基于小鼠的研究,这些研究探索健康和疾病状态下自愿排尿的生理和神经行为方面。
尿液储存和排尿由中枢回路(中枢神经系统)协调,该回路通过盆腔和下胃神经接收有关膀胱充盈状态的信息。尿路上皮是排列从肾盂到近端尿道的尿路上皮,对尿液中存在的代谢废物和病原体形成紧密的屏障。它是感觉网的一个组成部分,它感知膀胱的充盈状态并将其传达给下面的组织和传入神经1,2。尿路上皮屏障的破坏或尿路上皮机械转导通路的改变可导致排尿功能障碍以及下尿路症状,例如尿频、尿急、夜尿和尿失禁3,4,5,6,7。同样,衰老、糖尿病、下尿路感染、间质性膀胱炎和其他影响膀胱或控制其功能的相关回路的疾病过程已知会导致膀胱功能障碍8,9,10,11,12,13,14,15,16,17, 18,19.更好地了解正常和异常的排尿行为取决于能够可靠地区分不同排尿模式的方法的发展。
传统上,小鼠的自愿排尿行为已使用由Desjardins及其同事20开发的空隙点测定(VSA)进行了研究,并由于其简单,低成本和非侵入性方法而被广泛采用8,21,22,23,24。该测定通常作为终点测定进行,其中小鼠在衬有滤纸的笼子中花费规定的时间,随后通过计数数量并评估尿点的大小来分析当滤纸置于紫外线(UV)光下时(尿斑在这些条件下发出荧光)20.尽管有这么多优点,但传统的VSA存在一些主要限制。由于小鼠经常在同一区域排尿,研究人员必须将测定的持续时间限制在相对较短的时间内(≤4小时)25。即使在较短的时间内进行VSA,也几乎不可能分辨落在大空隙斑点上的小空隙斑点(SVS),或者将SVS与粘附在尾巴或爪子上的尿液残留区分开来。也很难区分 SVS 是频繁但个体的排尿事件(膀胱炎4,26 经常观察到的表型)的结果,还是排尿后滴漏(与膀胱出口梗阻相关的表型27)。此外,希望在工作时间内完成测定,加上在灯关闭时难以进入住房设施,通常将这些测定限制在24小时昼夜节律周期的光照期。因此,这些时间限制阻止了对小鼠在活跃夜间阶段的排尿行为的评估,从而降低了分析受昼夜节律控制的特定基因或治疗的能力。
为了克服其中一些限制,研究人员开发了实时评估排尿行为的替代方法26,28,29,30,31,32。其中一些方法涉及使用昂贵的设备,例如代谢笼26,28,29或使用热像仪30;但是,这些也有局限性。例如,在代谢笼中,尿液倾向于粘附在网状地板的电线和漏斗壁上,从而减少收集和测量的尿液量。因此,很难准确收集有关小空隙的数据。此外,代谢笼不能提供有关排尿事件的空间分布的信息(即,角落排尿与腔室中心排尿)。鉴于热像仪使用的长波长红外辐射不会穿透固体,因此通过视频热成像评估的空洞活动必须在开放系统中进行,这对于活跃的小鼠来说可能具有挑战性,因为它们可以在空中跳跃几英寸。另一个系统是自动空隙纸上污渍(aVSOP)方法33,它由卷制滤纸组成,以恒定速度卷绕在鼠笼的金属丝网地板下方。这种方法可以防止纸张损坏和经典VSA中发生的尿点重叠,并且其实施允许研究人员在几天内进行实验。然而,它不能为研究者提供排尿事件的精确时间,并且无法检查行为及其与斑点的相关性。为了获得这些信息,研究人员将视频监测纳入排尿测定,这种方法可以同时评估小鼠活动和排尿事件31,32。一种方法包括在实验笼下方放置一个蓝色发光二极管(LED)和一个带有绿色荧光蛋白滤光片的摄像机,以可视化排尿事件,并在笼子上方放置一个红外LED和一个摄像机以捕获小鼠位置32。此设置已用于在执行光纤光度测量时监测空洞行为;然而,该系统的明亮环境要求研究人员用利尿剂治疗小鼠以刺激排尿。在另一项实验设计中,将广角相机放置在实验笼的上方和下方,以分别可视化小鼠运动活动和排尿事件。在这种情况下,通过用放置在笼子31下方的紫外线灯照亮滤纸,可以发现沉积在笼子地板衬里的滤纸上的尿点。该装置在一天的光照阶段用于持续时间为4分钟的短测定,以研究参与自愿排尿行为的脑干神经元31。没有报告该系统在暗相或>4分钟时间段内的适用性。
本文介绍了一种通过允许对鼠标排尿行为进行长期视频监控来增强传统VSA的方法。这种经济高效的方法提供了关于一天中光明和黑暗阶段长时间排尿事件的时间、空间和体积信息,以及与小鼠行为相关的细节3,4,34。提供了有关空隙室的构造、实时 VSA (RT-VSA) 的实施以及数据分析的详细信息。RT-VSA对于寻求了解控制泌尿系统功能的生理机制,开发控制排尿的药理学方法以及定义影响下尿路的疾病过程的分子基础的研究人员很有价值。
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尿路上皮压电1 /2双敲除小鼠(Pz1/2-KO,基因型: 压电1 fl/fl;压电2 fl/fl;Upk2CRE+/-)和对照(Pz1/2-C,基因型: Piezo1 fl/fl;压电2 fl/fl;Upk2CRE-/-)由从Jax实验室获得的亲本菌株(Piezo1 fl/fl 菌株#029213; 压电2 fl/fl 应变 # 027720; Upk2CRE+/- 应变 # 029281)。实验中使用雌性(1.5-3个月大,体重17-20g)和雄性(2-4个月大,体重23-29g)小鼠。对于环磷酰胺诱导的膀胱炎实验,使用野生型C57Bl / 6J雌性(3个月大,体重~20g)(杰克逊实验室,菌株#000664)。在匹兹堡大学机构动物护理和使用委员会的批准下,动物被饲养并在匹兹堡大学动物护理设施中进行实验。所有动物实验均按照《关于人道护理和使用实验动物的公共卫生服务政策》和《动物福利法》的相关准则和规定进行。
1. 实时空隙点测定(RT-VSA)保持架的组装
2. 实验前的动物饲养
3. 一天中明暗阶段的 RT-VSA 录音
注意:以下协议描述了使用RT-VSA来评估小鼠在一天的光明和黑暗阶段的排尿行为。将动物保持在12小时的光照和12小时的黑暗循环中,Zeitgeber时间(ZT)= 0在上午07:00。光相实验的记录在上午 10:30 至上午 11:00 (ZT = 3.5–4.0) 之间开始,暗相实验的记录在下午 06:00 至晚上 06:30 (ZT = 11.0–11.5) 之间开始。当在两种条件下测试动物时,实验通常在两个不同的日期进行,在浅色和深色测试之间至少连续5天。不应在清洁动物房间或更换笼子的日子进行实验,因为这些会导致影响排尿行为的压力。所有步骤都应在小鼠压力最小的条件下进行。
4. 生成校准曲线
注意:需要校准曲线将空隙斑点区域转换为尿量。如果在一天的明暗阶段进行实验,则应生成两条校准曲线,每种类型的滤纸(薄滤纸和厚滤纸)各一条。校准曲线一式两份生成。每次复制都在放置在RT-VSA记录室中的滤纸上运行。鉴于其复杂的成分和紫外线兴奋性,使用小鼠尿液进行校准曲线。
5.实验小鼠记录分析
6.实验小鼠排尿模式分析
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尿路上皮 压电1/2 基因敲除小鼠的排尿行为
在排尿周期的储存阶段,假设尿路上皮细胞感知膀胱中积聚的尿液所施加的张力,并将这种机械刺激转化为细胞反应,例如浆膜 ATP 释放1,3。我们之前已经证明,机械激活的PIEZO1和PIEZO2通道在小鼠尿路上皮3,36中表达。为了?...
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视频监控的结合是一种经济高效的修改,与传统的VSA相比具有几个优势。在通常用作终点测定的经典VSA中,很难区分重叠的空隙点。这不是一个微不足道的问题,因为当测定延长几个小时时,小鼠倾向于在同一区域多次排尿,通常是在笼子的角落。因此,RT-VSA的第一个优点是调查人员可以很容易地识别部分或全部沉积在一起的单个斑点。 图 12 所示的实验很好地说明了这一?...
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作者没有什么可透露的。
这项工作得到了NIH资助R01DK119183(G.A.和MDC),通过P30DK079307(授予MGD)的试点项目奖,美国泌尿外科协会职业发展奖和温特斯基金会赠款(给NM),以及匹兹堡肾脏研究中心(P30DK079307)的细胞生理学和模式生物肾脏成像核心的支持。
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.00” X 1.00” T-Slotted Profile - Four Open T-Slots – cut to 10 inches | 80/20 | 1010 | Amount: 20 |
1.00” X 1.00” T-Slotted Profile - Four Open T-Slots – cut to 12 inches | 80/20 | 1010 | Amount: 6 |
1.00” X 1.00” T-Slotted Profile - Four Open T-Slots – cut to 40 inches | 80/20 | 1010 | Amount: 4 |
1.00” X 1.00” T-Slotted Profile - Four Open T-Slots – cut to 14.75 inches | 80/20 | 1010 | Amount: 12 |
1.00” X 1.00” T-Slotted Profile - Four Open T-Slots – cut to 32 inches | 80/20 | 1010 | Amount: 5 |
1/4-20 Double Slide-in Economy T-Nut | 80/20 | 3280 | Amount: 16 |
1/4-20 Triple Slide-in Economy T-Nut | 80/20 | 3287 | Amount: 18 |
10 & 25 Series 2 Hole - 18mm Slotted Inside Corner Bracket with Dual Support | 80/20 | 14061 | Amount: 6 |
10 Series 3 Hole - Straight Flat Plate | 80/20 | 4118 | Amount: 8 |
10 Series 5 Hole - "L" Flat Plate | 80/20 | 4081 | Amount: 8 |
10 Series 5 Hole - "T" Flat Plate | 80/20 | 4080 | Amount: 8 |
10 Series 5 Hole - Tee Flat Plate | 80/20 | 4140 | Amount: 2 |
10 Series Standard Lift-Off Hinge - Right Hand Assembly | 80/20 | 2064 | Amount: 2 |
10 to 15 Series 2 Hole - Lite Transition Inside Corner Bracket | 80/20 | 4509 | Amount: 6 |
24”-long UV tube lights | ADJ Products LLC | T8-F20BLB24 | Amount: 2 20W bulb – 24” Wavelength: 365nm |
Acrylic Mirror Sheet | Profesional Plastics | Amount: 1 82.5 cm x 26.5 cm | |
Acrylic Mirror Sheet | Profesional Plastics | Amount: 2 26.5 cm X 30.5 cm | |
Acrylic Mirror Sheet | Profesional Plastics | Amount: 2 82.5 cm x 30.5 cm | |
AR polycarbonate (UV resistance) | 80/20 | 65-2641 | Amount: 2 4.5mm Thick, Clear, 38.5 cm x 26.5 cm |
AR polycarbonate (UV resistance) | 80/20 | 65-2641 | Amount: 4 4.5mm Thick, Clear, 38.5 cm x 21.5 cm |
AR polycarbonate (UV resistance) | 80/20 | 65-2641 | Amount: 4 4.5mm Thick, Clear, 26.5 cm x 21.5 cm |
AR polycarbonate (UV resistance) | 80/20 | 65-2641 | Amount: 4 4.5mm Thick, Clear 37.5 cm x 23.9 cm |
AR polycarbonate (UV resistance) | 80/20 | 65-2641 | Amount: 4 4.5mm Thick, Clear , 24.4 cm x 23.9 cm |
Chromatography paper (thin paper) | Thermo Fisher Scientific | 57144 | |
Cosmos blotting paper (thick paper) | Blick Art Materials | 10422-1005 | |
Excel | Microsoft Corporation | ||
GraphPad Prism | GraphPad Software | Version 9.4.0 | graphing and statistics software |
ImageJ FIJI | NIH | ||
Parafilm | Merck | transparent film | |
Quick Time Player 10.5 software | Apple | multimedia player | |
Security spy | Ben software | video surveillance software system | |
Standard End Fastener, 1/4-20 | 80/20 | 3381 | Amount: 80 |
UV transmitting acrylic | Spartech | Polycast Solacryl SUVT | Amount: 2 38.5 cm x 26.5 cm |
Water gel: HydroGel | ClearH2O | 70-01-5022 | (https://www.clearh2o.com/product/hydrogel/) |
Webcam | Logitech | C930e | Amount: 4 |
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