Name: a chronic sleep fragmentation model using vibrating orbital rotor to induce cognitive deficit and anxiety-like behavior in young wild-type mice
Uploaded: 2020-09-22T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Chronic Sleep Fragmentation Model using Vibrating Orbital Rotor to Induce Cognitive Deficit and Anxiety-Like Behavior in Young Wild-Type Mice at JoVE.com

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (61327902-6 к В. Вану и 81801318 к F.F. Ding). Мы признательны д-ру Сигриду Веаси за создание экспериментальной системы SF и любезное предоставление технических деталей. Мы признательны д-ру Майкену Недергаарду за поучительные комментарии для соответствующих экспериментов.

Этот протокол был одобрен Институциональным комитетом по уходу за животными и использованию больницы Тонгдзи, Медицинского колледжа Тонгдзи, Университета науки и техники Хуачжуна.
1. Скрининг мышей и подготовка к эксперименту
<ol><li>Выберите взрослых диких (8-10 недель) мы?...

Критические шаги в текущем протоколе включают настройку машин фрагментации сна с оптимизированными параметрами в соответствии с целью исследования и поддержание мышей в комфортной и тихой среде обитания на протяжении всех сеансов моделирования. Важно также решить правильное время, ?...

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 ит.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, которыевызывают фрагментацию сна 6,7. В развитых странах, OSA имеет более 5% до 9% распространенности среди взрослого населения и 2% вдетской 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,консолидациипамяти 13,14,метаболическийбаланс 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 АДмышей 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 дикихмышей 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/PS1мышей 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 недельмоделирования 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 барили 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 REMсна 30,31,32. Другие подходы, используя либо беговой дорожке или бар, который зачисток вдоль нижней части клетки, может вызвать фрагментацию сна принаборе 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 OSA39,40. 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 послевосстановления 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 cingulateкоры 24. Тем не менее, необходимо отметить, что наиболее важной особенностью в OSA является гипоксия, вызванная обструкцией дыхательных путей, чтоприводит 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.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Any-maze behavior tracking system</td>
			<td>Stoelting,Inc,USA</td>
			<td>-</td>
			<td>A video-tracking system which was used to record the behavior track of mice.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C57BL/6J mice</td>
			<td>Hubei Research Center for Laboratory Animals, Hubei, China.</td>
			<td>-</td>
			<td>healthy male C57BL/6J mice aged 10-12 weeks were purchased from Hubei Research Center for Laboratory Animals</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphpad Prism 6.0 Software</td>
			<td>Graphpad Software,Inc.USA</td>
			<td>-</td>
			<td>Graphpad Prism 6.0 software was used to draw statistical graphs.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Morris water maze system</td>
			<td>Shanghai XinRuan Information Technology Co.,Ltd,China</td>
			<td>XR-XM101</td>
			<td>The system was used to perform Morris water maze test</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Orbial rotor</td>
			<td>Shanghai ShiPing Laboratory Equipment Co.,Ltd,China</td>
			<td>SPH-331</td>
			<td>The orbital rotor was used to establish the chronic sleep fragmentation model</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solid state timer</td>
			<td>OMRON Corporation, Kyoto, Japan</td>
			<td>H3CR-F8-300</td>
			<td>The solid state time was used to control the frequency and time of the rotor running</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wooden Lusterless Tank</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>length 30 cm, width 28 cm, height 35 cm The tank was used to perform open field test and novel object recognition test</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a chronic sleep fragmentation model using vibrating orbital rotor to induce cognitive deficit and anxiety-like behavior in young wild-type mice

Нарушение сна, как правило, распространены в популяциях, как хроническое заболевание или жаловался событие. Хроническое нарушение сна предлагается тесно связано с патогенезом заболеваний, особенно нейродегенеративных заболеваний. Недавно мы обнаружили, что 2 месяца сна фрагментации инициировал болезнь Альцгеймера (AD)-как поведенческие и патологические изменения у молодых диких мышей типа. В этом случае мы представляем стандартизированный протокол для достижения хронической фрагментации сна (CSF). Короче говоря, CSF был вызван орбитальным ротором, вибрирующим при 110 об/мин и работающим с повторяющимся циклом 10 s-on, 110 s-off, во время фазы light-ON (8:00 AM-8:00 PM) непрерывно в течение 2 месяцев. Нарушения пространственного обучения и памяти, тревога, как, но не депрессия, как поведение у мышей, как последствия моделирования CSF, были оценены с Моррис воды лабиринт (MWM), Новый объект признания (NOR), Открытый полевой тест (OFT) и принудительного плавания тест (FST). По сравнению с другими манипуляциями сна, этот протокол сводит к минимуму обработку трудов и максимизирует эффективность моделирования. Он производит стабильные фенотипы у молодых мышей дикого типа и потенциально может быть создан для различных исследовательских целей.

Все репрезентативные результаты и цифры были воспроизведены из нашей недавнейпубликации 21. Повторное использование этих цифр было разрешено в оригинальном журнале.
Вся экспериментальная конструкция иллюстрируется в порядке времени, который указывает сро...

Watch this Scientific Journal Video about A Chronic Sleep Fragmentation Model using Vibrating Orbital Rotor to Induce Cognitive Deficit and Anxiety-Like Behavior in Young Wild-Type Mice at JoVE.com

A Chronic Sleep Fragmentation Model using Vibrating Orbital Rotor to Induce Cognitive Deficit and Anxiety-Like Behavior in Young Wild-Type Mice

Здесь представлен протокол для хронической фрагментации сна (CSF) модель, достигнутая с помощью электрически контролируемого орбитального ротора, который может вызвать подтвержденный когнитивный дефицит и тревожное поведение у молодых диких мышей типа. Эта модель может быть применена для изучения патогенеза хронического нарушения сна и связанных с ним расстройств.

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

Sleep disturbance is generally common in populations as a chronic disease or a complained event. Chronic sleep disturbance is proposed to be closely ...

Chronic sleep disturbance lead to neurodegenerative disease pathogenesis. We would like to provide a simple, stable, and long-term protocol to model frequent interruptions during human sleep to address this question. These mice minimizes handling labors and the artificial buyers.It can standardized interventions among mice within the same experimental group and between different experiments to produce repeatable behavioral and the pathological outcomes. This model can be applied to a variety of disease models such as depression and the Alzheimer's disease to study the impacts of chronic sleep disturbance in the presence of an underlying disease. Begin by randomly assigning three to five 20 to 28 gram 8 to 10-week-old adult wild-type male mice to CSF modeling and control cages to avoid social isolation stress.House both groups of cages in the same 21 to 23 degree Celsius and 35 to 60%humidity modeling room with a 12-hour light/dark cycle to maintain an identical surrounding environment. Then provide the mice with sufficient food and water using long nozzles with ball valve tips on the water bottles to prevent water leakage upon the platform movements and fastening the water bottles on top of each cage with a spring to avoid dislocation of the bottles during rotation. For chronic sleep fragmentation modeling, program an electrically controlled orbital rotor with a 67 by 110 centimeter platform to run during the 8:00 a.m.to 8:00 p.m. light phase and use a solid state timer to set the rotor speed to 110 revolutions per minute for a repetitive 10 seconds on, 110 seconds off cycle. Use thick springs to fasten the CSF cages on top of the rotor platform to prevent dislocation of the cages upon platform rotation and confirm that the food and water access are maintained during the orbital rotations.After setting up the model system, observe the cages for at least one hour to ensure that the orbital rotor is operating appropriately. During the modeling period, weigh the mice weekly at 8:00 a.m. when changing the bedding and remove any aggressors from the cages as necessary.At the end of the modeling period, continue to house and feed the mice in the modeling room. To perform a Morris Water Maze test, between 8:00 a.m. and 12:00 p.m.every day for five days, release one mouse at a time into a circular tank filled with 20 to 23 degree Celsius water in one of four quadrants for each trial. During the trial, use a video tracking system to record the escape latency of each mouse as it attempts to swim to the platform. If the mouse is unable to locate the platform within 60 seconds, guide the animal to the platform.Allow it to remain on the platform for 15 seconds before returning it to its cage. On the sixth day after training, remove the platform from the water tank and release the mouse from the northeast quadrant for one final 60-second swim period per animal. After CSF modeling, no differences in the weights of mice between the control and experimental groups are observed.The CSF group displays a reduced escapability in locating the platform over a period of five training days in the Morris Water Maze behavioral trial compared to the control animals. In the probe test, the CSF mice spent significantly less time proportionally in the targeted quadrant, crossing the previous platform location fewer times without an observable swimming speed difference. In the familiar phase of the novel object recognition test, there is no significant difference in the total exploration time between the CSF and control groups or in the exploration time between objects A1 and A2 in either group.In the test phase, the discrimination index of the CSF mice is significantly reduced compared to that of the control animals. In these representative open field test and forced swimming test evaluations, the CSF group spent less time in the central zone during the test than did the control group. CSF mice also exhibited a longer total distance of movement within the tank, suggesting increased spontaneous activity after modeling.Nevertheless, the CSF modeling did not induce depression-like behavior as verified by non-significant differences in the immobility time between the two groups subjected to forced swimming test. Selecting an appropriate vibrating cycle and modeling duration as well as a proper timeline for the CSF treatment and phenotype identification are important for the success of this experiment. Traditional sleep deprivation protocols require a great deal of work and the mostly for acute or short-term modeling.This protocol allows the study of a pathological mechanism of mild but long lasting sleep disturbance.

Research

JoVE Journal

Behavior

Using Chronic Social Stress to Model Postpartum Depression in Lactating Rodents

Использование хронического социального стресса в модели послеродовой депрессии у кормящих Грызунов

Exposure to chronic stress is a reliable predictor of depressive disorders, and social stress is a common ethologically relevant stressor in both animals ...

The Crossmodal Congruency Task as a Means to Obtain an Objective Behavioral Measure in the Rubber Hand Illusion Paradigm

Crossmodal целевая Конгруэнтность как средство получения объективной поведенческой измерения в иллюзии Paradigm резинкой

The rubber hand illusion (RHI) is a popular experimental paradigm. Participants view touch on an artificial rubber hand while the participants' own hidden ...

Uncovering Beat Deafness: Detecting Rhythm Disorders with Synchronized Finger Tapping and Perceptual Timing Tasks

Раскрытие Удара Глухота: Обнаружение Нарушения ритма с синхронизацией палец нажатие и перцептивных синхронизации задач

A set of behavioral tasks for assessing perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) is presented here ...

Use of the Open Field Maze to Measure Locomotor and Anxiety-like Behavior in Mice

Использование открытом поле Лабиринт измерить опорно-двигательного аппарата и тревоги типа поведения у мышей

Animal models have proven to be invaluable to researchers trying to answer questions regarding the mechanisms of behavior. The Open Field Maze is one of ...

Manipulation of Epileptiform Electrocorticograms (ECoGs) and Sleep in Rats and Mice by Acupuncture

Manipulation of Epileptiform Electrocorticograms ECoGs and Sleep in Rats and Mice by Acupuncture

Манипуляция Epileptiform Electrocorticograms (ECoGs) и сна у крыс и мышей иглоукалывание

Ancient Chinese literature has documented that acupuncture possesses efficient therapeutic effects on epilepsy and insomnia. There is, however, little ...

Introducing Clicker Training as a Cognitive Enrichment for Laboratory Mice

Введение в Clicker подготовки в качестве когнитивного обогащения для лабораторных мышей

Establishing new refinement strategies in laboratory animal science is a central goal in fulfilling the requirements of Directive 2010/63/EU. Previous ...

Chronic Sleep Deprivation in Mouse Pups by Means of Gentle Handling

Хронический спать в мыши щенков с помощью нежный обработка

Sleep is critical for proper development and neural plasticity. Moreover, abnormal sleep patterns are characteristic of many neurodevelopmental disorders. ...

Novel Object Recognition and Object Location Behavioral Testing in Mice on a Budget

Роман объект признание и расположение объекта, поведенческое тестирование у мышей на бюджет

Ethologically relevant behavioral testing is a critical component of any study that uses mouse models to study the cognitive effects of various ...

A Chronic Immobilization Stress Protocol for Inducing Depression-Like Behavior in Mice

Хронический протокол стресса иммобилизации для индуцирования депрессии, как поведение у мышей

Depression is not yet fully understood, but various causative factors have been reported. Recently, the prevalence of depression has increased. However, ...