Name: establishing a device for sleep deprivation in mice
Uploaded: 2023-09-22T14:10:00
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この研究は、中国国家自然科学基金会(82230014、81930007、82270342)、上海優秀学術指導者プログラム(18XD1402400)、上海市科学技術委員会(22QA1405400、201409005200、20YF1426100)、上海浦江人材プログラム(2020PJD030)、SHWSRS(2023-62)、上海老化医療臨床研究センター(19MC1910500)、および蚌埠医科大学の大学院イノベーションプログラムからの助成金によって支援されました(Byycxz21075)。

この研究のすべての動物実験プロトコルは、上海交通大学医学部仁済病院の実験動物福祉倫理委員会によって承認されました。この研究には、8〜10週齢の雄のC57BL/6Jマウスを使用しました。動物は市販の供給源から入手した( 資料表参照)。デバイスの確立に必要な主要部品を 図1Aに示します。
1.睡眠遮断装置の準備
<ol><li>5...

<ol>
	<li>Yang, D. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acute+sleep+deprivation+exacerbates+systemic+inflammation+and+psychiatry+disorders+through+gut+microbiota+dysbiosis+and+disruption+of+circadian+rhythms.">Acute sleep deprivation exacerbates systemic inflammation and psychiatry disorders through gut microbiota dysbiosis and disruption of circadian rhythms.</a> Microbiological Research. 268, 127292 (2023).</li><li>Alanazi, M. T., Alanazi, N. T., Alfadeel, M. A., Bugis, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep+deprivation+and+quality+of+life+among+uterine+cancer+survivors:+systematic+review.">Sleep deprivation and quality of life among uterine cancer survivors: systematic review.</a> Supportive Care In Cancer : Official Journal of the Multinational Association of Supportive Care In Cancer. 30 (3), 2891-2900 (2022).</li><li>Tobaldini, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep,+sleep+deprivation,+autonomic+nervous+system+and+cardiovascular+diseases.">Sleep, sleep deprivation, autonomic nervous system and cardiovascular diseases.</a> Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 74, 321-329 (2017).</li><li>Arthaud, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paradoxical+(REM)+sleep+deprivation+in+mice+using+the+small-platforms-over-water+method:+polysomnographic+analyses+and+melanin-concentrating+hormone+and+hypocretin/orexin+neuronal+activation+before,+during+and+after+deprivation.">Paradoxical (REM) sleep deprivation in mice using the small-platforms-over-water method: polysomnographic analyses and melanin-concentrating hormone and hypocretin/orexin neuronal activation before, during and after deprivation.</a> Journal of Sleep Research. 24 (3), 309-319 (2015).</li><li>Sar&#233;, R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+sleep+restriction+in+developing+male+mice+results+in+long+lasting+behavior+impairments.">Chronic sleep restriction in developing male mice results in long lasting behavior impairments.</a> Frontiers In Behavioral Neuroscience. 13, 90 (2019).</li><li>Roman, V., Vander Borght, K., Leemburg, S. A., Vander Zee, E. A., Meerlo, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep+restriction+by+forced+activity+reduces+hippocampal+cell+proliferation.">Sleep restriction by forced activity reduces hippocampal cell proliferation.</a> Brain Research. 1065 (1-2), 53-59 (2005).</li><li>Zhao, H. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+sleep+restriction+induces+cognitive+deficits+and+cortical+beta-amyloid+deposition+in+mice+via+BACE1-antisense+activation.">Chronic sleep restriction induces cognitive deficits and cortical beta-amyloid deposition in mice via BACE1-antisense activation.</a> CNS Neuroscience &amp; Therapeutics. 23 (3), 233-240 (2017).</li><li>Lord, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+life+sleep+disruption+potentiates+lasting+sex-specific+changes+in+behavior+in+genetically+vulnerable+Shank3+heterozygous+autism+model+mice.">Early life sleep disruption potentiates lasting sex-specific changes in behavior in genetically vulnerable Shank3 heterozygous autism model mice.</a> Molecular Autism. 13 (1), 35 (2022).</li><li>Sinton, C. 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K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Melatonin+modulates+adiponectin+expression+on+murine+colitis+with+sleep+deprivation.">Melatonin modulates adiponectin expression on murine colitis with sleep deprivation.</a> World Journal of Gastroenterology. 22 (33), 7559 (2016).</li><li>Barf, R. P., Scheurink, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep+disturbances+and+glucose+homeostasis.">Sleep disturbances and glucose homeostasis.</a> European Endocrinology. 7, 14-18 (2011).</li><li>Rio, D. C., Ares, M., Hannon, G. J., Nilsen, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Purification+of+RNA+using+TRIzol+(TRI+reagent).">Purification of RNA using TRIzol (TRI reagent).</a> Cold Spring Harbor Protocols. 2010 (6), (2010).</li><li>Libus, J., &#352;torchov&#225;, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+cDNA+generated+by+reverse+transcription+of+total+RNA+provides+a+simple+alternative+tool+for+quantitative+RT-PCR+normalization.">Quantification of cDNA generated by reverse transcription of total RNA provides a simple alternative tool for quantitative RT-PCR normalization.</a> Biotechniques. 41 (2), 156-164 (2006).</li><li>Nolan, T., Hands, R. E., Bustin, S. 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E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Invariant+Natural+Killer+T+cells+resilience+to+paradoxical+sleep+deprivation-associated+stress.">Invariant Natural Killer T cells resilience to paradoxical sleep deprivation-associated stress.</a> Brain, Behavior, and Immunity. 90, 208-215 (2020).</li><li>Zhao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disruption+of+circadian+rhythms+by+shift+work+exacerbates+reperfusion+injury+in+myocardial+infarction.">Disruption of circadian rhythms by shift work exacerbates reperfusion injury in myocardial infarction.</a> Journal of the American College of Cardiology. 79 (21), 2097-2115 (2022).</li><li>Miller, M. A., Cappuccio, F. 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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+temperature+and+EEG+slow-wave+activity+in+the+rat:+analysis+of+vigilance+state+related+changes.">Cortical temperature and EEG slow-wave activity in the rat: analysis of vigilance state related changes.</a> Pflugers Archiv : European Journal of Physiology. 420 (5-6), 500-507 (1992).</li><li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+chronic+sleep+fragmentation+on+wake-active+neurons+and+the+hypercapnic+arousal+response.">Effects of chronic sleep fragmentation on wake-active neurons and the hypercapnic arousal response.</a> Sleep. 37 (1), 51-64 (2014).</li><li>Jones, C. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early-life+sleep+disruption+increases+parvalbumin+in+primary+somatosensory+cortex+and+impairs+social+bonding+in+prairie+voles.">Early-life sleep disruption increases parvalbumin in primary somatosensory cortex and impairs social bonding in prairie voles.</a> Science Advances. 5 (1), (2019).</li></ol>

睡眠不足のマウスモデルは、心血管疾患21、精神疾患22、神経障害23など、さまざまな疾患に対する睡眠障害の影響を研究するために不可欠です。マウスにおける既存の睡眠剥奪戦略の中で、睡眠の短期間の中断を繰り返す物理的アプローチが最も一般的に用いられている5,7,12<sup class="xre...

概日リズムの乱れとは、外部環境や行動と内因性の体内時計との同期が崩れることを指します。概日リズムの乱れの最も一般的な原因の1つは、睡眠不足です1。睡眠不足は人間の健康に悪影響を及ぼすだけでなく、がん2 や心血管疾患3など、多くの病気のリスクを著しく高めます。しかし、睡眠不足の有害な影響の根底にあるメカニズムはほとんど不明であり、この点に関する理解を深めるためには、睡眠不足モデルの確立が不可欠です。
マウスの睡眠不足には、水プラットフォーム4、穏やかな取り扱い5、スライドバーチャンバー6、回転ドラム7、ケージ攪拌プロトコル5,8,9の使用など、さまざまな方法が報告されている。スライド式バーチャンバーは、ケージの底にバーを自動的に掃き出し、マウスにその上を歩かせて目を覚まさせます。ケージ攪拌プロトコルでは、ケージを実験室の軌道シェーカーに置き、効率的な睡眠障害を引き起こします。これらの方法は自動的かつ効果的ですが、複数のデバイスを並行して実行する必要がある場合、特に概日遺伝子プロファイリングに必要な睡眠不足のマウスを多数含む特定の研究デザインでは、コストが高くなる可能性があります。一方、水プラットフォームと穏やかな取り扱いプロトコルは、睡眠不足を誘発するために一般的に使用される安価で簡単な方法です。しかし、水プラットフォームでは、事前に指定された剥奪-休息サイクル10,11の自動制御はできず、穏やかな取り扱いには、睡眠を妨げるために研究者からの継続的な警戒が必要です。さらに、回転ドラムのような他のモダリティは、社会的孤立やストレスによって混乱する可能性があります12。
軌道振とう機を用いた方法に着想を得て、マウスの睡眠不足のためのロッカープラットフォームベースのデバイスを確立するためのプロトコルの導入を目指しています。この方法は、安価で効果的で、ストレスが最小限に抑えられ、制御可能で、自動化されています。現在のプロトコルでは、アクセスのしやすさに基づいて、軌道シェーカーの約10倍のコストでロッカープラットフォームベースのデバイスを作成できます。このデバイスは、グループ飼育マウスの睡眠を効果的に妨害し、最小限のストレス反応で睡眠不足の特徴的な変化を誘発しました。これは、複数の疾患の病因に対する睡眠不足の影響と根本的なメカニズムの調査に関心のある研究者にとって特に有用であり、特に研究が複数のグループの睡眠不足を並行して含む場合に役立ちます。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.5 mL microcentrifuge tube</td>
			<td>Axygen</td>
			<td>MCT-150-C-S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL centrifuge tube</td>
			<td>NEST</td>
			<td>602002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adenosine ELISA kit</td>
			<td>Ruifan technology</td>
			<td>RF8885</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal cage</td>
			<td>ZeYa tech</td>
			<td>MJ2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blood glucose meter</td>
			<td>YuYue</td>
			<td>580</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C57BL/6J Mice</td>
			<td>JieSiJie Laboratory Animal</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Age: 8-10 weeks</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Connecting rod</td>
			<td>ShengXiang Tech</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Length:&#160; 20 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cooling fan</td>
			<td>LiMing</td>
			<td>EFB0805VH</td>
			<td>Supply voltage: 5 V; Power consumption: 1.2 W; Air flow: 26.92 cfm; Dimensions: 40 mm * 40 mm * 56 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corticosterone ELISA kit</td>
			<td>Elabscience</td>
			<td>E-OSEL-M0001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG/EMG recording and analysis system</td>
			<td>Pinnacle Technology</td>
			<td>8200-K1-iSE3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>RWD</td>
			<td>20071302</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mosquito hemostats</td>
			<td>FST</td>
			<td>13011-12</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor and motor mount</td>
			<td>MingYang</td>
			<td>MY36GP-555</td>
			<td>Supply voltage: 24 V dc; Shaft diameter: 8 mm; Maximum output torque: 100 Kgf.cm; Maximum output speed: 10 rpm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoDrop 2000c</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>NanoDrop 2000c</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power brick adapter</td>
			<td>MingYang</td>
			<td>QiYe-0243</td>
			<td>Input voltage: 110-220V ac; Output voltage: 24 V dc; Outputcurrent: 2 A; Cable length: 2 m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR commercial kit</td>
			<td>Vazyme</td>
			<td>Q711-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR measurement equipment</td>
			<td>Roche</td>
			<td>480</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rectangle platform attached with a screw-compatible steel cylinder</td>
			<td>Customized</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Width: 20 cm; length: 25 cm; length of the cylinder: 30 cm, thickness: 2 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reverse RNA to cDNA commercial kit</td>
			<td>Vazyme</td>
			<td>R323-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw and nut</td>
			<td>Guwanji</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Inner diameter: 6 mm, 12 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw-compatible steel cylinder</td>
			<td>Customized</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Length: 300 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slotted steel channels</td>
			<td>Customized</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Length: 400 mm or 500 mm, thickness: 2 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Time contactor</td>
			<td>LiXiang</td>
			<td>DH48S-S</td>
			<td>Supply voltage: 110-220 V ac; Units measured: hours, minutes, seconds; Contact configuration: DPDT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TRIzol</td>
			<td>Vazyme</td>
			<td>R401-01</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

establishing a device for sleep deprivation in mice

概日リズムの乱れとは、外部環境や行動と内因性分子時計との同期が崩れることを指し、健康を著しく損ないます。睡眠不足は、概日リズムの乱れの最も一般的な原因の1つです。マウスの睡眠不足を誘発する様々なモダリティ(例えば、水上のプラットフォーム、穏やかなハンドリング、スライディングバーチャンバー、回転ドラム、軌道シェーカーなど)が報告されており、健康への影響を調査しています。今回の研究では、マウスの睡眠不足の代替方法を紹介しています。自動化されたロッカープラットフォームベースのデバイスは、費用対効果が高く、調整可能な時間間隔でグループ飼育マウスの睡眠を効率的に妨害するように設計されています。このデバイスは、最小限のストレス反応で睡眠不足の特徴的な変化を誘発します。したがって、この方法は、複数の疾患の病因に対する睡眠不足の影響と根本的なメカニズムの研究に関心のある研究者に役立つ可能性があります。さらに、特に複数の睡眠不足デバイスを並行して実行する必要がある場合に、費用対効果の高いソリューションを提供します。

マウスの睡眠不足のために確立された装置を図1Dに示す。睡眠不足開始後7日目に、脳波(EEG)および筋電図(EMG)モニタリング16は、デバイスがマウスの睡眠時間を有意に短縮し、覚醒時間の増加を図示しました(図2A-D)。一方、現在のプロトコルでは、脳内のアデノシンの蓄積とmRNAレベルが有意に増加?...

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Establishing a Device for Sleep Deprivation in Mice

本プロトコルは、マウスに睡眠剥奪を誘発するために使用される費用対効果の高いロッカープラットフォームベースのデバイスをセットアップするための方法を概説する。このデバイスは、脳波(EEG)で証明された睡眠パターンの乱れを引き起こし、睡眠不足に関連する代謝および分子の変化を誘発するのに効果的であることが証明されています。

マウスの睡眠不足装置の確立

Circadian rhythm disruption refers to the desynchronization between the external environment or behavior and the endogenous molecular clock, which ...

睡眠不足の有害な影響の根底にあるメカニズムはほとんど不明であり、睡眠不足モデルの確立は、この点に関する理解を深めるために不可欠です。この方法は、安価で効果的で、ストレスが最小限に抑えられ、制御可能で、自動化されています。現在のプロトコルでは、アクセスのしやすさから、軌道シェーカーの約10倍のコストでロッカープラットフォームベースのデバイスを作成することができます。まず、50センチメートルの溝付き鋼溝の一方の端を、40センチメートルの溝付き鋼溝の中央にネジで固定します。これにより、T字型の構造になります。2つのT字型構造を30センチメートル離して直立させます。構造物の底部を30cmのネジ対応鋼製シリンダーでネジで接続します。次に、2つのT字型構造の間に鋼製の長方形のプラットフォームを配置します。30センチのネジ式スチールシリンダーの両端を2つのベアリングで固定します。ネジを使用して、上から25センチメートル下のT字型構造の1つにモーターマウントを固定します。次に、このモーターマウントにモーターをネジで取り付けます。モーターの下のT字型構造にセルフロックバンド付きの冷却ファンを固定します。ネジを使用して、コネクティングロッドのベアリング端をモーターに面するプラットフォームの角に固定し、もう一方の端をモーターシャフトに固定します。次に、電気ドリルを使って、プラスチック容器の四隅に4ミリの穴を2つ開けます。容器の左側に、さらに4ミリメートルの穴を2つ開け、下部の6ミリの穴を1つ開けます。ドリルで開けたコーナーホールにセルフロックバンドを使用して、プラスチック容器を長方形のプラットフォームにロックします。プラスチック容器の左側にあるウォーターボトルを、2つの4ミリメートルの穴にセルフロックバンドで通し、ノズルを6ミリメートルの穴に通して固定します。次に、電源ブリックアダプターの出力電線をモーターの2つの端子に接続します。次に、入力ワイヤをタイムコンタクタに接続します。タイムコンタクタの左半分と右半分にある右端の記号ボタンを、両側の機械式カウンターにMが表示されるまでそれぞれ押します。このアクションに続いて、メカニカル カウンターに 5M が表示されるまで、タイム コンタクタの両側にある中央の記号ボタンを押します。このセットアップを完了するには、左側の機械式カウンタに「15M」が表示されるまで、タイムコンタクタの左端にある記号ボタンを押します。次に、マウスをケージに入れます。次に、タイムコンタクタと冷却ファンに電力を供給します。睡眠剥奪開始後7日目に、脳波と筋電図のモニタリングにより、睡眠遮断装置がマウスの睡眠時間を有意に短縮し、覚醒時間を増やすことが示されました。対照群と比較して、脳内のアデノシンの蓄積やHomer1a mRNAレベルなどの睡眠不足マーカーの成功レベルの増加が観察されました。しかし、血清コルチコステロン値に有意な変化は観察されませんでした。.7日間の睡眠不足の後、マウスのサイズ、体、胸腺の重量の有意な減少が観察されました。さらに、睡眠不足後のマウスでは耐糖能が有意に損なわれました。また、睡眠不足は脳内の時計遺伝子の発現パターンに有意な変化を示し、分子時計の乱れを示唆しています。コネクティングロッドのバランスと、スチール製の長方形のプラットフォームとモーターの間のコネクティングロッドの相対位置が最も重要です。研究者は、この手法を使用して、さまざまな健康状態に対する睡眠不足の影響と根本的なメカニズムを調査できます。

Research

JoVE Journal

Medicine

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