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【Customer Case】Anwendung des Ganzkörper-Plethysmographie-Systems in der Schlafforschung

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CeA SST+ Neuronen regulieren Stress-induzierte Schlaflosigkeit

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Überblick über die Forschung

Kürzlich veröffentlichte ein Forscherteam unter der Leitung von Li Chen vom Fujian Key Laboratory of Drug Target Discovery and Structural and Functional Research, Department of Pharmacology, School of Pharmacy, Fujian Medical University, eine Studie mit dem Titel "Central amygdala somatostatin neurons modulate stress-induced sleep-onset insomnia" in Communications Biology.

Anwendung von WBP

In dieser Studie verwendete das Team das WBP-4M (ein von TOW-INT TECH unabhängig entwickeltes Ganzkörper-Plethysmographiesystem für Mäuse) zur Überwachung der Atmungsparameter. Insbesondere wurden bei Mäusen unter Narkose das Tidalvolumen (Vt) und die Atemfrequenz aufgezeichnet. Durch Blaulichtstimulation (10 ms, 30 Hz, 3-5 mW/mm², 1 min) wurden Somatostatin-positive (SST+) Neuronen in der zentralen Amygdala (CeA) aktiviert, um deren Einfluss auf die Atemfrequenz zu beobachten.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Aktivierung der SST+-Neuronen in der CeA die Atemfrequenz signifikant erhöhte (Kontrolle: 87,8 ± 6,537 Atemzüge/min → Poststimulation: 106.7 ± 6,926 Atemzüge/min). Dies deutet darauf hin, dass CeA SST+-Neuronen nicht nur angstähnliches Verhalten und Schlaf-Wach-Übergänge regulieren, sondern auch stressbedingte physiologische Messgrößen (z. B. die Atemfrequenz) modulieren, was ihre entscheidende Rolle bei stressbedingten Schlafstörungen untermauert.

Experimentelle Methoden

1. Photometrie der Fasern

- Aufzeichnung der Ca²⁺-Dynamik von CeA SST+-Neuronen unter Stressfaktoren (Zurückhaltung, Einstreu, Luftstöße, Käfigwechsel).

- Die Neuronen wurden mit Cre-abhängigen AAV-GCaMP7s markiert, und die Fluoreszenzsignale wurden über optische Fasern überwacht.

2. Optogenetik

- Expression von ChR2 in CeA SST+ Neuronen von SST-Cre-Mäusen. Akute oder halb-chronische Aktivierung (20 Hz blaues Licht) wurde verwendet, um Schlaf-Wach-Übergänge zu bewerten.

- Kombinierte EEG/EMG-Aufzeichnungen analysierten die Schlafstadien (Latenz und Wahrscheinlichkeit von NREM→Wach-Übergängen).

3. Chemogenetik

- Mit Hilfe der DREADD-Technologie (hM3Dq-Aktivierung und hM4Di-Hemmung) wurde die neuronale Aktivität von CeA SST+ chronisch moduliert und die Auswirkungen auf die Schlaflatenz und -architektur untersucht.

4. Verhaltensbiologische und physiologische Analysen

- Offener Feldtest (OFT) & Erhöhtes Plus-Labyrinth (EPM): Bewertung angstähnlicher Verhaltensweisen.

- WBP-4M: Aufzeichnung der Atemfrequenz und des Tidalvolumens unter optogenetischer Stimulation.

- Pupillometrie: Quantifizierung der Pupillenerweiterung während der Aktivierung der CeA SST+ Neuronen.

5. Stress-Modelle

- Käfigwechsel-Herausforderung: Nachahmung des "Erste-Nacht-Effekts" durch Umsetzen der Mäuse in einen Käfig, der zuvor von anderen Mäusen bewohnt wurde.

- Fesselungsstress: Bewegungseinschränkung der Mäuse für 1 Stunde, um Einschlafprobleme hervorzurufen.

6. Immunhistochemie

- Nachweis der c-fos-Expression zur Validierung der neuronalen Aktivierung und Bestätigung der Spezifität von SST+-Neuronen durch Markierung mit SST-Antikörpern.

Experimentelle Ergebnisse

1. CeA SST+ neuronale Reaktionen auf Stress

- Mehrere Stressoren (Zurückhaltung, Ratteneinstreu, Luftstoß, Käfigwechsel) erhöhten die Ca²⁺-Aktivität in CeA SST+ Neuronen signifikant (z. B. stieg ΔF/F von 4,5 % auf 17,5 % nach dem Käfigwechsel).

2. Optogenetische Aktivierungseffekte

- Akute Aktivierung (20 Hz blaues Licht) verkürzte die NREM→Wach-Latenz auf 11,6 Sekunden (im Vergleich zur Kontrolle: 60 Sekunden) mit einer Übergangswahrscheinlichkeit von 100 %.

- Die halb-chronische Aktivierung (1 Stunde) verlängerte die Schlaflatenz (35,05 min vs. Kontrolle: 1,56 min) und erhöhte die Wachdauer (51,19 min vs. 21,20 min).

3. Chemogenetische Modulation

- Die Aktivierung (CNO-Behandlung) verlängerte die Schlaflatenz auf 69,6 Minuten (im Vergleich zur Kontrolle: 18,5 Minuten), während die Hemmung die stressbedingte Schlaflosigkeit verringerte (die Latenzzeit sank von 51 auf 27 Minuten).

- Die Hemmung von CeA SST+ Neuronen veränderte die physiologische Schlafarchitektur nicht, was auf eine Spezifität für stressinduzierte Schlaflosigkeit hindeutet.

4. Verhaltensmuster und physiologische Veränderungen

- Die Aktivierung der CeA SST+ Neuronen löste angstähnliche Verhaltensweisen aus (reduzierte Zentrumszeit in OFT, erhöhte Zeit mit geschlossenem Arm in EPM) und erhöhte Atemfrequenz (106,7 vs. Baseline: 87,8 Atemzüge/min).

Schlussfolgerungen der Forschung

Durch die Integration multimodaler Ansätze kam das Team zu dem Schluss:

1. CeA SST+ Neuronen sind Schlüsselregulatoren für stressbedingten Schlaf und Schlaflosigkeit. Diese Neuronen werden unter Stress aktiviert, fördern die Wachheit und verlängern die Schlaflatenz.

2. Zielspezifität: Die Hemmung von CeA SST+-Neuronen linderte stressbedingte Schlaflosigkeit, ohne den normalen Schlaf zu stören, was ihr therapeutisches Potenzial unterstreicht.

3. Hypothese zum neuronalen Mechanismus: CeA SST+ Neuronen könnten das Schlaf-Wach-Gleichgewicht regulieren, indem sie nachgelagerte schlaffördernde Regionen (z.B. vIPAG NTS+ Neuronen) unterdrücken oder vorgelagerte Stresssignale (z.B. PVT, VTA Eingänge) integrieren.

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Referenzen

[1]Yao W, Huang S X, Zhang L, et al. Central amygdala somatostatin neurons modulate stress-induced sleep-onset insomnia[J]. Communications Biology, 2025, 8(1): 381.