DVC獨(dú)立通氣籠系統(tǒng)科研應(yīng)用之晝夜節(jié)律研究

瀏覽次數(shù)：368　發(fā)布日期：2025-3-24　來(lái)源：泰尼百斯

晝夜節(jié)律生命暗藏的精密時(shí)鐘

從植物感知晨光破土而出，到人類(lèi)睡眠與覺(jué)醒的周期律動(dòng)，生物鐘以近乎24小時(shí)的節(jié)奏精準(zhǔn)調(diào)控著生命的脈搏。這一“晝夜節(jié)律”不僅是生命適應(yīng)地球自轉(zhuǎn)的演化奇跡，更是代謝、免疫、神經(jīng)乃至基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的核心調(diào)控因子，直接影響糖尿病、抑郁癥、阿爾茨海默病乃至癌癥等多種疾病。然而，如何在不干擾自然狀態(tài)的前提下精準(zhǔn)捕捉節(jié)律的細(xì)微變化，一直是科研領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)研究方法往往依賴(lài)單一行為指標(biāo)，難以全面呈現(xiàn)生物鐘的動(dòng)態(tài)調(diào)控。

傳統(tǒng)方法的困境跑輪實(shí)驗(yàn)的局限性

半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家主要依賴(lài)“跑輪實(shí)驗(yàn)”研究小鼠的晝夜節(jié)律，通過(guò)記錄動(dòng)物自主跑動(dòng)的時(shí)間推斷其生物鐘狀態(tài)¹ ² ³ ⁴ ⁵。然而，這種方法如同通過(guò)腳步聲猜測(cè)舞者的全貌，忽略了進(jìn)食、理毛、探索等關(guān)鍵行為，且跑輪本身可能改變小鼠的代謝水平、睡眠結(jié)構(gòu)及社交行為，從而引入實(shí)驗(yàn)偏差。此外，該方法無(wú)法同步測(cè)量環(huán)境因素（如光照強(qiáng)度、溫度變化）對(duì)節(jié)律的直接影響，使得研究結(jié)論在不同實(shí)驗(yàn)室間的可重復(fù)性受限。因此，科研界急需一種高精度、非侵入、可連續(xù)監(jiān)測(cè)的技術(shù)方案，以真正揭示生物鐘的全貌。

一場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)的技術(shù)革命

DVC系統(tǒng)，重新定義了晝夜節(jié)律研究的范式。其核心技術(shù)涵蓋：

• 電容傳感矩陣：籠底嵌入12電極陣列，以250毫秒級(jí)的超高分辨率捕捉小鼠活動(dòng)模式，精準(zhǔn)構(gòu)建“活動(dòng)指紋”，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、無(wú)干擾監(jiān)測(cè)；獨(dú)立光控單元：每個(gè)籠體配備獨(dú)立Leddy（LED光源系統(tǒng)），能夠滿(mǎn)足不同的實(shí)驗(yàn)需求，為研究人員提供了高度的實(shí)驗(yàn)靈活性和定制化選項(xiàng)；云端智能分析：所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至DVC Analytics平臺(tái)，通過(guò)AI算法解析節(jié)律強(qiáng)度、相位偏移、行為碎片化程度等核心參數(shù)，為科研提供高通量的節(jié)律分析解決方案。

牛津大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)于2025年1月底在Scientific Reports上發(fā)表的題為“Evaluation of the Digital Ventilated Cage® system for circadian phenotyping”的研究表明，泰尼百斯集團(tuán)的DVC系統(tǒng)能夠精確捕捉生物鐘的細(xì)微變化。例如，在持續(xù)黑暗（DD）環(huán)境下，小鼠展現(xiàn)出23.5小時(shí)的內(nèi)源性周期，且在持續(xù)光照（LL）下，周期延長(zhǎng)至25.1小時(shí)，這一結(jié)果與經(jīng)典理論高度一致，驗(yàn)證了光照對(duì)生物節(jié)律的調(diào)控機(jī)制。此外，DVC系統(tǒng)還能夠復(fù)現(xiàn)微弱的節(jié)律擾動(dòng)，比如在夜間光脈沖的作用下，活動(dòng)起始點(diǎn)延遲了1.3小時(shí)，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)了Aschoff II型相位響應(yīng)曲線(xiàn)，證明其對(duì)微小節(jié)律變化的高度敏感性。而在基因缺陷模型中，Cry1/2雙敲除小鼠在黑暗環(huán)境下完全失去了節(jié)律，但在正常光照周期中，依然保持了表觀節(jié)律，揭示了傳統(tǒng)方法可能忽略的“假性節(jié)律”現(xiàn)象。

從實(shí)驗(yàn)室到臨床這是關(guān)于「跨界潛力工」

DVC系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)突破了基礎(chǔ)研究的邊界，展現(xiàn)了其在多個(gè)臨床研究領(lǐng)域的巨大潛力。在神經(jīng)退行性疾病研究中，DVC可以在漸凍癥（ALS）模型中捕捉到活動(dòng)節(jié)律變化早于運(yùn)動(dòng)癥狀出現(xiàn)的生物標(biāo)記物，提前發(fā)現(xiàn)疾病的跡象⁶。在代謝研究方面，結(jié)合進(jìn)食監(jiān)測(cè)模塊，DVC能夠建立起節(jié)律紊亂與能量代謝之間的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)圖譜，推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展。同時(shí)，DVC的自動(dòng)化節(jié)律分析平臺(tái)還將大幅提升睡眠障礙藥物的高通量篩選效率，為新藥的研發(fā)提供強(qiáng)有力的支持。

研究還發(fā)現(xiàn)，雌鼠在相位重置速度、活動(dòng)碎片化等方面顯著不同于雄鼠，這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了“雌性數(shù)據(jù)噪聲大”的傳統(tǒng)偏見(jiàn)。DVC系統(tǒng)的非侵入式監(jiān)測(cè)避免了激素波動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾，為性別醫(yī)學(xué)研究提供了全新的視角和工具。

DVC系統(tǒng)，它不僅是實(shí)驗(yàn)工具的創(chuàng)新，更在于重構(gòu)了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與科研者的關(guān)系。通過(guò)持續(xù)、多維度的生物信號(hào)流，DVC系統(tǒng)為科研者提供了一個(gè)觀察生命的全新視角，不再將實(shí)驗(yàn)小鼠視為被測(cè)量的對(duì)象，而是將其作為理解生物鐘本質(zhì)的關(guān)鍵。“我們第一次能夠以動(dòng)物的時(shí)間尺度觀察世界——這是理解生物鐘本質(zhì)的必經(jīng)之路。”

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