来源:Kay Stewart,RVT,RLATG,CMAR;Valerie A. Schroeder,RVT,RLATG。印第安纳州,圣母大学
在实验小鼠和大鼠中,化合物给药有多种常用途径。然而,某些实验方案可能需要使用较不常见的给药途径,包括皮内注射、鼻内注射和颅内注射。这些操作必须经过专门培训才…
此处描述的所有动物实验操作必须遵循机构动物伦理指南,并经动物护理和使用委员会(IACUC)批准。所有操作须遵守“3R”原则——替代(Replacement)、减少(Reduction)和优化(Refinement),并由经过培训的人员执行。
1. 皮内给药

图1. 小鼠皮内注射。
2. 鼻内给药

图 2. 清醒小鼠的鼻内给药。

图 3. 无意识小鼠的鼻内给药。
3. 新生小鼠和大鼠的颅内给药

图 4. 新生小鼠颅内给药。
关键术语与定义
皮内注射是将药物注入表皮层下方的真皮浅层。这种给药途径通常用于炎症评估、皮肤血流诊断,或检测抗原引起的过敏反应。
尽管鼻内给药常用于疫苗或减充血喷雾的局部递送,但它也可用于全身性及中枢神经系统(CNS)的药物递送。鼻腔内壁的黏膜富含血管和神经,可实现药物快速进入全身循环,并直接靶向中枢神经系统。由小分子脂溶性物质组成的化合物,其吸收率远高于含有大分子的物质。
虽然该操作通常无需麻醉,但使用麻醉有助于将药物准确递送至鼻孔,确保剂量精确。已有研究表明,与清醒动物相比,麻醉动物向脑部递送药物的效率可提高五倍。未麻醉的大鼠对鼻内给药表现出较强抗拒。然而,也有研究报道了在自由活动大鼠中成功实施鼻内给药的有效技术。此外,清醒动物可能会咬住移液器尖端或针头,使给药过程变得困难。
鼻内给药的优势在于该技术所需培训和操作技能较少,且对动物无创。但由于存在气溶胶化风险,建议在生物安全柜中操作并佩戴眼部防护装备,尤其是在处理清醒动物时。此外,为防止因过量鼻内给药导致的误吸或呼吸困难,应使用最小有效体积。若在操作过程中动物出现发绀、口式呼吸或其他应激迹象,应立即终止操作。
成年小鼠和大鼠的颅内注射通常需借助立体定位仪,以确保注射位置和深度的准确性。而在新生啮齿类动物中,颅骨足够薄,可无需立体定位支持直接进行颅内注射。然而,具体操作方式应根据物种、年龄及实验方案的具体要求进行选择。幼鼠或幼大鼠应在手术前一直与母鼠同笼,并在操作结束后尽快归还母鼠。注射后的护理包括持续监测热源,直至观察到动物恢复正常活动和行为(如哺乳)。采用该技术的主要原因在于将药理学试剂递送至中枢神经系统,以克服血脑屏障,或避免药物经全身途径给药所产生的相关效应。
本视频将帮助您解答的问题
向动物体内递送化合物的方式可能显著影响动物福利以及实验数据的科学价值和结果。正确的给药方法对实验成功至关重要。在确定最佳给药途径时,必须综合考虑多种因素,包括研究的科学目的、物质的pH值、所需给药体积、物质黏度以及动物福利。此外,所有注射方法均要求操作者具备相应的技术专长。
有时,不同的实验方法需要在啮齿类动物中使用一些不常见的化合物给药途径。皮内、鼻内和颅内是当今实验室中生物医学研究人员使用的三种替代给药途径。
顾名思义,皮内注射是将化合物注入真皮的外层。鼻内给药是将溶液滴入动物的鼻孔。颅内注射则涉及将针头直接插入啮齿类动物的大脑。
成功实施这些操作需要专门的培训。本文中,我们将首先阐述每种方法的注意事项,然后演示相关技术,帮助您在确保动物安全和实验成功的同时掌握这些操作。
让我们首先讨论这些给药途径的适用情况,以及在开始实施这些特殊给药技术前应注意的事项。
皮内注射用于将物质递送至表皮与真皮之间的间隙。
该途径通常用于评估炎症反应、皮肤血流诊断或抗原引起的过敏反应。
与其他给药途径类似,皮内注射溶液也应采用无菌技术配制,并调节至生理pH值以避免注射部位组织坏死。
通常使用无针座系统配合25–27号针头进行此类注射,或根据机构指导选择合适装置。
该系统有助于精确控制给药体积,每注射位点的体积通常为50–100 µL,或遵从机构指导。过量注射可能导致组织坏死或因压力导致化合物渗漏。
鼻内给药常用于疫苗或减充血喷雾的局部递送,也适用于全身性及中枢神经系统(CNS)递送。
鼻腔黏膜富含血管和神经,有利于化合物快速进入全身循环,并直接靶向中枢神经系统。
这是一种非侵入性方法,所需培训和技能较少,设备简单——仅需校准过的微量移液器和一次性吸头。
大鼠的给药体积不应超过50 µL,小鼠的总给药体积应低于20 µL。
尽管该操作无需麻醉,但对动物实施麻醉相比清醒状态下鼻内给药具有多项优势:1)有助于将化合物准确置于鼻孔,确保剂量精确;2)避免动物咬伤给药设备;3)防止因头部抽动造成鼻腔组织、眼睛或面部皮肤损伤;4)降低动物在给药后通过鼻孔喷出或喷洒化合物的可能性。
成年小鼠和大鼠的颅内注射通常使用立体定位仪,相关设备在《神经科学基础》视频集中有详细描述。该设备可确保注射位置准确及深度适宜。"Essentials of Neuroscience" 集合中。该设备可确保正确的定位和注射深度。
本文将重点介绍新生小鼠和大鼠的颅内给药,因其颅骨较薄,可直接穿刺注射,且可能过于脆弱而无法支撑立体定位装置。
该技术的主要目的是将中枢神经系统药理学制剂直接递送至中枢神经系统,避免通过任何全身性途径可能产生的影响。
注射坐标必须根据靶向结构、物种、年龄和体型进行验证,并与实验室批准的实验方案或所采用的立体定位/新生期图谱方法相匹配。
在了解上述背景信息后,让我们深入探讨这些注射方法的具体操作步骤。
首先是皮内给药技术。该操作必须在麻醉动物上进行。
请参考本系列中的另一段视频,了解麻醉诱导与维持的操作流程。
动物麻醉后,使用电动剃刀或脱毛膏去除注射部位的毛发,并用湿润纱布彻底清除残留毛发。
然后用另一块纱布在剃毛区域涂抹局部消毒液。
给药时,首先用拇指和食指拉紧注射部位皮肤以固定。
选择适合物种的针头,并使用尽可能小的皮内注射体积。
将针头斜面朝上置于皮肤表面,轻轻刺入,使针尖开口刚好位于表皮与真皮之间。
缓慢注射,观察皮肤是否形成隆起的皮丘。若针头插入过深,则不会形成皮丘。
注射完成后稍作停顿,使皮肤充分延展适应,再缓慢拔出针头。切勿回抽活塞,否则会吸入组织并造成注射部位损伤。
此外,不要擦拭或按压注射部位,以免导致注入物质渗漏。进行多次注射时,应确保各注射点之间留有足够间距,避免皮丘相互重叠。
接下来,学习清醒和麻醉状态下动物的鼻内给药操作。
对于清醒动物,通过抓握颈背部皮肤将其固定,并使动物保持垂直姿势,头部固定不动。
注意不要压迫胸部,以免影响动物深呼吸,从而妨碍液体吸入肺部。
使用微量移液器,将少量液体滴于鼻孔开口处,动物会自主吸入液滴。
短暂暂停后重复此过程,交替滴入两侧鼻孔,直至完成实验方案或IACUC指南推荐的总体积。
对于成年小鼠和大鼠,皮内给药通常每点分别不应超过20 µL和50 µL,除非有充分依据并获得IACUC批准。
对于麻醉小鼠,将动物置于仰卧位,使用移液器将药液逐滴加入每个鼻孔,允许其自主吸入,并全程监测呼吸。
对于大鼠,采用适合物种的固定方式,将药液分小份逐滴加入每个鼻孔。
仅使用IACUC批准的物种特异性给药体积,在双侧鼻孔给药间期监测动物是否出现痛苦表现,并在确认呼吸恢复正常后将其放回笼中。
接下来,回顾新生小鼠和大鼠的颅内给药操作。操作开始前,将装有幼崽及其母鼠的笼子置于调至低温的电热垫上。
确保笼子部分区域不接触加热垫,以维持温度梯度。这可防止过热,同时允许母鼠自我调节对热的暴露程度。
接着,根据动物年龄选择合适的针头规格。针头规格、用于控制注射深度的针头长度以及给药体积均需根据动物年龄和物种进行调整。
通过使用限位装置调节针头长度。制备该限位装置时,先将正确长度的针头与其帽对齐并做标记。
然后在帽上标出切割位置,两标记之间的距离即为所需针头长度。
使用剃刀片切割针帽。切勿使用剪刀,因其会压碎针帽,无法形成平整切口。此即为"针头限位器"。
任何用于控制深度的定制装置均须无菌制备,并仅由经过培训的人员使用。
用于制作限位器的针头因不再无菌,应予以丢弃;另取新针头插入限位器,并确保暴露长度正确。
可使用另一根针头吸取待测试物质,以避免注射针头变钝。
之所以使用不同针头,是因为穿刺瓶塞会显著钝化这些细径针头,而钝化的针头不适合用于颅内注射。
然后将装有药液的注射器连接至带有限位器的针头。此时系统已准备就绪,可进行注射。
注射部位和深度必须针对物种、年龄和靶向目标进行特异性设定,并符合批准的实验方案。
仅将针头插入至根据机构指南验证的深度。
以缓慢、稳定的方式注射,避免对脑组织造成损伤。
注射后立即小心拔出针头,防止损伤脑组织。最后将动物放回母鼠身边,以促进其正常恢复。
注射也可通过手术植入的脑部导管或渗透泵导管进行。
现在让我们回顾一些当前实验室中正在使用这些非常规给药途径开展的研究实例。
皮内注射常用于研究皮肤炎症反应。在该实验中,研究人员将过敏原注射至一只预先致敏小鼠的一侧耳廓,同时将中性物质注射至对侧耳廓。随后向动物循环系统注入蓝色染料,以观察过敏原注射引起的血管通透性变化。
如前所述,鼻内给药的应用之一是疫苗接种。在此研究中,科学家通过该途径将基因修饰的减毒活流感疫苗递送至野生型和转基因小鼠体内,并通过特定类型T细胞的产生来研究黏膜免疫反应。
最后,这些生物医学研究人员采用颅内给药方式将癌细胞植入免疫缺陷小鼠体内,以建立人脑肿瘤模型。随后使用活体成像系统分析注射效果。
您刚刚观看了JoVE关于实验室小鼠和大鼠中几种特殊化合物给药方法的视频。现在您应已了解这些操作的适用场景、实施前后需注意的事项,以及确保给药过程对动物健康和实验数据影响最小的关键操作步骤。
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Q1: When is intradermal injection used in rodent research?
Intradermal injection delivers compounds into the space between the epidermis and dermis layers. This route is typically used to assess inflammation, measure cutaneous blood flow, or evaluate allergenic reactions to antigens. The procedure requires anesthesia and specialized training to ensure accurate placement and minimize tissue damage at the injection site.
Q2: What are the key advantages of intranasal administration in laboratory animals?
Intranasal administration is non-invasive and requires minimal training and simple equipment like a calibrated micropipette. The nasal mucosa's rich blood vessel and nerve supply enables rapid systemic absorption and direct central nervous system targeting. This route is commonly used for vaccine delivery and local decongestant applications in rodents.
Q3: Why is anesthesia recommended for intranasal dosing in conscious rodents?
Anesthesia during intranasal administration ensures proper compound placement at the nares for accurate dosing, prevents animals from biting equipment, and eliminates head jerking that could injure nasal tissue or eyes. Anesthesia also reduces the likelihood of the animal snorting and spraying the compound from the nares upon administration.
Q4: What volume limits apply to intranasal administration in different rodent species?
For rats, intranasal administration should not exceed 50 microliters per administration. For mice, the maximum total volume is less than 20 microliters. These volume restrictions prevent complications and ensure compliance with institutional guidelines and IACUC-approved protocols for safe compound delivery.
Q5: How is needle depth controlled during neonatal intracranial injection?
A needle guard is created by measuring the correct needle against its cap, marking the desired length, and cutting the cap with a razor blade to produce a clean, level cut. This custom depth-control device is prepared aseptically and ensures the needle penetrates only to the validated depth appropriate for the target brain structure and animal age.
Q6: What preparation steps are essential before intradermal injection in rodents?
The injection site must be shaved using an electric razor or depilatory cream, then thoroughly cleaned with water-dampened gauze to remove lingering hair. A topical antiseptic solution is applied to the shaved area. The skin is stabilized by stretching it between thumb and index finger before needle insertion to ensure accurate bleb formation.
Q7: Why is a separate needle used to draw test articles for intracranial injection?
A separate needle is used to draw the test article because insertion into the stopper significantly dulls fine-gauge needles, which compromises injection quality. Using a fresh needle for intracranial administration preserves needle sharpness and ensures precise, trauma-free delivery directly into the neonatal rodent brain.