Methodenartikel

Beurteilung von Veränderungen in volatilen Vollnarkose Empfindlichkeit von Mäusen nach lokalen oder systemischen pharmakologischen Intervention

DOI:

10.3791/51079

⸱

16. Oktober 2013

 ,  , 
1Department of Anesthesiology and Critical Care, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, 2Department of Pharmacology, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, 3Department of Neuroscience, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, 4Center for Sleep and Circadian Neurobiology, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Der Verlust des Stellreflexes ist seit langem als ein Standard-Verhaltens Surrogat für Bewusstlosigkeit serviert, auch als Hypnose, bei Labortieren. Änderungen in volatilen Anästhetikums Empfindlichkeit durch pharmakologische Interventionen verursacht werden, können mit einer sorgfältig kontrollierten Hochdurchsatz-Bewertungssystems, die für die Lieferung von inhalativen Therapie angepasst werden können, erkannt werden.

Zusammenfassung

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Eine wünschenswerte Endpunkt der Vollnarkose ist der Zustand der Bewusstlosigkeit, auch als Hypnose bekannt. Definieren der hypnotischen Zustand bei Tieren ist weniger einfach, als es bei menschlichen Patienten ist. Eine weit verbreitete Verhaltens Surrogat für Hypnose in Nagetieren ist der Verlust des Stellreflexes (LORR) oder der Punkt, an dem das Tier nicht mehr auf ihre angeborenen Instinkt, die Anfälligkeit der Rückenlage zu vermeiden. Wir haben ein System, um LORR in 24 Mäuse gleichzeitig zu beurteilen, während sorgfältige Kontrolle für potenzielle verwechselt, einschließlich Temperaturschwankungen und unterschiedlichen Gasströme entwickelt. Diese Kammern ermöglichen zuverlässige Beurteilung der Narkose-Empfindlichkeit wie Latenz gemessen, um der aufrichtenden Reflex (RORR) nach einem festen Narkose Belichtung. Alternativ mit stufenweise erhöht (oder verringert) in der Anästhesie-Konzentration, die Kammern ermöglichen auch die Bestimmung der Empfindlichkeit einer Bevölkerung Induktion (oder Entstehung), gemessen durchEC 50 und Hill Hang. Schließlich können die hier beschriebenen kontrollierten Klimakammern für eine Vielzahl von alternativen Nutzungen, einschließlich inhalativen Lieferung von anderen Drogen, Toxikologie-Studien und gleichzeitigen Echtzeit-Überwachung der Vital angepasst werden.

Einleitung

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Allgemeine Anästhetika sind durch ihre Fähigkeit, eine reversible Zustand der Hypnose in einer Vielzahl von Arten, noch eine Erklärung, wie ein so vielfältiges Klasse von Medikamenten, können alle entlocken eine singuläre Endpunkt bleibt ungeklärt verursachen definiert. Eine Anzahl von Theorien über die Jahre gesetzt worden ist, beginnend mit dem Meyer-Overton Korrelation zwischen Anästhesie Potenz und Fettlöslichkeit, die allgemeine Membranstörungen als Grundlage für die Hypnose 1,2 vorgeschlagen. Neuere Hinweise darauf, dass Protein-Targets beeinflussen neuronalen Signalübertragung beitragen, betäubende Wirkung. Mäuse haben sich als unverzichtbar für die Erkundung Modell diese Theorien wegen der Homologie zwischen Maus und Mensch Betäubung Reaktionsfähigkeit sein. Obwohl eine Maus nicht um seine subjektive Bewusstsein unter Vollnarkose aufgefordert, bestimmte primitive Reflexe dienen als nützliche Ersatzgrößen von Nagetier-Hypnose. In den ersten Tagen nach der Geburt entwickeln Mäuse eine reflexive aufrichtenden bzw.onse, dass verhindert, dass sie passiv in Rückenlage 3 angeordnet. Die Dosis der Narkose, bei der eine Maus verliert seine Aufrichtungsreflexes korreliert gut mit der menschlichen hypnotischen Dosen 4.

Beurteilung der Verlust des Stellreflexes (LORR) hat sich zu einem weit verbreiteten Standard-Labor für die Prüfung Narkoseempfindlichkeit bei Mäusen als auch eine Vielzahl von anderen Arten, darunter Ratte, Meerschweinchen, Kaninchen, Frettchen, Schafe, Hund und 5-8. Die Dosis eines bestimmten Narkose an dem LORR für Mitglieder einer Spezies auftreten extrem konsistent, aber es kann wesentlich durch Umweltfaktoren verschoben werden. Zum Beispiel Schlafentzug Ratten empfindlicher auf sowohl flüchtige als intravenöse Anästhetika 9 und Ratten mit hohen aeroben Kapazität weniger empfindlich gegen Isofluran 10. Hypothermie hat sich ebenfalls gezeigt, daß die Dosis von zahlreichen Anästhetika für Hypnose in einem großen Spektrum von Spezies 11-14 erforderlich zu verringern. Umzuverlässig zu identifizieren, die Narkose Dosis, bei der LORR tritt in einer Gruppe von Versuchstieren, ist es entscheidend, dass die Bewertung Umwelt sorgfältig kontrolliert, um Stress zu minimieren, halten euthermia und liefern gleiche Mengen von Drogen für alle Fächer werden. Nicht überraschend, dass genetische Faktoren auch bekannt, Narkose 15-18 Empfindlichkeit verändern. Daher sollten sorgfältige Prüfung auch auf die Steuerung für genetische Hintergrund 19 gegeben werden.

Wir haben eine Vorrichtung, die identisch mit gasförmigem Anästhetikum Lieferung an jedes der 24 Mäuse gewährleistet, während eine konstante 37 º C-Umgebung entwickelt. Die transparenten, zylindrischen Design unserer Expositionskammern ermöglicht eine schnelle LORR Bewertung und einfache Integration von telemetrischen physiologische Messungen. Dieses System hat sich gezeigt, dass genau Isofluran, Halothan und Sevofluran Induktions EC 50 und die Zeit zu messen, um Entstehung in Wildtyp-Mäusen 20. Wir haben auchdieses System, um Änderungen in der Anästhesie Empfindlichkeit bei Mäusen mit genetischen Mutationen und gezielte Hypothalamus Läsionen 21-23 beobachten. Hier beschreiben wir zwei Möglichkeiten, in denen Narkoseempfindlichkeit nach einer pharmakologischen Intervention mit unserer Vorrichtung kontrollierten Umgebung geprüft werden. Steady-State-Phänotypisierung von volatilen Narkoseeinleitung und Entstehung Sensibilität erfordert 8-10 Stunden und ist somit am besten für Studien, in denen Versuchsbedingungen nicht ändern, wie beispielsweise bei chronischen oder lang wirkenden pharmakologische Interventionen zugeschnitten. Doch für kurz wirksame Behandlungen, deren Auswirkungen über die Zeit signifikant zu zerstreuen wir präsentieren ein einfaches Verfahren, um Änderungen in Aufrichtungsreflexes folgende stereotaktisch gezielte Mikroinjektionen oder intravenöse Behandlung mit Medikamenten, die wesentlichen Einfluss Betäubung Entstehung zu beurteilen. Diese Tests stellen eine kleine Auswahl der möglichen Anwendungen für diese kontrollierten Umgebung System, das für jede Anzahl von Sach angepasst werden kannjekte von einer Vielzahl von Arten, jede Art von inhalierten therapeutischen erhalten.

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Protokoll

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Alle Verfahren, die Tiere hier beschrieben wurden von der University of Institutional Animal Care und Verwenden Ausschuss Pennsylvania genehmigt worden.

1. Überblick über die Testvorrichtung

  1. Die Prüfvorrichtung 24 besteht aus klarem Acryl zylindrischen Kammern 10 cm Länge und 5 cm Durchmesser (Gesamtvolumen 200 ml). Diese Größe ist für eine typische 25 g erwachsenen Maus geeignet. Chambers haben Häfen an jedem Ende für Gas-und Auslass. Das Auslaßende ist abnehmbar, so dass die Tiere leicht in die Kammer geladen werden. Gaskanalöffnungen werden sorgfältig mit Teflonband abgedichtet, während die Gummi-O-Ring-Dichtungen verwendet werden, um das entfernbare Ende der zylindrischen Kammern abzudichten.
  2. Jede Kammer ist auf einem Gestell, die in einem Wasserbad sitzt montiert. Die Zahnstange eingepasst, so dass nur der untere Teil der Kammern (nachfolgend die Gaseinlässe) eingetaucht ist. Stabilität, das hintere Ende der Kammer auf einem Träger ruht, so daß der gesamte chamber sitzt horizontal. Dies gewährleistet, auch Kontakt von der gesamten Kammer mit dem Bad.
  3. Polyethylenschlauch verbindet einen Sauerstofftank zu einem Narkosemittelverdampfer, und dann durch einen 10 l / min Durchflussmesser. Die Rohrleitung 25 teilt sich in kleinem Durchmesser Widerstände gleicher Länge auf die Gleichstrom wird an jede der Kammern 24 und einem Agenten Analysator geliefert.
  4. Vakuumleitungen verlassen jede Kammer an dem gegenüberliegenden Ende des Gaseinlasses. Dies fördert die unidirektionale Strömung, die Rückatmung von ausgeatmeten Kohlendioxid eliminiert. Die Vakuumleitungen kombinieren auf einem Verteiler zu einer Inhouse-Saugleitung zu verbinden. Ein Pop-off-Ventil an der Hauptvakuumleitung sorgt dafür, atmosphärischen Druckbedingungen in jeder Kammer.
  5. Das Bad ist mit genug Wasser gefüllt, um voll und ganz an den Boden jeder Kammer. Das Wasser wird durch das Bad mit einer konstanten 37 º C durch eine Pumpe umgewälzt und gehalten.

2. Überprüfen Sie das System vor der Belichtung

  1. CHeck, dass die Temperatur des Wasserbades beträgt 37 ° C über das gesamte Bad.
  2. Sauerstoff strömt mit einer Rate von 5 l / min (200 ml / min pro Kammer + Agensanalysator). Tauchen Sie jede Kammer unter Wasser und suchen Blasen oder Eindringen von Wasser in die Kammer, die beide Hinweis auf Undichtigkeiten. Verschließen Sie alle Lecks vor Beginn des Experiments.
  3. Für jede Kammer, schließen Sie einen 500 ml / min Durchflussmesser in Zeile nach der Kammer, um sicherzustellen, dass Ströme werden über jede der 25 Gasleitungen ausgeglichen. Dies stellt sicher, dass die Eingangs 5 ​​l / min strömt gleichmäßig verteilt, so daß jede Kammer erhält 200 ml / min fließt. Jede Kammer die zu erwartende Förder nicht erhalten sollte seine Zu-und Abfluss Schlauch auf Verstopfungen überprüfen zu lassen.
  4. Kalibrieren Sie den Analysator Mittel zu einer Lesung von 0,00% Isofluran bei 100% Sauerstoff fließt zu gewährleisten.

3. Implant Temperatur Transponder

  1. Eine Woche vor der Gewöhnung betäuben jeder Maus mit 2% Isofluran.
  2. Sterilisieren Sie den dorsalen Halsbereich mit betadine.
  3. Injizieren eine Temperatur Transponder subkutan zwischen die Schulterblätter mit den sterilen, vorverpackten Düsennadel.
  4. Überwachung der Injektionsstelle täglich für Infektion und Migration des Transponders.

4. Gewöhnen Tiere zu Testing Chambers

  1. Vier Tage vor der ersten Bewertung, legen alle Mäuse in einzelne Kammern für 2 Stunden mit 100% Sauerstoff fließt.
  2. Wiederholen Sie Schritt 4.1 täglich für die vier Tage vor der Prüfung, um die verwirrende Auswirkungen von Stress auf Grund einer neuen Umgebung zu vermeiden.

5. Führen Sie die pharmakologische Intervention, die Sie wünschen, um Auswirkungen auf die Narkose Empfindlichkeitstest

  1. Dieser Eingriff kann eine stereotaktische Injektion in einen bestimmten Teil des Gehirns 24, intravenöse oder intraperitoneale Injektion 25 oder Abgabe eines Arzneimittels an einen bestimmten Bereich des Gehirns durch die Kanüle 26 ist.
  2. Da diese Verfahren selbst kann Betäubung Empfindlichkeit im Vergleich zu einem naiven Tier zu ändern, sollte eine angemessene Kontrollgruppe die gleiche Prozedur mit Fahrzeug-Injektionen unterziehen.
  3. Stellen Sie sicher, dass die pharmakologische Intervention hat eine entsprechend lange Wirkungsdauer, wenn Sie planen, eine stufenweise Erhöhung und / oder Verringerung Bestimmung der Narkose Empfindlichkeit wie in Schritt 6 unten tun werden, andernfalls fahren Sie mit Schritt 7 fort.

6. Bewerten Betäubungsmittel Empfindlichkeit mit dem EC 50 Schrittweise Bestimmung für Induktion und Entstehung

  1. Legen Sie jedes Tier in einzelne Kammern mit 100% Sauerstoff fließt.
  2. Stellen Sie die Isofluran-Konzentration von 0,4% * 15 min. Während der letzten 2 min aus dieser Zeit, zu bewerten Aufrichtungsreflexes jedes Tieres von sanften die Kammer, bis die Maus auf den Rücken gelegt. Der Stellreflex ist als ganz, wenn und nur wenn die Maus ist in der Lage, alle Wiederherstellungsseine Pfoten auf dem Boden der Kammer innerhalb von 2 min.
    1. * Beachten Sie, dass 0,4% Isofluran ist ein subhypnotic Dosis in C57BL/6J Mäusen. Wenn irgendwelche Mäuse verlieren ihre Aufrichtungsreflexes im ersten Schritt war die Anfangsdosis zu groß und sollte an den folgenden Tagen reduziert werden.
  3. Notieren Sie sich den Zustand des Stellreflexes für jede Maus und scannen jede Maus für Temperaturdaten. Ein Template-Datensatz ist in Tabelle 1 dargestellt.
  4. Erhöhen Sie die Isofluran-Konzentration von ~ 0,05% für 15 Minuten, und wiederholen Sie Schritt 7.2. Weiter, dies zu tun, bis alle Tiere haben ihre Aufrichtungsreflexes verloren.
  5. Optional: Wiederholen Sie den Vorgang für abnehm schrittweise Isofluran Dosen, bis alle Tiere haben ihre Aufrichtungsreflexes wieder (siehe Schritt 6.3).
  6. Um das Experiment zu beenden, schalten Sie die Isofluran und spülen das gesamte System mit 100% Sauerstoff für 15 Minuten. Dies wird helfen, Hypoxie zu verhindern, wie die Mäuse erholen, bevor sie in ihre Käfige zurückgebracht und wird die experime schützenGünter von jeder Narkose Exposition.
  7. Optional: Wenn die Anzahl der Tiere oder die Anzahl der Narkose-Konzentrationen werden durch Ressourcen-oder Zeitgründen beschränkt ist, die Kurve-fit-Parameterschätzungen insbesondere die Hill-Steigung kann unterschätzt, falsch niedrige Fehlerschätzung haben. In solchen Fällen kann es notwendig sein, die in den Schritten 6.1-6.6 auf bis zu zwei Tagen zu experimentellen Parameter der wahren Hill Steigung und ihrer entsprechenden Fehlerschätzung vollständig erhalten beschriebenen Anästhesieempfindlichkeitsmessung zu wiederholen.

7. Bewerten Kurzfristige Änderungen in der Narkose-Empfindlichkeit mit der Zeit zu Entstehung

  1. Legen Sie jedes Tier in einzelne Kammern mit 100% Sauerstoff fließt.
  2. Stellen Sie die Isofluran-Konzentration auf 1,2%, was auf die Induktion ED 99 für Wildtyp-C57BL/6J-Mäusen 20 entspricht. Aufrechterhaltung 30-60 min in Abhängigkeit von der voraussichtlichen Dauer der Wirkung der akuten Eingriff.
  3. Bestätigen LORR inalle Tiere von sanften jede Kammer, bis die Mäuse auf den Rücken gelegt.
  4. Schalten Sie Isofluran und fließen zu 100% Sauerstoff. Messen Sie die Zeit, bis jedes Tier wieder seine aufrichtenden Reflex. Dies wird durch die Anordnung aller vier Pfoten am Boden der Kammer definiert und durch die Anwesenheit von drei aufeinanderfolgenden Messungen mit einer intakten Aufrichtungsreflexes bestätigt.

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Ergebnisse

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Figur 1 zeigt die Nützlichkeit der schrittweisen LORR Assay zur Bestimmung Langzeitwirkungen einer pharmakologischen Intervention. Ibotensäure (IBA) ist ein Agonist des Glutamat-N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Rezeptor, der oft als Exzitotoxins permanenten neuronalen Läsionen verursachen verwendet wird. Hier spritzt wir 10 nl von 1% IBA bilateral in ventrolateralen praeopticus Bereich (VLPO) von C57BL/6J Mäusen eine Woche vor der Prüfung. Die Mehrheit der Neuronen in diesem Kern zeigen niedrige Brenn im Wach...

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Diskussion

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Obwohl Einschätzung LORR in einer einzigen Maus ist eine scheinbar einfache Aufgabe, ist es dennoch wichtig, identisch physiologischen Bedingungen zwischen den Themen, um verlässliche Daten aus einer Gruppe von Tieren sammeln zu halten. Die streng reguliert, hohe Kapazität LORR Gerät hier vorge bietet eine Möglichkeit, Experimente zu standardisieren und die Effizienz zu maximieren. Indem Sie die grundlegenden Lehren der Thermoregulation und Gleichstromverteilung, kann dieses System einfach neu erstellt und auf individue...

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Offenlegungen

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Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Danksagungen

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Diese Arbeit wurde von R01 und T32 GM088156 HL007713-18 unterstützt. Wir möchten Bill Pennie und Michael Carman danken von der Universität von Pennsylvania Forschungs-Besetzung Shop für ihre Hilfe bei der Zusammenstellung unserer Aufrichtungsreflexes Gerät.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Name des ReagenzesFirmaKatalognummerBemerkungen
SauerstoffAirgasOX300
IsofluranButler ScheinJedes flüchtige Anästhetikum von Interesse kann substituiert werden
Name des MaterialsFirmaKatalognummerBemerkungen
Massendurchflussmesser - 10 SLPMOmega EngineeringFMA-A2309
Massendurchflussmesser - 500 SCCMOmega EngineeringFMA-A2305
Anästhesiemittelanalysator / GasanzeigerAM BickfordFI-21 Riken
HeizungswasserpumpeFisher Scientific13-874-175
TemperaturtransponderBMDSIPTT-300
HF-TemperaturleserBMDSDAS-6007

Referenzen

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Verlust des Aufrichtreflexesstufenweise InduktionstestZeit bis zum Erwachen TestAn sthesiekammernGasflusssteuerungTemperatur berwachungMausmodellIsofluran Exposition

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