Ein neues Verfahren zur Bewertung der verstärkenden Eigenschaften von Geschmacksstoffe in Labor-Ratten: Operante Intraorale Selbstverwaltung

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Prinzipien der operanten intravenösen Drogenselbstverabreichung auf die Untersuchung der operanten Selbstverabreichung süßer Lösungen mittels intraoraler Infusion zu übertragen. Dies wird erreicht, indem Ratten zunächst operativ mit einer IO-Kanüle und einer Kopfhalterung ausgestattet werden. Der zweite Schritt des Verfahrens besteht darin, den gewünschten Zucker auszuwählen und geeignete Konzentrationen der Lösung für die Selbstverabreichung in operanten Kammern herzustellen.

Der dritte Schritt des Verfahrens besteht darin, die Ratten in die operanten Kammern zu bringen, ihre IO-Kanülen an die entsprechenden Schläuche anzuschließen und den Tieren zu erlauben, mithilfe verschiedener Konzentrationen und unterschiedlicher Verstärkungspläne IO-Infusionen der Testlösung selbst zu verabreichen. Der letzte Schritt des Verfahrens besteht darin, die Ratten aus den operanten Kammern zu entfernen und ihre Kanülen mit Wasser zu spülen, um sie auf die nächste Selbstapplikationssitzung vorzubereiten. Letztendlich können Ergebnisse erzielt werden, die zeigen, dass Ratten die Selbstapplikation süßer Lösungen erlernen und aufrechterhalten können und dass ihr Verhalten empfindlich auf Änderungen der Lösungskonzentration sowie des verwendeten Verstärkungsplans durch IO-Selbstapplikation reagiert.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie dem Trinken einer Lösung aus einem Auslauf oder der offenen Aufnahme von festen Pellets besteht darin, dass mit diesem Verfahren jede Konzentration und jedes Volumen eines beliebigen wasserlöslichen Lebensmittelzusatzstoffs getestet werden kann. Noch wichtiger ist, dass wir passive Intervallinfusionen von kontrollierten Mengen der Lösungen liefern können, ohne dass das Tier eine Handlung ausführen muss. Dadurch wird es möglich, künstliche Reaktionen der Akzeptanz mithilfe von Aktivitätstests zu messen.

Studien zum Rückfall in Kombination mit Intervallinfusionen können verwendet werden, um die durch Priming ausgelöste Wiederherstellung sowie mögliche kreuzweise Wiederherstellungseffekte zwischen Swiss-Lösungen und Suchtstoffen zu untersuchen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der Nahrungsmittelabhängigkeit und Adipositas zu beantworten, beispielsweise die Identifizierung der neurobiologischen Substrate, die für die Entstehung, Aufrechterhaltung und den Rückfall zum zwanghaften Verlangen nach Süßem verantwortlich sind, sowie die Ermittlung von Faktoren, die an der durch die Ernährung verursachten Adipositas beteiligt sind. Außerdem wird es möglich sein, genetische und epigenetische Faktoren zu untersuchen, die an der Entwicklung des zwanghaften Nahrungsmittelsuchverhaltens beteiligt sind.

Alle Experimente wurden von dem Ausschuss für Tierversuche der University of Guelph genehmigt und in Übereinstimmung mit den Empfehlungen des Canadian Council on Animal Care durchgeführt. Um die intraorale Kanüle herzustellen, schneiden Sie ein Stück Polyethylen-Kunststoffschlauch von etwa 130 Millimetern Länge zu, um ein flanschförmiges Ende zur Befestigung in der Mundhöhle zu erzeugen. Erhitzen Sie das Ende des Schlauchs mit einem Lötkolben zwei bis fünf Sekunden lang und drücken Sie anschließend die erhitzte Kante des Schlauchs unmittelbar auf eine ebene Fläche, um sie zu glätten.

Schneiden Sie eine chirurgische Netz-Scheibe mit einem Durchmesser von etwa sechs bis sieben Millimetern aus und fädeln Sie sie auf das Röhrchen auf, bis sie an der Rückseite des Flansch-Endes F der Kanüle anliegt. Für jede IO-Kanüle schneiden Sie zusätzlich eine chirurgische Netz-Scheibe mit einem Durchmesser von etwa acht Millimetern sowie drei Quadrate aus einem elastischen Band mit je sechs mal sechs Millimetern aus, mindestens 24 Stunden vor der Operation. Sterilisieren Sie die IO-Kanüle, die chirurgischen Netz-Scheiben und die elastischen Quadrate etwa 30 Minuten vor der Operation in einer antibakteriellen Lösung.

Verabreichen Sie eine subkutane Injektion des Antibiotikums dein und des Analgetikums meloxicam. Nach der Einleitung einer Vollnarkose mittels isof fluorine gemäß dem Textprotokoll und Überprüfung der Sedierung durch einen Zehenquetschtest wenden Sie mithilfe eines Wattestäbchens ein topisches Anästhetikum entlang der linken Innenseite der Wange an, an der die Kanüle implantiert wird. Spritzen Sie anschließend ein lokales Anästhetikum wie Lidocain HCL an der Schnittstelle für die Biopsienadel und an der Kopfplatte.

Tragen Sie schmierenden Augensalbe auf beide Augen auf. Rasieren Sie anschließend einen 10 mal 10 Millimeter großen Haarbereich am Nackengrund. Reinigen Sie die Stelle mit steriler Gaze und antibakterieller Seife und anschließend mit 70 %igem Alkohol.

Und abschließend Betadine. Dann eine 15-Gauge-Edelstahlnadel an der Halsbasis einführen und sie subkutan bis zum linken Ohr und weiter zur linken Wange bewegen. Die Nadelspitze positionieren und durch die Wange hinter dem ersten Molaren in die Mundhöhle hineinführen.

Führen Sie die IO-Kanüle durch die Spitze der hervorstehenden Nadel und entfernen Sie anschließend die Nadel, sodass nur die Kanüle verbleibt. Fädeln Sie eine chirurgische Netz-Scheibe gefolgt von drei quadratischen elastischen Scheiben auf den äußeren Teil der Kanüle auf und schieben Sie sie zur freiliegenden Haut im Nackenbereich, um diese zu stabilisieren. Spülen Sie anschließend die IO-Kanüle vor dem Eingriff am Kopf mit einem antibakteriellen Mundspülungsmittel aus. Verändern Sie eine Nylon-Schraube, indem Sie deren Kopf entfernen, und ritzen Sie dann eine zwei Millimeter breite Nut entlang des Gewindes ein.

Nachdem ein 10 mal 20 Millimeter großer Haarstreifen entlang der Kopfmitte rasiert wurde, mit steriler Gaze die rasierte Fläche abwischen und reinigen, wie zuvor am Wangenbereich gezeigt. Anschließend mit einem chirurgischen Skalpell einen 20 Millimeter langen Schnitt entlang der Sagittallinie durchführen. Danach mit einem Handbohrer vier Löcher anlegen, zwei auf jeder Seite der Naht. Schließlich nach der Operation die Bolzenmutter mit Feinmechanikerschrauben und Zement auf dem Schädel befestigen.

Stellen Sie die Ratte in einen individuellen Käfig und überwachen Sie sie 24 Stunden lang. Weitere Hinweise zur Pflege und Reinigung der intraossären Kanüle bei Experimenten im operanten Käfig finden Sie im Textprotokoll. Im Textprotokoll beschrieben.

Unter Verwendung von umgekehrter Osmose Wasser 8%- und 50%-Verdünnungen von 55% High-Fructose-Corn-Sirup oder HFCS herstellen, nachdem die Ratte gewogen und in ihrem Heimkäfig in den Testraum gebracht wurde. Futter oder Einstreu entfernen, die sich in der IO-Kanüle ansammeln können, indem ein 12-Milliliter-Spritze mit einer 16-Gauge-Nadel und 50 Millimetern Polyethylenschläuchung verwendet wird, um Luft durch die Kanüle in der operanten Kammer zu pumpen. Eine 20-Gauge-Nadel als Schaft verwenden, um die IO-Kanüle mit Teflonschläuchen zu verbinden.

Befestigen Sie den unteren Teil des Schlauchs in der Nut des Gurtbands und verbinden Sie den oberen Teil mit einem Swivel, der durch eine Schwingvorrichtung geschützt ist. Verbinden Sie anschließend die Basis der Feder mit dem Gewinde des Bolzens, der am Kopf der Ratte befestigt ist. Lassen Sie die Ratte fünf Minuten lang in der Kammer akklimatisieren und beginnen Sie dann die Selbstapplikationssitzung, indem Sie das Hauslicht einschalten.

Einführung der beiden versenkbaren Hebel und Beleuchtung des Lichtreizes über dem aktiven Hebel für 30 Sekunden. Für den Progressiven-Verhältnis- oder PR-Test eins und alle nachfolgenden PR-Tests verwenden Sie den von Richardson und Roberts beschriebenen PR-Ablauf, bei dem die Anstiegsrate des Ansprechverhältnisses gleich fünf multipliziert mit E hoch der Injektionsnummer mal 0,2 minus fünf ist. Verwenden Sie für die Erwerbssitzungen eins bis zehn einen kontinuierlichen Verstärkungsplan, bei dem jeder Druck auf den aktiven Hebel die Zufuhr einer 80 µL-Infusion der Testlösung über 2,5 Sekunden bewirkt, um ausreichend Zeit für die Aufnahme zu ermöglichen, und legen Sie eine Auszeitphase von 27,5 Sekunden fest, während derer der aktive Hebel eingezogen wird und das Stimulationslicht aktiviert ist.

Legen Sie keine Obergrenze für die Anzahl der verfügbaren Infusionen innerhalb jeder IO-Selbstapplikationssitzung fest. Wenn die Ratte 20 aufeinanderfolgende Minuten lang nicht auf den aktiven Hebel reagiert, führen Sie eine Prämierung durch, indem Sie der Ratte ermöglichen, einmal auf den aktiven Hebel zu drücken. Entfernen Sie nach den Selbstapplikationssitzungen die Ratte aus der operanten Kammer.

Spülen Sie die intraossäre Kanüle mit zwei Millilitern Wasser und bringen Sie die Ratte in ihren Heimkäfig im Koloniezimmer zurück. Befolgen Sie den im Textprotokoll angegebenen Fütterungsplan. Diese Abbildung zeigt die operante Reaktion auf die aktive und inaktive Hebel während der Selbstapplikation von 8 25 oder 50 % HFCS über 10 aufeinanderfolgende Sitzungen.

Ratten erwerben die orale Selbstverabreichung von HFCS innerhalb der ersten drei Sitzungen und zeigen für den Rest der Erwerbsphase eine stabile Aktivhebelform. Konzentrationsabhängige Unterschiede in den Aktivhebelantworten sind ebenfalls erkennbar. Zum Beispiel sind die Antworten im Vergleich zu 25 % HFCS signifikant geringer bei Ratten, die 50 % HFCS selbst verabreichen.

Die Ratten zeigen ein intermediäres Niveau des operanten Verhaltens bei Gabe von 8 % HFCS und weisen eine größere individuelle Variabilität der Aufnahme, Aktivhebelauslöser und Breakpoint auf, wobei der Breakpoint als die letzte Infusion definiert ist, die aufgrund fehlender Reaktionen am Aktivhebel für mindestens eine Stunde erfolgt; diese Daten sind jeweils in den vorliegenden Grafiken dargestellt. Im PR-Test eins zeigt sich eine geringe Reaktionsfrequenz für alle Konzentrationen von HFCS. In Test zwei treten jedoch Gruppenunterschiede auf, wobei höhere Konzentrationen mehr Reaktionen und höhere Breakpoints hervorrufen.

Während des Durchführens dieses Verfahrens ist es wichtig, die Tiere regelmäßig auf Flüssigkeitsansammlungen an der Kopfhaube und auf Leckagen während der intraoralen Selbstapplikationssitzung zu überprüfen. Außerdem sollte die Ausschussrate bei diesen Experimenten minimal sein, da die intraorale Kanülierungschirurgie ein zweites Mal durchgeführt werden kann, falls die Tiere die Kanüle herausziehen oder zwischen den Selbstapplikationssitzungen abkauen. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie chirurgische Verfahren und offene Kammern modifiziert werden können, um intraorale Selbstapplikationsexperimente an Laborratten durchzuführen.