Anwendung von experimentellen Wirkstoffen bei Mäusen

Introducing Experimental Agents into the Mouse

JoVE Science Education
Biology II: Mouse, Zebrafish, and Chick

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Science Education Biology II: Mouse, Zebrafish, and Chick

Introducing Experimental Agents into the Mouse

4.10: Mouse Genotyping

4.15: Zebrafish Microinjection Techniques

40,167 Views

•

07:40 min

•

April 30, 2023

Overview

Viele Untersuchungen bei Mäusen (Mus musculus) erfordern die Verabreichung eines experimentellen Wirkstoffes an Tieren. Zum Beispiel kann es von Interesse sein die Wirkung einer bestimmten Behandlung zu testen um einen pathologischen Zustand zu induzieren oder auch zur Regelung von Anästhesie oder der Palliativpflege. Um eine sichere und effiziente Wirkstoffzufuhr sicherzustellen, ist es wichtig, eine Vielzahl von Faktoren vor der Verabreichung der Behandlung zu berücksichtigen.

Dieses Video bespricht die Wirkstoffverabreichung in der Maus, zuerst werden die Eigenschaften wie Viskosität, Dosis und Schmackhaftigkeit bei der Planung der Verabreichung von einem experimentellen Wirkstoff berücksichtigt. Die anschließende Diskussion konzentriert sich auf die Injektionsverfahren, einschließlich der Beschreibung der Strukturkomponenten der Spritze und der Nadel, wie man den Nadeldicke interpretiert und sichere Maushaltungsmethoden für die üblichen Injektionsstellen. Eine ausführliche Anleitung zur Durchführung von subkutanen- (SC / SubQ), intraperitonealen- (IP) und Schwanzvenen- (IV) Injektionen bei Mäusen wird zur Verfügung gestellt. Des Weiteren werden Anwendungen dieser Techniken sowie alternative Verabreichungswege diskutiert.

Procedure

Viele Experimente sind abhängig von der Verabreichung von Wirkstoffen an Mäuse. Häufig werden diese Wirkstoffe eingeführt, um ihre Wirkung auf einen biologischen Prozess zu testen. Wirkstoffe können auch eine wichtige Rolle bei der Vorbereitung der Tiere für die Experimente spielen. In diesem Video werden wir wichtige Überlegungen für die Verabreichung von experimentellen Wirkstoffen, Hilfsmittel für die Wirkstoffzufuhr, einige spezifische Verabreichungswege und Anwendungen dieser notwendigen Techniken diskutieren.

Welche Faktoren müssen bei der Planung der Verabreichung eines experimentellen Wirkstoffes beachtet werden?

Das Erste ist die geeignete Dosis. Normalerweise wird sie in Bezug auf das Gewicht des Tieres berechnet, die für die korrekte Dosis eines Wirkstoffes kritisch ist.

Der Weg der Verabreichung ist auch wichtig zu beachten. Die Eigenschaften wie der Wirkstoffgeschmack, die Viskosität, die Verabreichungsmenge, das Zielgewebe und die gewünschte Rate der Verbreitung werden entscheiden, welche der vielen verfügbaren Verabreichungswege gewählt werden sollte. In diesem Video werden wir uns auf Injektionen konzentrieren, die eine der effizientesten Methoden der Wirkstoffverabreichung sind.

Welche Faktoren müssen bei der Planung der Verabreichung eines experimentellen Wirkstoffes beachtet werden?

Das Erste ist die geeignete Dosis. Normalerweise wird sie in Bezug auf das Gewicht des Tieres berechnet, die für die korrekte Dosis eines Wirkstoffes kritisch ist.

Der Weg der Verabreichung ist auch wichtig zu beachten. Die Eigenschaften wie der Wirkstoffgeschmack, die Viskosität, die Verabreichungsmenge, das Zielgewebe und die gewünschte Rate der Verbreitung werden entscheiden, welche der vielen verfügbaren Verabreichungswege gewählt werden sollte. In diesem Video werden wir uns auf Injektionen konzentrieren, die eine der effizientesten Methoden der Wirkstoffverabreichung sind.

Da wir nun die Spritze gesichert und gefüllt haben, sind wird fast bereit, eine Injektion durchzuführen!

Bevor man beginnt, ist es wichtig, sich mit einer persönlichen Schutzausrüstung einschließlich Handschuhe auszustatten. Der richtige Umgang mit Tieren ist auch entscheidend und variiert leicht je nach der verwendeten Injektionsstelle.

Für subkutane Injektionen, die oft unter der Haut des Nackens des Tieres angesetzt werden, sind die Mäuse durch die “Tragestarre” gebändigt. Zuerst hält man das Tier am Schwanz und lässt es den Käfig Deckel greifen. Dann greift man kräftig das Genick und hebt die Haut über den Schultern des Tieres an.

Die Nadel sollte am Beginn der Hautfalte eingeführt werden und der Wirkstoff wird mit einem festen und gleichmäßigen Druck aus dem Kolben gedrückt. Die eingespritzte Flüssigkeit wird langsam in den Blutkreislauf aufgenommen.

Intraperitoneale Injektionen in die Bauchhöhle werden mit einer Geschwindigkeit ähnlich der Ingestion absorbiert. Um den Bauch zugänglich zu machen, dreht man das starre Tier um und steckt den Schwanz fest unter den kleinen Finger.

Dann teilt man mental den Tierbauch in vier Quadranten und führt die Nadel im linken oder rechten unteren Quadranten ein. Man übt einen festen und gleichmäßigen Druck auf den Kolben aus, um bis zu mehrere hundert Mikroliter Wirkstoff zuzuführen. Alternativ ermöglichen intravenöse Injektionen eine effizientere, systemische Abgabe des experimentellen Wirkstoffes.

IV Injektionen werden üblicherweise in die Schwanzvenen vorgenommen. Zuerst werden die Mäuse unter einer Wärmelampe für ein paar Minuten aufgewärmt, wodurch die Venen anschwellen und eine Nadeleinführung erleichtert wird. Um die Maus während der Injektion ruhig zu halten, schiebt man sie in einen Injektionskäfig aus Plastik und zieht den Schwanz durch ein spezielles Loch an der Rückseite.

Die Erkennung der richtigen Gefäße ist zwingend notwendig für erfolgreiche intravenöse Injektionen. Man sollte sicherstellen, eine der beiden Schwanzvenen auf einer von beiden Seiten des Schwanzes zu finden und nicht die Arterie an der Unterseite des Schwanzes.

Man hält die Nadel schräg nach oben, um sie in die Vene einzuführen.

Wenn die Nadel richtig eingeführt wurde, verursacht die Injektion eine Veränderung der Vene von dunkelblau zu blass weiß wenn der Wirkstoff durch das Gefäß wandert.

Nach jeder Injektion muss die Nadel in einen biohazard Behälter für scharfe Gegenstände entsorgt werden ohne die Schutzhülle. Die Nadel wird niemals wiederbenutzt, da die Spitzen stumpf werden können und die Maus verletzen könnte.

Da wir nun mit den gängigen Injektionsverfahren vertraut sind, wollen wir einen Blick auf einige praktische Anwendungen der experimentellen Wirkstoffgabe werfen.

In vielen Experimenten werden Mäuse mit einem bestimmten Pathogen infiziert, um den Krankheitsverlauf sowie die Wirt-Pathogen-Wechselwirkungen zu untersuchen. Zum Beispiel verursachen subkutane Injektionen von antibiotika-resistenten Bakterien Läsionen deren Größe eine Anzeige für die Virulenz des Pathogens ist. Alternativ können Injektionen in den Fußballen verwendet werden, um die Immunzellrekrutierung an der Stelle der Infektion mit Live-Imaging zu beobachten.

Die Mausmodelle sind auch nützlich für die Untersuchung der Tumorprogression und Therapeutika. Um diese Modelle zu erzeugen, können Injektionen verwendet werden, um schnell und effizient bösartiges Wachstum bei Mäusen zu induzieren, sowohl durch die Zuführung von krebserzeugenden Verbindungen als auch durch die Implantation von Krebszellen in das Wirtsgewebe.

Allerdings sind Injektionen nicht immer für die Wirkstoffgabe erforderlich. Die intranasale Inokulation kann zum Beispiel verwendet werden um einen Wirkstoff von Interesse in die Lunge zu verabreichen um den respiratorische Krankheits-progression zu imitieren und zu untersuchen. Ein anderer Weg ist die Magensonde, sie ermöglicht die direkte Regulierung des Wirkstoffes im Magen, um eine präzise und genaue Dosierung zu gewährleisten die nicht mit einer lebensmittel- oder wasserbasierender Behandlung erzielbar wäre.

Das war die JoVE Übersicht zur Einführung von experimentellen Wirkstoffen in die Maus. In diesem Video haben wir Faktoren, die bei der Auswahl eines experimentellen Wirkstoffes, Hilfsmittels und Strategien für Mausinjektionen sowie einige Anwendungen dieser kritischen Techniken besprochen. Danke für das Aufpassen!

Transcript

Many experiments depend upon the administration of agents to mice. Frequently, these agents are introduced to test their effect on a biological process. Agents can also play an important role in preparing animals for experimentation. In this video, we will discuss important considerations for administering experimental agents, tools for agent delivery, some specific routes of administration, and applications of these essential techniques.

So what factors must be considered when planning the administration of an experimental agent?

The first is the appropriate dose. Usually calculated in relation to the animal’s weight, providing the correct dose of an agent is critical.

The route of administration is also important to consider. Properties such as the agent’s palatability, viscosity, the amount to be administered, the target tissue, and the desired rate of dissemination will determine which of the many available administration routes you should choose. In this video we will focus on injection, which is one of the most efficient methods of agent delivery.

Before discussing how to perform an injection, let’s get familiar with the principal tools for the technique.

We’ll begin with the syringe. Liquids are held within the barrel, which is marked to allow accurate volume measurements. The plunger fits within the barrel and is used to drive movement of its contents. Finally, the syringe tip is the site of attachment of the needle hub. At the opposite end of the needle shaft you’ll find a beveled tip. Be careful, it’s very sharp!

Needle hubs are color coded to reflect their size, or “gauge”, with higher gauge numbers indicating smaller needles. Gauges are chosen based on the desired route of delivery: the smaller or more sensitive the area, the smaller the needle required.

After selecting the appropriate needle and syringe for your experiment, draw the agent into the barrel by pulling back on the plunger. Air bubbles injected along with the agent can disrupt tissues and harm the experimental animal. Therefore, invert the syringe and gently flick the barrel, so that any bubbles will move towards the tip and escape. If possible, expel some excess agent to make sure the bubbles are completely removed.

Now that your syringe is locked and loaded, you’re almost ready to perform an injection!

Before you start, it’s important to equip yourself with the appropriate personal protective equipment, including gloves. Proper animal handling is also essential, and varies slightly depending on the injection site used.

For subcutaneous injections, which are often targeted below the dermis of the animal’s neck, mice are restrained by “scruffing.” First, hold the animal by the tail and allow it grip the cage lid. Then, firmly grasp the scruff, raising a tent of skin across the animal’s shoulders.

The needle should be inserted at the base of the tented skin, and the agent dispensed with a firm, consistent pressure to the plunger. The injected liquid will be slowly absorbed into the bloodstream.

Intraperitoneal injections into the body cavity are absorbed at a rate similar to ingestion. To access the abdomen, turn the scruffed animal over, and tuck the tail securely under your pinky.

Then, mentally divide the animal’s abdomen into 4 quadrants and insert the needle into the lower left or right quadrant. Apply firm, consistent pressure to the plunger to deliver up to several hundred microliters of agent. Alternatively, intravenous injections allow a more efficient, systemic delivery of experimental agent.

IV injections are most commonly performed in the tail veins. First, mice are warmed under a heat lamp for a few minutes, which causes the veins to swell and makes needle insertion easier. To keep the mouse steady during the injection, place it into a plastic restrainer, slipping the tail through a special hole in the back.

Identifying the correct vessel is imperative for successful intravenous injections. Be sure to find one of the two caudal veins on either side of the tail; not the artery on the underside of the tail.

Holding the needle bevel side up, insert it into the vein. If the needle is correctly placed, injection will cause the vein to change from dark blue to pale white in color as the agent moves through the vessel.

After each injection, discard the needle into a biohazardous sharps container without recapping. Never reuse the needle, as tips can become blunted and cause injury to the mouse.

Now that you’re familiar with common injection methods, let’s look at some practical applications of experimental agent delivery.

In many experiments, mice are infected with a specific pathogen to study disease progression as well host-pathogen interactions. For example, subcutaneous injections of antibiotic resistant bacteria cause lesions whose size is a readout for the pathogen’s virulence. Alternatively, injections into the footpad can be used for live imaging of immune cell recruitment to the site of infection.

Mouse models are also useful for the study of cancer progression and therapeutics. To generate these models, injections can be used to rapidly and efficiently induce malignant growths in mice, both through the delivery of carcinogenic compounds and the implantation of cancer cells into host tissues.

However, injection is not always required for agent delivery. Intranasal inoculation, for instance, can be used to administer an agent of interest to the lungs to mimic and study respiratory disease progression. Another route, gavage, allows the direct administration of agent to the stomach to ensure a precise and accurate dosing not achievable through food- or water-based treatment.

You’ve just watched JoVE’s overview of introducing experimental agents into the mouse. In this video we reviewed factors to consider when choosing an experimental agent, tools and strategies for mouse injections, and some applications of these critical techniques. Thanks for watching!

Tags

Experimental Agents Mice Administration Biological Process Agent Delivery Routes Of Administration Dose Weight Palatability Viscosity Rate Of Dissemination Injection Syringe Barrel Plunger Needle Hub