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Artículo de método

Exposición crónica intermitente al vapor de etanol junto con la elección de dos botellas para modelar el trastorno por consumo de alcohol

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DOI:

10.3791/65320

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23 de junio de 2023

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1Department of Basic Medical Sciences, College of Veterinary Medicine, Purdue University, 2The Scripps Research Institute, 3Purdue Institute for Integrative Neuroscience, 4Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, 5Purdue Institute of Inflammation, Immunology, and Infectious Disease

En este artículo

Resumen

Aquí se presenta un protocolo para el modelo 2BC/CIE de dependencia del alcohol en ratones para estudiar el trastorno por consumo de alcohol.

Resumen

El trastorno por consumo de alcohol (TCA) es un trastorno crónico relacionado con el alcohol que generalmente se presenta como consumo incontrolado de alcohol y preocupación por el alcohol. Un componente clave de la investigación sobre el AUD es el uso de modelos preclínicos traslacionalmente relevantes. En las últimas décadas, se han utilizado una variedad de modelos animales para estudiar el trastorno por consumo de alcohol. Un modelo destacado de AUD es el modelo de exposición crónica intermitente al vapor de etanol (CIE), que es un enfoque bien establecido para inducir la dependencia del alcohol en roedores a través de ciclos repetidos de exposición al etanol por inhalación. Para modelar el AUD en ratones, la exposición a CIE se combina con una elección voluntaria de dos botellas (2BC) de consumo de alcohol y agua para medir el aumento del consumo de alcohol. El procedimiento 2BC/CIE consiste en alternar semanas de consumo de 2BC y CIE, que se repiten hasta que se logra la escalada del consumo de alcohol. En el presente estudio, describimos los procedimientos para realizar 2BC/CIE, incluido el uso diario de la cámara de vapor CIE, y proporcionamos un ejemplo de aumento del consumo de alcohol en ratones C57BL/6J utilizando este enfoque.

Introducción

El trastorno por consumo de alcohol (TCA), que implica un consumo excesivo crónico de alcohol, es uno de los trastornos psiquiátricos más comunes y es un problema global. Los síntomas del AUD implican ciclos repetidos de intoxicación, abstinencia y antojos y se caracterizan por el consumo constante de alcohol sin tener en cuenta las consecuencias sociales, laborales y de salud1,2,3,4,5,6,7. El trastorno por consumo de alcohol a menudo ocurre junto con otros trastornos mentales generalizados, persistentes y deteriorantes8, como ADHD9, anxiety10, o depression11 y es responsable de aproximadamente 88,000 muertes anuales solo en los Estados Unidos2. El consumo excesivo o frecuente de alcohol puede afectar la situación laboral y las relaciones sociales de una persona12 y puede conducir a un aumento de la violencia13. Físicamente, la abstinencia aguda del alcohol puede provocar ansiedad, agitación, temblores, sudoración excesiva, alteración de la conciencia y alucinaciones14,15. Además, las personas pueden sentir síntomas de abstinencia al reducir o dejar de beber y volverse irritables o malhumoradas16. Además, el consumo crónico de alcohol puede causar pérdida de memoria17 y puede resultar en una deficiencia de tiamina, también conocida como síndrome de Wernicke-Korsakoff (WKS), que contribuye significativamente a la demencia inducida por el alcohol18.

Para avanzar aún más en la investigación del AUD, es necesario disponer de modelos animales traslacionalmente relevantes de la enfermedad. El modelo más común de AUD en roedores es la exposición crónica intermitente al vapor de etanol (CIE), que es un enfoque bien establecido para inducir la dependencia del alcohol a través de la inhalación repetida de vapor de alcohol4,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30. Los procedimientos CIE en roedores inducen síntomas de abstinencia como convulsiones inducidas por la manipulación31, hiperexcitabilidad, comportamiento similar a la irritabilidad, comportamiento similar a la ansiedad y trastornos del sueño y dan lugar a una escalada del consumo de alcohol22,32,33,34,35. Además, CIE conduce a una escalada significativa en el consumo voluntario de alcohol, lo que refleja la ingesta compulsiva observada en AUD36 humanos. Durante las fases de intoxicación, los ratones muestran signos conductuales y fisiológicos consistentes con la intoxicación por alcohol en humanos, incluyendo ataxia, sedación e hipotermia alterada37,38,39. Estos resultados subrayan la utilidad del modelo CIE para capturar los aspectos neurobiológicos y conductuales de la dependencia del alcohol, lo que lo convierte en una herramienta valiosa para dilucidar los mecanismos del TCA y probar posibles intervenciones terapéuticas. En modelos preclínicos de TCA, como la exposición crónica intermitente al vapor de etanol (CIE), los ratones muestran signos conductuales y fisiológicos que son paralelos a la intoxicación y dependencia del alcohol en humanos. Durante las fases de intoxicación, los ratones pueden mostrar signos que incluyen ataxia, sedación, disminución del comportamiento exploratorio y deterioro del reflejo de enderezamiento. Dados estos riesgos, los animales fueron monitoreados de cerca durante y después de la exposición al vapor de etanol para identificar signos de intoxicación grave o deterioro de la salud.

En ratas, el modelo CIE a menudo implica la autoadministración operante de alcohol para medir la escalada de la ingesta40,41,42, mientras que el modelo de ratón involucra CIE y dos botellas de elección (2BC) bebiendo43,44. Los modelos preclínicos de dependencia del alcohol han demostrado consistentemente que los animales aumentan su ingesta de etanol después de la exposición crónica al vapor de etanol23,45,46,47. En ratones específicamente, se ha demostrado que los ciclos repetidos de CIE aumentan la ingesta voluntaria de etanol3,21,48,49,50. En general, estudios previos demuestran que el modelo CIE es suficiente para aumentar el consumo de etanol y modelar el AUD en roedores.

Este estudio tiene como objetivo destacar el método CIE para estudiar el AUD y, más específicamente, centrarse en el modelo de ratón 2BC/CIE. Pasamos por un proceso detallado de los pasos necesarios para realizar 2BC/CIE y presentamos un ejemplo de la escalada del consumo de alcohol después de CIE.

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Protocolo

Todos los procedimientos fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Purdue. En el presente estudio se utilizaron ratones C57BL/6J de 8 semanas de edad. El grupo CIE tenía 5 ratones (3 machos, 2 hembras), y el grupo Air tenía 10 ratones (5 machos y 5 hembras). Los animales se obtuvieron de una fuente comercial (ver Tabla de Materiales) y se alojaron en grupos en un ciclo de luz-oscuridad de 12 h con acceso a alimentos. Los pesos corporales de los ratones se midieron una vez por semana durante todo el experimento.

1. Diseño experimental general

NOTA: La elección de dos botellas (2BC)/exposición crónica intermitente al vapor de etanol (CIE) es un modelo preclínico de ratón para explorar la dependencia del etanol51.

  1. Durante las semanas 2BC, asegúrese de que los ratones tengan acceso a una botella que contenga etanol (15% p/v) y una botella que contenga agua durante 2 horas diarias (de lunes a viernes), comenzando 2 horas en el ciclo de oscuridad.
  2. Al principio, permita a los ratones un mínimo de 2 semanas de beber 2BC de referencia hasta que se haya alcanzado un nivel estable de ingesta de etanol. Dependiendo de las necesidades experimentales, divida a los ratones en dos grupos (un grupo CIE y un grupo Air) o más si se incluyen tratamientos adicionales en función de la ingesta promedio de etanol de referencia.
  3. Después de las semanas de referencia de 2BC, exponga a los ratones del grupo CIE al vapor de etanol (CIE) durante cuatro días consecutivos (de lunes a jueves) con 16 horas consecutivas de vapor encendido y 8 horas consecutivas de vapor apagado. Para asegurar concentraciones estables y sostenidas de etanol en sangre durante todo el período de exposición, se coadministró pirazol como inhibidor de la alcohol deshidrogenasa, evitando así el metabolismo rápido del etanol y promoviendo niveles sistemáticos consistentes de etanol
    NOTA: Para controlar las posibles variables específicas de la cámara, como la iluminación, la vibración, el ruido y la temperatura, los ratones del grupo Aire se alojaron en una cámara idéntica en las mismas condiciones ambientales que el grupo CIE, pero sin exposición al vapor de alcohol.
  4. Durante la semana CIE/Air, asegúrese de que no ocurra 2BC. Después de 1 semana de CIE/Air, reanude los ratones el 2BC para el siguiente lunes a viernes.
  5. Permita que los ratones alternen semanas de CIE/Air y 2BC durante el resto del procedimiento hasta que se produzca la escalada del consumo de alcohol en los ratones CIE. Recoja sangre de los ratones al menos una vez por semana de CIE para determinar su concentración de etanol en sangre (BEC)52.

2. Preparación experimental

  1. Adquiera todos los siguientes suministros antes del inicio del estudio: ratones, jaulas/tapas de jaulas metálicas, botellas para beber en dos jaulas una al lado de la otra, ropa de cama, comida, una báscula, una cámara de vapor intermitente crónico y una máquina Analox u otro método para analizar los BEC (ver Tabla de Materiales).
  2. Asegúrese de que todos los productos químicos necesarios estén listos para el experimento: agua potable, etanol al 95%, pirazol, heparina y solución salina estéril.

3. Habituación animal

  1. Si los ratones aún no están alojados en el mismo lugar que los experimentos, espere al menos 1 semana para que se aclimaten al nuevo entorno><. NOTA: Durante este período, los ratones también deben habituarse a un manejo suave para minimizar los factores de confusión relacionados con el estrés y mejorar el bienestar animal. Las sesiones de manejo se llevaron a cabo una vez al día durante cinco días consecutivos, cada una con una duración aproximada de 2 a 3 minutos por animal. Los ratones fueron ahuecados o guiados suavemente en las manos del experimentador sin levantar la cola, lo que les permitió explorar voluntariamente la mano del manipulador. Esta técnica facilita la interacción rutinaria, reduce el estrés durante los procedimientos experimentales posteriores y garantiza datos de comportamiento más fiables. Además, los animales fueron trasladados al área experimental durante 30 minutos diarios para aclimatarlos aún más al entorno de prueba.
  2. Asegúrese de que los ratones reciban 1 semana de opciones de dos botellas con ambas botellas llenas de agua para permitirles adaptarse a la diferente configuración de la jaula y ser colocados en una jaula individual para beber.

4. Elección de dos botellas con 15% p/v de etanol y agua

  1. Habituación a elección de dos botellas
    1. El paradigma de la prueba de dos botellas es el mismo durante toda la semana de la elección de dos botellas con agua y las pruebas posteriores con agua y etanol. Mueva a los ratones alojados en el grupo a sus jaulas individuales para beber 30 minutos antes de que se apaguen las luces y luego permita que los ratones beban durante 2 h.
    2. Registre los volúmenes de cada botella antes y después del período de bebida de 2 horas. Cada grupo se somete a 2BC durante 5 días, de lunes a viernes.
      NOTA: El propósito de la semana de habituación es permitir que los animales se adapten a dos botellas en la jaula para minimizar cualquier sesgo causado por la posición lateral natural de una sola botella. Durante esta semana, ambas botellas se llenan de agua. Si la tolva de metal suministrada está diseñada para contener solo una botella, use con cuidado el espacio entre sus barras adyacentes a la primera botella para crear espacio para la segunda botella. Los frascos utilizados para los experimentos con bebidas están hechos a medida con pipetas de 10 mL y 25 mL con los extremos cortados para permitir que se inserte un sorbo recto con un rodamiento de bolas para que los ratones beban. El uso de clips aglutinantes para sujetar las botellas a la tapa de alambre asegurará que las botellas no se muevan durante el período de bebida (Figura complementaria 1 y Figura complementaria 2).
  2. Elección básica de dos botellas
    1. Después de la habituación, permita que los ratones se sometan al menos a 2 semanas de consumo basal de 2BC para establecer una ingesta estable de etanol. Durante la bebida de referencia, pruebe a los ratones durante 2 horas al día y 5 días a la semana (de lunes a viernes) con una botella de agua y una segunda botella con etanol al 15% p/v. Registre los volúmenes de cada botella antes y después del período de bebida de 2 h.
      NOTA: Para establecer una línea de base estable de la ingesta de etanol, repita las semanas de 2BC hasta que cada ratón tenga aproximadamente menos del 15% de variación en la ingesta entre días.
    2. Después de que los ratones alcancen una línea de base estable de ingesta de etanol, divida uniformemente a los ratones en función de su ingesta de etanol en grupos no dependientes de etanol (tratamiento con aire) y dependientes de etanol (tratamiento CIE). Una vez que se ha establecido la ingesta basal de etanol, los ratones se someten a CIE (o exposición al aire) la semana siguiente.
      NOTA: No todos los experimentos requieren que se incluya un grupo no dependiente, y esto debe determinarse en función del enfoque del estudio. Por ejemplo, los ratones dependientes de etanol con y sin tratamiento específico pueden ser una comparación más relevante.
  3. Opción de dos botellas (2BC)
    1. Reanude el procedimiento de 2BC tal como se realizó durante el consumo basal de alcohol después de la primera semana de CIE.
      NOTA: La fórmula para beber ratones de dos botellas es una mezcla de etanol al 15% p/v (1 L): 95% de etanol (195 mL) y agua potable para ratones (805 mL).

5. Exposición crónica intermitente al vapor de etanol (CIE)

  1. Organice los siguientes materiales: cámaras de vapor CIE hechas a medida (Figura complementaria 3), etanol al 95%, una solución de etanol-pirazol (68,1 mg/kg de pirazol mezclado con 20% de etanol), una solución salina-pirazol (68,1 mg/kg de pirazol mezclado con solución salina), jeringas (1 mL) y agujas.
  2. Procedimiento de vapor de etanol intermitente crónico (CIE)
    1. Antes de ser colocados en las cámaras de vapor para CIE, inyecte intraperitonealmente a los ratones con una solución de etanol-pirazol (0,0075 mL/g), que se utiliza para crear una intoxicación inicial por etanol, inhibir la etanol deshidrogenasa y bloquear el metabolismo del etanol53.
    2. Inyecte todos los controles de aire y otros grupos con la misma dosis de pirazol mezclada con solución salina (0,0075 mL/g) en lugar de etanol. Se recomienda administrar media dosis (0,00375 mL/g) de las soluciones de pirazol el primer y el último día de CIE cada semana.
    3. Después de las inyecciones, regrese los ratones de aire/control a sus jaulas de origen y coloque las jaulas para el grupo CIE dentro de la cámara >
    4. Una vez que los ratones se coloquen en las cámaras de vapor, cierre las puertas y ajuste la bomba al nivel de vapor apropiado (por ejemplo, 1-3). Establezca el tiempo de ejecución del experimento. Para el presente estudio, el experimento comenzó a las 17:00 p.m. y finalizó a las 09:00 a.m., y se utilizó un ajuste de bomba de 1-2 (utilizado en todo momento).
    5. Luego, presione el botón Inicio en la pantalla de control de la cámara de vapor CIE para iniciar el experimento.
      NOTA: Este paso puede variar según la cámara que se utilice y las diferencias en la configuración. Aquí, una vez que todos los ratones se inyectan y se colocan en la cámara de etanol, la cámara debe comenzar a bombear etanol al 95% en un matraz de vidrio y calentar el etanol líquido hasta convertirlo en vapor. El vapor fluye a través de la cámara donde se mantienen los ratones durante 16 horas al día durante 4 días (de lunes por la noche a viernes por la mañana). Cada día, los ratones experimentan 8 horas de apagado del vapor. A continuación, los ratones se retiran de la cámara al final del cuarto día (viernes por la mañana) y comienzan las 2BC del lunes siguiente. Dependiendo del sistema y la configuración específicos de la cámara de vapor, puede haber variaciones en los BEC causadas por las diferentes configuraciones/niveles de vapor. Varios factores, como ligeras diferencias en los componentes del sistema, el flujo de aire, el escape, etc., pueden causar esto. Ajustar el nivel de vapor de etanol en lugar de la dosis de pirazol es adecuado para mantener un BEC en el rango objetivo. A medida que se desarrolla la tolerancia, los BEC pueden ser demasiado bajos y es posible que sea necesario ajustar el nivel de vapor. Si el gradiente entre los niveles de vapor es demasiado pronunciado para aumentar los BEC, se recomienda ajustar la dosis de pirazol en consecuencia para alterar los BEC.
    6. Mida los BEC (ver paso 5.3) de los ratones al menos una vez por semana durante la CIE. Realice la recolección de sangre 30 minutos antes de que se detenga el vapor para asegurarse de que los BEC no hayan comenzado a bajar.
      NOTA: Es posible que sea necesario ajustar el nivel de vapor durante el experimento a medida que la tolerancia al etanol aumenta en el transcurso de varias semanas. Los BEC deben probarse antes y después de ajustar la configuración de vapor.
    7. Regrese los ratones a la prueba de 2BC en la semana siguiente a la CIE. Repita los pasos 4 y 5. Mantenga a los ratones alternando entre CIE y 2BC durante cuatro a ocho ciclos (8-16 semanas) hasta que tengan un aumento significativo del consumo de etanol en comparación con su volumen de bebida de referencia.
  3. Mediciones de sangre
    1. Organice los siguientes materiales: equipo para medir BEC, como un sistema Analox, una cuchilla, un tubo (0,2 mL), heparina/EDTA y una centrífuga (consulte la Tabla de materiales).
    2. Corta la cola de los ratones CIE una vez durante la semana CIE, 30 minutos antes de que el sistema de vapor se apague, para recolectar sangre y determinar el BEC. La extracción de sangre se puede realizar utilizando varios métodos dependiendo de las preferencias del lab54.
      NOTA: La sangre se recoge en tubos de 0,5 mL heparinizados o recubiertos de EDTA (consulte la Tabla de materiales).
    3. Mantenga las muestras de sangre recogidas a 4 °C hasta su procesamiento.
    4. Para procesar las muestras, primero centrifugar a 208 x g durante 10 min a 4 °C para separar el plasma.
    5. Determine las concentraciones de etanol en la sangre utilizando un analizador de etanol de tasa de oxígeno (consulte la Tabla de materiales) u otros sistemas capaces de determinar BEC.

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Resultados

En el presente estudio representativo, se informa la ingesta de etanol (g/kg) durante el 2BC en la fase de consumo basal y después de varias semanas de CIE (post vapor). Breve descripción: tal como se describe en el protocolo, durante el 2BC, los ratones tuvieron acceso a dos botellas: una que contenía agua y otra que contenía etanol al 15% (p/v). Una vez determinadas las ingestas basales, los sujetos se dividieron y asignaron equitativamente al grupo CIE o al grupo Aire. La ingesta inicial de etanol durante el período b...

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Discusión

El trastorno por consumo de alcohol representa un problema de salud pública mundial con alta prevalencia y costo para la sociedad56. Para estudiar el AUD en modelos animales preclínicos, un método común en ratones es2BC / CIE 20,34,43,44,51,57,58,59.

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Divulgaciones

Maury Cole es el propietario y operador de La Jolla Alcohol Research Inc.

Agradecimientos

Este trabajo fue financiado por las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) AA027301 y AA029985.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
500 tubos EppendorfEppendorfL203896J
95% etanolLaboratorios Decon2816
Máquina AnaloxAnalox InstrumentsAnalox-AM1
báscula de pesaje animalKent ScientificSCL-4000
Pinzas de encuadernaciónOffice Depot560394
ratones C57BL/6JEl Centrífuga 000664
Eppendorf5418R
Cámara de vapor intermitente crónicaLa Jolla Alcohol Research IncMateriales hechos a medida
Heparina/EDTASagent PharmaceuticalsTS/DRUGS/2/2015
Ropa de cama para ratonesBed-o' Relleno de mazorcas8Bcon botella
Materiales hechos a medida
PirazolSigma-Aldrichbccc6397
Teklad global 18% de proteína (alimento para ratones)Teklad globalEnvigo 2018
de Jackson Laboratory de ratón de 1/8" de profundidad

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