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Un enfoque simple y preciso basado en alimentación para la administración oral de fármacos en peces

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DOI:

10.3791/70856

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22 de mayo de 2026

En este artículo

Resumen

Este estudio presenta un método de alimentación basado en gelatina que permite la administración oral precisa, no invasiva y basada en la masa corporal en peces cebra adultos. El protocolo demuestra una aceptación fiable de la alimentación y, como prueba de principio, la entrega exitosa de MK-801, lo que resultó en los efectos conductuales esperados.

Resumen

Los métodos típicos para la administración de fármacos en peces (por ejemplo, dosificación con vaso de precipitados, inyecciones intraperitoneales o manos orales) son lentos, imprecisos y/o derrochadores. Dado que estos métodos también son estresantes para los animales, no están adecuados para la administración repetida o a largo plazo de medicamentos y experimentos conductuales sensibles a confusiones relacionadas con el manejo, limitando así la utilidad de los modelos de peces en la investigación biomédica. Para superar estos obstáculos, se desarrolló un método de alimentación basado en gelatina que permitiera una dosificación rápida y precisa de fármacos en peces con mínima perturbación. El método consiste en preparar bocados de pienso personalizados compuestos por gelatina, extracto de gambas de salmuera, espirulina y el medicamento de elección. Las propiedades maleables por el calor de la gelatina permiten licuar una única preparación homogénea, porcionar con precisión según la masa corporal individual y volver a solidificarse en trozos personalizados. Como prueba de principio, el antagonista del receptor NMDA MK-801 (4 mg kg⁻1) se administró a peces cebra adultos antes de la nueva prueba en acuario, lo que resultó en efectos conductuales consistentes con una reducción del comportamiento similar a la ansiedad. Este enfoque es muy adecuado para la farmacología conductual y es fácilmente adaptable a otros organismos modelo acuáticos.

Introducción

El pez cebra (Danio rerio) se utiliza ampliamente en la investigación biomédica para estudiar el desarrollo, la fisiología, el comportamiento yla farmacología 1,2,3. Sin embargo, la utilidad del pez cebra para estudios farmacológicos, especialmente en animales adultos, está limitada por la disponibilidad de métodos de administración de fármacos que sean precisos y mínimamentedisruptivos 4.

Las técnicas de administración de fármacos comúnmente utilizadas en peces cebra, como la dosificación con vasos de precipitados, la inyección intraperitoneal y el gavage oral, presentan desventajas significativas. La exposición por inmersión corporal total mediante dosificación en vasos proporciona un control limitado sobre la absorción del fármaco, genera un desecho sustancial de compuestos e introduce variabilidad debido a diferencias en la tasa de absorción y la estabilidad del compuesto 5,6,7. Los enfoques basados en inyección y el gancho oral permiten una dosificación más precisa, pero requieren anestesia, sujeción y manipulación repetida, todo lo cual puede inducir respuestas al estrés y aumentar el riesgo de lesión o hipoxia, lo que puede desconcertar las mediciones conductuales yfisiológicas 8,9,10. Estas limitaciones son especialmente problemáticas para experimentos que implican administración repetida o a largo plazo de fármacos.

Para abordar estos desafíos, se desarrolló un método de alimentación basado en gelatina que permite una administración rápida, precisa y no invasiva de fármacos al pezcebra 11. Este enfoque permite incorporar compuestos farmacológicos en pequeños trozos de pienso individualizados compuestos de gelatina, extracto de camarón de salmuera y espirulina. La administración de fármacos basada en piensos es una alternativa no invasiva que se alinea con los principios de las 3R (reemplazo, reducción y refinamiento) en la investigación ética con animales. Aunque estudios previos han demostrado la viabilidad de la administración de fármacos basada en alimento en peces cebraadultos 12,13,14, los enfoques existentes se basan en matrices alimentarias heterogéneas o volúmenes fijos de alimento que no tienen en cuenta la variación individual en la masa corporal. El método descrito aquí aborda estas limitaciones permitiendo la calibración de la dosis basada en pesos.

Este protocolo proporciona una descripción detallada y paso a paso de la preparación y administración de un alimento basado en gelatina en peces cebra adultos. Aunque el método se demuestra mediante un ensayo conductual, la novedosa prueba en acuario, es ampliamente aplicable a otras áreas de la biología del pez cebra y se espera que sea adaptable para su uso en otros organismos modelo acuáticos. Este protocolo ofrece una solución práctica para investigadores que buscan la administración eficiente de fármacos en peces cebra, especialmente para estudios que requieren manipulación farmacológica precisa, repetida y/o a largo plazo.

Protocolo

En este estudio se utilizaron peces cebra AB y TL machos y hembras adultos (4–12 meses). Todos los animales fueron criados y alojados en la Universidad Estatal de Wayne. Todos los procedimientos fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de acuerdo con las directrices de la Universidad Estatal de Wayne. Los peces se mantuvieron bajo condiciones estándar en estantes de alta densidad (temperatura 27,5 ± 0,5 °C, conductividad del agua 500 μS ± 10 μS y pH 7,5 ± 0,2) con un ciclo de luz y oscuridad de 14 h:10 h (luces encendidas a las 08:00 h). Los peces se alimentaban dos veces al día con comida seca por la mañana y gambas recién nacidas por la tarde. Los reactivos y el equipo utilizado se enumeran en la Tabla de Materiales.

1. Pesaje de peces y cálculo del volumen de pienso

  1. Llena un vaso de cristal de 100 mL con aproximadamente 50 mL de agua del sistema y colócalo en una escala digital. A la báscula.
  2. Captura suavemente un pez de su acuario con una red fina. Toca brevemente la red con una toalla de papel seca para eliminar el exceso de agua.
  3. Transfiere cuidadosamente el pez al vaso de precipitados, asegurándose de que no se derrame agua sobre la báscula.
  4. Registra el peso y utiliza este peso medido para calcular el volumen de alimento requerido en función del 1% del volumen por peso corporal (V/BW) para cada pez individual.

2. Preparación del extracto de gamba en salmuera

  1. Suspender el polvo de gambas en salmuera en agua destilada hasta una concentración final de 250 mg/mL. Remueve durante 1 hora a temperatura ambiente. Centrifugar la suspensión a 12.500 × g durante 10 minutos a temperatura ambiente y conservar el sobrenadante.
  2. Repite la centrifugación una vez más y vuelve a recoger el sobrenadante.
  3. Conserva el extracto de gambas en salmuera a −20 °C hasta 6 meses.

3. Preparación de piensos a base de gelatina

  1. Descongela el extracto de gamba salmuera antes de la preparación y calcula las masas objetivo de gelatina (12% p/v), espirulina (4% p/v) y, si corresponde, compuestos farmacológicos necesarios para el volumen deseado de alimento para gelatina.
  2. Pesa espirulina y polvo de gelatina (de origen porcino; Bloom ≈ 300 g) en tubos microcentrífugas separados de 1,5 mL y registra la masa real en cada tubo. Asegúrese de que la masa medida esté igual o superior a la masa objetivo para el volumen final previsto.
  3. Añade los volúmenes adecuados de extracto de gambas de salmuera, compuesto farmacéutico y agua al tubo que contiene espirulina para lograr concentraciones finales de 4% p/v de espirulina y extracto de gamba salmuera de 80 mg/mL.
  4. Haz un vórtice exhaustivo para homogeneizar. Transfiere el volumen requerido de la mezcla del paso anterior al tubo que contiene gelatina para obtener una concentración final de gelatina del 12% p/v.
  5. Coloca el tubo sobre un bloque calefactor a 45 °C precalentado durante 5 minutos, haciendo vórtices intermitentes hasta que la gelatina se disuelva por completo. Si la disolución no está completa, remueve suavemente usando un palo estéril de madera o metal para ayudar a la homogeneización.
  6. Alicuota la mezcla totalmente homogeneizada (hasta 100 μL por tubo) en tubos microcentrífugas marcados de 1,5 mL.
  7. Almacenar alícuotas a −20 °C durante la noche para permitir la solidificación completa y facilitar la manipulación durante la alimentación.

4. Formación de bocados individuales de alimento

  1. Recalenta la mezcla de gelatina aliquotada a 45 °C hasta que esté completamente licuada antes de alimentarla.
  2. Pulveriza bien la mezcla de gelatina licuada.
  3. Pipetear el volumen correspondiente al 1% de la masa corporal del pez sobre una lámina de película de parafina para formar bocados individuales (Figura 1).
    NOTA: Para facilitar el manejo y almacenamiento, coloque una lámina de película de parafina dentro de una placa de Petri antes de dispensar el volumen. Esto permite que la parafina permanezca plana y facilita la transferencia de los bocados preparados a −20 °C para su almacenamiento.
  4. Coloca los bocados a −20 °C durante al menos 20 minutos para permitir la resolidificación.
  5. Guarda bocados en hielo hasta que los alimentes.

5. Administración de piensos de gelatina

  1. Transfiere a los peces del estante de alojamiento a la sala de comportamiento y déjalos habituarse durante 1 hora.
  2. Aísla temporalmente a cada pez del acuario usando barreras transparentes durante 2–5 minutos antes de alimentar.
  3. Con pinzas, coloca el bocado individualizado de gelatina correspondiente al 1% del peso corporal del pez sobre la superficie del agua delante de cada pez aislado.
  4. Observa cada pez para confirmar el consumo total del bocado de pienso en un plazo de 5 minutos.
  5. Después de que los peces hayan consumido el alimento, se retiran las barreras y se devuelven a sus acuarios de origen o se procedan a procedimientos experimentales.
    NOTA: Un ejemplo desarrollado que describe la preparación del alimento y el cálculo de las cantidades objetivo y reales de dosificación se proporciona en el Archivo Suplementario 1, con los valores de ejemplo también presentados en la Tabla 1.

Resultados

Palatabilidad de la gelatina
Para evaluar la palatabilidad del alimento, se administró un alimento a base de gelatina durante cinco días consecutivos en lugar de su alimentación matutina a los peces cebra AB y TL (Figura 2). Todos los peces de la lengua de la cabeza consumieron el alimento en un plazo de 5 minutos en la primera exposición, mientras que los peces AB requirieron exposición repetida, con 15 de cada 16 individuos consumiendo consistentemente el alimento tras cuatro días consecutivos de aclimatación (Figura 2A). El análisis del tiempo de consumo de la toma utilizando una ANOVA tripartita (cepa × sexo × día) reveló efectos principales significativos de la tensión (F₁,₁₂₅ = 19,4, P < 0,0001) y el día (F₄,₁₂₅ = 5,80, P < 0,001), pero ningún efecto principal del sexo (F₁,₁₂₅ = 0,24, P = 0,63). Se observaron interacciones significativas entre la deformación y el día (F₄,₁₂₅ = 3,35, P = 0,012) y entre la tensión, el día y el sexo (F₄,₁₂₅ = 2,55, P = 0,04). Los peces TL de ambos sexos consumieron el alimento rápidamente desde la primera exposición (4–20 s), mientras que los peces AB mostraron tiempos de consumo inicial más largos (7–144 s) que disminuyeron con el paso de los días (Figura 2B). A los días cuatro y cinco, todos los peces excepto un macho AB consumieron el alimento en menos de 10 segundos. Aproximadamente el 95% de los peces consumen el alimento de gelatina en un plazo de 30 segundos tras la presentación tras 2–3 días de aclimatación, según se informóanteriormente entre 15,16.

Efecto conductual de MK-801 administrado mediante alimentación con gelatina
Para demostrar la eficacia de la administración de fármacos a base de gelatina, se administró MK-801, un antagonista del receptor de N-metil-D-aspartato (NMDAR), utilizando alimento con gelatina. La distancia al fondo durante la exploración de un tanque nuevo se midió como una lectura conductual. Se sabe que MK-801 altera la locomoción y comportamientos similares a la ansiedad o evitación de depredadores en el pez cebraadulto 17. Los peces cebra AB adultos se aclimataron al procedimiento de alimentación recibiendo bocados de gelatina sin el fármaco durante dos días consecutivos para asegurar familiaridad y consumo fiable. En el tercer día, los peces asignados al grupo de tratamiento recibieron una dosis única de MK-801 (4 mg kg⁻1) incorporada al alimento de gelatina. El pez control recibió solo un bocado idéntico que contenía un bocado de gelatina (el vehículo (agua). El pienso se administró 30 minutos antes de la evaluación conductual en la prueba del nuevo acuario.

El comportamiento de ansiedad o evitación de depredadores, medido como la distancia desde el fondo, se analizó utilizando un ANOVA 2 × 2 (fármaco × sexual), que reveló un efecto principal significativo de MK-801 (Figura 3) (F₁,₆₉ = 24,5, P < 0,001). Los peces tratados con drogas pasaban más tiempo cerca de la parte superior del acuario, un patrón comúnmente interpretado como una reducción de la ansiedad o de evitación de depredadores. No hubo un efecto principal del sexo (F1,69=2,52, P=0,12) ni de la interacción entre fármacos (F1,69=1,0, P=0,32). Las pruebas t corregidas por FDR confirmaron que MK-801 aumentó la distancia inferior tanto en mujeres (P = 0,0076) como en machos (P = 0,023).

En conjunto, estos hallazgos demuestran que el alimento a base de gelatina permite la administración oral eficaz de compuestos farmacológicos, produciendo cambios esperados inducidos por fármacos en el comportamiento de la zona de fondo en la nueva prueba en tanque.

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Figura 1: Preparación de alimento con gelatina. El alimento de gelatina se pipeteaba sobre una película de parafina en trozos individuales correspondientes al 1% de la masa corporal y se dejaba que se fijara a −20 °C. Esta cifra ha sido modificada a partir de Ochocki et al.11. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

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Figura 2: Consumo de pienso a base de gelatina por los peces cebra adultos. (A) Porcentaje de peces AB y TL de ambos sexos que consumieron el alimento en los primeros 5 minutos tras la administración. (B) Tiempo para alimentar el consumo de peces AB y TL según el sexo. Los peces que no consumieron el alimento fueron excluidos del análisis de tiempo para comer. Los datos se muestran como media ± s.e.m.; n = 8 peces por cepa y sexo. Esta cifra ha sido modificada a partir de Ochocki et al.11. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

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Figura 3: Efectos conductuales de la administración de antagonistas del receptor NMDA.  El MK-801 (4 mg/kg) se administró 30 minutos antes de la novedosa prueba en acuario en peces cebra AB adultos de ambos sexos. La distancia desde el fondo del acuario se utilizó como medida de comportamientos de ansiedad o evitación de depredadores. Los datos se presentan como gráficos de caja y bigote que muestran la mediana (línea central), el rango intercuartílico (caja) y ±1,5× el rango intercuartílico (bigotes). *P < 0,05 basado en pruebas t corregidas por pares de tasa de descubrimiento falso. Tamaños de muestra: vehículo hembra, n = 20; MK-801 femenina, n = 19; vehículo masculino, n = 19; macho MK-801, n = 15. Cinco animales fueron excluidos del análisis porque no consumieron el alimento con gelatina. Esta cifra ha sido modificada a partir de Ochocki et al.11. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

ComponenteConcentración de stockConcentración de objetivosMasa/Volumen objetivoMasa/Volumen real
Gelatina-12% (por semana)60 mg62 mg
Espirulina-4% (v/v)20 mg25 mg
Extracto de gambas en salmuera250 mg/mL80 mg/mL160 μL200 μL
Droga10 mg/mL0,4 mg/μL (4 mg/kg a 1% de peso corporal)20 μL25 μL
Agua--320 μL400 μL
Volumen total de alimentación líquida--500 μL625 μL
Volumen Total del Pienso Terminado--500 μL516,7 μL

Tabla 1: Ejemplo de preparación de pienso con gelatina. Concentraciones de stock, objetivo y masas o volúmenes reales hipotéticos usados para preparar un alimento a base de gelatina para la administración de fármacos de 4 mg/kg administrada al 1% del peso corporal.

Archivo suplementario 1: Ejemplo de preparación de pienso a base de gelatina para varios peces. Ejemplo resuelto que demuestra la formulación del alimento que contiene fármaco y el cálculo de volúmenes dosificados individualizados basados en el peso corporal individual. Por favor, haga clic aquí para descargar este archivo.

Discusión

El método de alimentación basado en gelatina presentado aquí supera las limitaciones clave de los enfoques de administración de fármacos comúnmente utilizados en peces cebra, permitiendo una dosificación individualizada basada en la masa corporal con un manejo mínimo. Esto mejora la precisión experimental y la reproducibilidad. La naturaleza maleable por calor de la gelatina permite que una única preparación homogénea se licue, se porcione con precisión y se solidifique de nuevo en bocados individualizados, asegurando una distribución uniforme del fármaco y acomodando la variabilidad de tamaño entre individuos. Además, la administración oral mediante alimentación con gelatina evita el estrés y el posible daño asociados con los métodos basados en inyección, lo que representa un importante refinamiento bajo el marco de las 3R4.

Las ventajas de este enfoque dependen de una ejecución precisa. Varios factores procedimentales son críticos para una implementación exitosa. La medición precisa de la masa corporal individual es esencial, ya que los peces cebra adultos pueden mostrar una heterogeneidad considerable de tamaño incluso dentro de grupos de edad, sexo y cepa, con una masa corporal que varía casi tres veces entreindividuos 11, 18 y 19. Una homogeneización exhaustiva del compuesto dentro de la matriz de gelatina es igualmente importante para asegurar una dosificación consistente en las porciones de alimento. Por último, aclimatar a los peces a la alimentación con gelatina antes de la administración del medicamento reduce la negativa al alimento; Se recomienda confirmar visualmente la ingestión del alimento para garantizar una administración precisa de la dosis.

Sin embargo, incluso con una ejecución adecuada, existen algunos desafíos prácticos en la administración de medicamentos basada en alimentación. Un posible problema es la colocación incorrecta de los trozos de pienso, lo que puede provocar una rápida desintegración del alimento tras colocarla en agua. Esto suele resultar de un control y/o mezcla inadecuado de la temperatura durante la preparación, un calentamiento prolongado o ciclos repetidos de congelación-deshielo de las materias primas. Para evitar esto, debe asegurarse la disolución completa de la gelatina mediante un calentamiento o mezcla adecuado, y las calzas preparadas deben dividirse en porciones de un solo uso que se descongelen solo una vez y se usen rápidamente. Para preparaciones sensibles, se recomienda preparar un bocado adicional de alimento, que puede añadirse a un vaso de precipitados con agua, confirmando el encastre adecuado antes de la experimentación. Para compuestos que reducen la palatabilidad del alimento, la aceptación puede mejorarse incorporando atrayentes como el zumo de almeja12˒13 o los atrayentes comercialesde pescado 20. En el presente estudio, se utilizó extracto de gamba salmuera para mejorar la palatabilidad y resultó eficaz. Alternativamente, administrar varias dosis más pequeñas puede mejorar el consumo mientras se logra la exposición acumulada deseada. Más allá de estas consideraciones prácticas, la entrega basada en piensos también tiene limitaciones farmacocinéticas inherentes. Como ocurre con todos los métodos de administración oral, la absorción gastrointestinal puede retrasar o reducir la biodisponibilidad en comparación con los enfoques basados en inyección, y la estabilidad del compuesto dentro de la matriz de alimentación puede variar.

A pesar de la aclimatación, una pequeña proporción de animales puede no consumir el pienso con gelatina y debe ser excluido del análisis, ya que puede que no reciban la dosis esperada del fármaco. Las tasas de rechazo suelen oscilar entre el 2,4% y el 6,4%15,16, por lo que no suponen un gran obstáculo metodológico. La ingesta de alimentación también puede variar entre cepas. Este efecto de cepa es coherente con informes previos que indican que el fondo genético puede influir en la latencia para acercarse alalimento 20. Estos factores deben tenerse en cuenta al diseñar experimentos. Se recomienda informar sobre el cumplimiento de la alimentación junto con la identidad de la cepa para mejorar la transparencia y la reproducibilidad.

Otra limitación importante del presente estudio es que el protocolo fue desarrollado y validado exclusivamente en peces cebra adultos y, por tanto, no es directamente transferible a la etapa larval. Este método se basa en la dosificación individualizada basada en la masa corporal y la ingestión de bocados discretos de gelatina. Esto es factible en adultos pero poco práctico en larvas debido a su pequeño tamaño de hueco, su comportamiento de alimentación basado en suspensión y la dificultad para obtener mediciones fiables de la masa corporal individual. En consecuencia, la adaptación para aplicaciones larvales requeriría modificaciones sustanciales. Estas modificaciones podrían incluir el desarrollo de partículas a microescala y estrategias alternativas de liberación.

En comparación con los métodos basados en alimentación descritos anteriormente, este enfoque ofrece una precisión de dosificación superior y facilidad de uso. Los piensos comerciales de gelatina requieren porciones de material heterogéneo, limitando la precisiónde dosis 12, mientras que otros métodos administran cantidades uniformes a todos los animales y asumen una masa corporalidéntica 14,21. Al permitir la dosificación individualizada, el método de alimentación a base de gelatina descrito aquí evita la sobredosis o subdosificación y mejora el control experimental; Esto también alinea la dosificación de fármacos en peces cebra adultos con las mejores prácticas en roedores, que normalmente dosifican según el peso. Este método también es muy adecuado para estudios que requieren manipulación farmacológica precisa y repetida, ya que resulta en un estrés mínimo. Esto incluye aplicaciones en neurociencia conductual, neurofarmacología e investigación sobre el envejecimiento. También es ventajoso para compuestos que interactúan con anestésicos o que presentan poca estabilidad en ambientes acuosos. Aunque se ha demostrado aquí en peces cebra adultos, el enfoque es fácilmente adaptable a otros organismos modelo acuáticos. En conjunto, esta técnica mejora la precisión de dosificación, el bienestar animal y la flexibilidad metodológica, ampliando la utilidad de los modelos de peces en la investigación biomédica.

Divulgaciones

Este protocolo se basa en trabajos previamente publicados en el Journal of Experimental Biology, Ochocki AJ, Kenney JW, 202311. El presente artículo ofrece una guía metodológica detallada y ampliada para la reproducibilidad.

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (R35GM142566) a J.W.K.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
(+) MK-801 hydrogen maleate powderSIGMA-ALDRICHM107-5MG
Gelatina de piel porcina en polvoSIGMA-ALDRICHG1890-100GFuerza de gel ~300 g Bloom, Tipo A, Bioreactivo
Camarones de salmuera secos Mikro Fine Brine Shrimp Directhttps://www.brineshrimpdirect.com/mikro-fine-dried-brine-shrimp-16-ounceFinos < 400 micrones 
Polvo de SpirulinaBrine Shrimp Directhttps://www.brineshrimpdirect.com/spirulina-powder-spirulina-powder-2-oz99% Algas azules y verdes puras

Referencias

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