מאמר זה מספק תיאור מפורט של מבחן המזון הקבור וניסוי אפליית ריח חברתי כדי להעריך את ההשפעות של חשיפה למזהמים סביבתיים בשאיפה על תפקוד חוש הריח בעכברים.
מאמר שיטה
מאמר זה מספק תיאור מפורט של מבחן המזון הקבור וניסוי אפליית ריח חברתי כדי להעריך את ההשפעות של חשיפה למזהמים סביבתיים בשאיפה על תפקוד חוש הריח בעכברים.
פגיעה בחוש הריח היא בעיה משמעותית בבריאות הציבור ומנבאת באופן עצמאי את הסיכון למחלות נוירודגנרטיביות. חשיפה למזהמים סביבתיים בשאיפה עלולה לפגוע בחוש הריח; לפיכך, יש צורך דחוף בשיטות להערכת ההשפעות של חשיפה למזהמים סביבתיים בשאיפה על חוש הריח. עכברים הם מודלים אידיאליים לניסויי ריח בגלל מערכת חוש הריח המפותחת שלהם והמאפיינים ההתנהגותיים שלהם. כדי להעריך את ההשפעות של חשיפה למזהמים סביבתיים בשאיפה על תפקוד חוש הריח בעכברים, מסופק מבחן מזון קבור מפורט וניסוי אפליית ריח חברתי, כולל הכנת הניסוי, הבחירה וההקמה של מתקני ניסוי, תהליך הבדיקה ומדדי הזמן. בינתיים, ציוד למדידת זמן, פרטים מבצעיים וסביבת הניסוי נדונים כדי להבטיח את הצלחת הניסוי. אבץ גופרתי משמש כטיפול כדי להדגים את ההיתכנות של הגישה הניסויית. הפרוטוקול מספק תהליך תפעולי פשוט וברור להערכת ההשפעות של מזהמים סביבתיים בשאיפה על תפקוד חוש הריח בעכברים.
פגיעה בחוש הריח התגלתה כדאגה ראויה לציון לבריאות הציבור, והיא קשורה באופן עצמאי לסיכון מוגבר למחלות נוירודגנרטיביות. מצב זה יכול להשפיע לרעה על הרווחה הכללית, לתרום להתפתחות תסמיני דיכאון, ולגרום לירידה באיכות החיים. השפעתה נצפית באופן בולט בשינוי תפיסת מזון, הפרעה בתקשורת חברתית ורגשות שליליים מוגברים1. גורמים שונים, כולל מחלת סינונסל, זיהום בדרכי הנשימה העליונות ופגיעה מוחית טראומטית, נחשבו כתורמים לפגיעה בחוש הריח בבני אדם2. יש לציין כי מזהמים סביבתיים נשאפים כגון PM2.5, המוערכים בטווח שבין 2% ל -16%, נכנסים לגוף דרך אוויר השראה, חוצים את חלל האף, ומגיעים לאזורים ספציפיים ייעודיים לחוש הריח שם הם שוקעים 3,4,5,6,7. ממצאים אחרונים מצביעים על כך שמזהמים סביבתיים הניתנים לשאיפה, כולל PM2.5 ואמוניה, אכן יכולים לפגוע בנוירונים חושי הריח 8,9,10. עם זאת, נדרש אימות נוסף כדי לוודא אם נזק כזה מוביל ישירות לתפקוד לקוי של חוש הריח. לפיכך, יש חשיבות מיוחדת להערכה מדוקדקת של ההשפעות של מזהמים סביבתיים הניתנים לשאיפה על תפקוד חוש הריח.
כיום, מעבדות מחקר רבות משתמשות בעכברים כמודל חלופי לבעלי חוליות לניסויים התנהגותיים שמטרתם להבין שינויים בתפקוד חוש הריח 11,12,13,14. עכברים נבחרו כמערכת המודל המועדפת לחקר תקשורת כימית של בעלי חוליות, והיא מפגינה רגישות יוצאת דופן לחוש הריח החיונית לליקוט מזון ולתקשורת חברתית15. יתר על כן, מערך הכלים המתפתח ללא הרף לתצפית והשפעה על התנהגות עכברים הפך מין זה למושך במיוחד למחקר על תפקוד חוש הריח16.
במחקר זה השתמשנו במבחן המזון הקבור ובניסוי אפליית הריח החברתי כדי להעריך פגיעה בחוש הריח במודל עכברי שנחשף למזהמים סביבתיים הניתנים לשאיפה. כדי לשפר את דיוק ההערכה, בחרנו בשיטה המייצגת ביותר להערכת תפקוד חוש הריח. שיפרנו שיטה זו באופן שיטתי כדי להבטיח פשטות ובהירות, מה שמאפשר לנו לאמוד ביעילות את מידת תפקוד לקוי של חוש הריח הנגרם על ידי מזהמים סביבתיים הניתנים לשאיפה.
השתמשנו בעכברי C57BL/6J זכרים (גיל: 6-8 שבועות; משקל: 20-22 גרם) לכל מבחני ההתנהגות. העכברים היו נתונים לתנאים יציבים (כלומר, טמפרטורה, 23 ± 1 מעלות צלזיוס; לחות, 55% ± 5%, ומחזור אור-חושך של 12/12 שעות עם אורות דולקים בשעה 7:00). כל מבחני ההתנהגות בוצעו בין השעות 10:00-17:00. כל הניסויים בבעלי חיים אושרו על ידי ועדת האתיקה של הוועדה המקצועית לניסויים בבעלי חיים של אוניברסיטת צ'ינגדאו. לאחר תקופת הסתגלות של שבוע, כל העכברים נחשפו למזהמים סביבתיים הניתנים לשאיפה.
1. חשיפה למזהמים
2. בדיקת מזון קבור
3. ניסוי אפליית ריח חברתי
מזהמים סביבתיים הניתנים לשאיפה פוגעים בתפקוד חוש הריח בעכברים. אבץ אטמוספרי הנפלט ממשרפות וכלי רכב מנועי הוכח כמזהם בשאיפה שיכול לגרום לדלקת ריאות אלרגית20. אבץ גופרתי נחשב לאחת התרכובות האופייניות הגורמות לתפקוד לקוי של חוש הריח21. לכן, אנו משתמשים באבץ גופרתי כטיפול לחשיפת עכברים על ידי החדרה תוך אפית ובדיקה באמצעות בדיקת המזון הקבור וניסוי אפליית ריח חברתי. במבחן קבורת המזון נדרשו יותר מ-240 שניות לעכברים שנחשפו לאבץ גופרתי למצוא את המזון בהשוואה לקבוצת הביקורת (איור 2). עכברים חסרי מזון עם חוש ריח רגיל בדרך כלל מוצאים את המזון הקבור תוך דקה אחת. כאשר העכברים פיתחו תפקוד לקוי של חוש הריח, לקח להם זמן רב יותר למצוא מזון או אפילו לא הצליחו למצוא מזון. בהשוואה לקבוצת הביקורת, לעכברים בקבוצה שנחשפה לקח זמן רב יותר למצוא מזון, עם מקרים מסוימים שבהם הם לא הצליחו למצוא מזון בתוך 240 שניות, מה שמצביע על נזק לתפקוד חוש הריח.
תוצאות דומות נצפו בניסוי אפליית ריח חברתי. בעכברים שנחשפו לאבץ גופרתי, לא ניתן היה לרחרח שתן זכר או שתן נקבי במהלך זמן התצפית שנקבע (איור 3A). מעבר לזמן שנקבע, העכברים שנחשפו לאבץ גופרתי רחרחו לזמן קצר שתן נקבי וזכרי, אולם זמן הרחרוח היה קצר משמעותית מזה של עכברי הביקורת (איור 3B). כאשר נפחים שווים של שתן נקבי וזכרי מוצגים בו זמנית, עכברים זכרים מעדיפים בדרך כלל שתן נקבי22. העכברים בקבוצה שנחשפה נזקקו לזמן רב יותר כדי להבחין בין שתן נקבי לשתן זכרי או אפילו לא יכלו להבחין ביניהם. באופן ספציפי, בהשוואה לקבוצת הביקורת, העכברים בקבוצה שנחשפה בילו זמן רב יותר בריח השתן ובילו זמן קצר יותר בקרבת השתן.

איור 1: פריסת טבלת ניתוחים. כלובים A ו-B הוחזקו במרחק של 0.5 מ'. ציוד הקלטת הווידאו נשלט מעל כלוב B על ידי מחזיק הטלפון הנייד, ושדה הווידאו הותאם להקלטת הסביבה הפנימית של הכלוב. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: תוצאות בדיקת מזון קבור. ניתוח סטטיסטי של עכברי ביקורת ועכברים שנחשפו לאבץ גופרתי בחיפוש אחר מזון. עכברים בקבוצת הביקורת מצאו מזון בטווח של 30 שניות, ועכברים שנחשפו לאבץ גופרתי מצאו מזון במשך יותר מ-240 שניות, שחושב כ-240 שניות. מבחן t מדגם עצמאי שימש להשוואת ההבדלים בין שתי הקבוצות. הנתונים מוצגים כממוצע ± SD (n = 3 עכברים לקבוצה); ** עמ' < 0.01. אם בעל חיים כלשהו לא מצא את המזון לאחר 240 שניות, הזמן למצוא מזון נרשם כ 240 שניות, כמו במקרה של כל בעלי החיים שטופלו. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: ניסוי אפליית ריח חברתי. (A) ניתוח סטטיסטי של עכברי ביקורת ועכברים שנחשפו לאבץ גופרתי בחיפוש אחר שתן. עכברים בקבוצת הביקורת מצאו שתן בתוך 30 שניות, ועכברים שנחשפו לאבץ גופרתי בילו יותר מ-240 שניות בחיפוש אחר שתן נקבי או זכרי, שנספר כ-240 שניות. אם בעל חיים כלשהו לא מצא את בקבוקון השתן לאחר 240 שניות, הזמן למצוא את הבקבוקון נרשם כ 240 שניות, כמו במקרה של כל בעלי החיים שטופלו. (B) זמן השהייה במגע עם שתן נותח סטטיסטית עבור עכברי ביקורת ועכברים שנחשפו לאבץ גופרתי. מבחן t מדגם עצמאי שימש להשוואת ההבדלים בין שתי הקבוצות. הנתונים מוצגים בממוצע ± SD (n = 3 עכברים לקבוצה); ** P < 0.01, * P < 0.5. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
מאמר זה מציג שני פרוטוקולים בסיסיים שנועדו להערכה מהירה של ליקוי חוש הריח בעכברים. מזהמים סביבתיים מגוונים הניתנים לשאיפה גורמים לרמות ברורות של תפקוד לקוי של חוש הריח בעכברים. מבחן המזון הקבור משמש להערכת היכולת לזהות ריחות נדיפים, ואילו ניסוי אפליית ריחות חברתיים מעריך את יכולתו של בעל החיים להבחין ולהבדיל בין ריחות חברתיים שונים. הפרוטוקול כאן משמש להערכת ההשפעות הרעילות של מזהמים סביבתיים על תפקוד חוש הריח.
מזהמים סביבתיים נשאפים, כולל אוזון, אמוניה ופליטת דיזל, הם בעלי ריחות שעשויים להשפיע על תפיסת הריח של העכברים במהלך רחרוח הדגימה23,24. חשוב לציין כי ביצוע ניסויים התנהגותיים בעכברים מיד לאחר סיום החשיפה עלול להניב תוצאות שליליות כוזבות22. כדי להתמודד עם חשש זה, יישמנו אמצעים לשיפור אמינות הניסוי. באופן ספציפי, הכלובים נוקו ביסודיות והוחלפו חומרי מצעים לאחר תקופת החשיפה. לאחר מכן, נערכו ניסויים התנהגותיים במרווח של 24 שעות לאחר החשיפה22. התאמה פרוצדורלית זו נועדה להבטיח תוצאות מדויקות ומשמעותיות.
בניסוי קבורת המזון, פרמטר מרכזי היה הזמן שלקח לעכברים לאתר מזון מוסתר. ראוי לציין כי עכברים לחוצים נוטים להפגין פעילות מוגברת ומיקוד מופחת במהלך הבדיקה, מה שעלול להוביל לתוצאות חיוביות כוזבות 25,26,27,28. לכן, חובה לוודא שהעכברים נשארים רגועים ואינם נתונים ללחץ מופרז בשלב הבדיקה. כדי למנוע הפרעה פוטנציאלית, עכברים הועברו ממגוריהם לאזור הבדיקה שעה לפני הניסוי. צעד זה ננקט כדי לאפשר לעכברים להתאקלם ולהפחית את הלחץ. כדי לאפשר הקלטת זמן מדויקת, מכשיר ההקלטה הופעל כאשר העכברים הוכנסו לכלוב ניסוי B, ואז התצפיתנים נסוגו מיד לאזור התצפית. התצפיתנים הוצבו במרחק אופטימלי של 2 מ' מהכלוב, והבטיחו תצפית ברורה מבלי לגרום להפרעה. הקריטריונים לזיהוי מוצלח של מזון כללו מקרים שבהם עכברים השתמשו בכפותיהם הקדמיות או הרכינו את ראשם מעל המזון. שתי ההתנהגויות נחשבו כמעידות על מציאת מזון, בהתאם לסטנדרטים מקובלים19. במקרים בהם מספר עכברים באותה קבוצת מינון נזקקו לבדיקה, הובטח כי הם לא יוחזרו לכלוב הגידול המקורי שלהם אלא יושמו באופן זמני בכלוב רגיל C. רק לאחר בדיקת כל העכברים באותו כלוב הם הוחזרו באופן קולקטיבי לביתם המקורי. בהתחשב בריח הפוטנציאלי של המזונות שנבדקו, ננקטו אמצעי זהירות לאחסן אותם בשקיות אטומות מראש ולאטום מחדש או להניח אותם במיכלים אטומים לאחר השימוש. אמצעים אלה יושמו כדי לשמור על שלמות תנאי הניסוי ולהבטיח תוצאות אמינות.
בניסויים על אפליית ריח חברתי, חיוני להשתמש בדגימות שתן שמקורן בעכברים בוגרים מינית19. קביעת הבגרות המינית מבוססת על גיל העכברים, פרמטר המשתנה בין זני עכברים שונים. לאחר האיסוף, מומלץ לאחסן שתן זכר ונקבה בנפרד במקרר ב -80 מעלות צלזיוס. מחקרים קודמים השתמשו בשעוני עצר למטרות תזמון. עם זאת, לשיטה זו היו מגבלות, כגון מיקום משקיפים במרחק ניכר מכלוב הניסוי, מה שהוביל לבעיות פוטנציאליות כמו תצפיות לא ברורות ותזמון לא מדויק 19,22,29. כדי להתמודד עם אתגרים אלה, שיפרנו את נהלי התזמון על ידי שילוב ציוד וידאו במקום שעוני עצר. שינוי זה לא רק מאפשר רכישת נתונים מדויקים יותר, אלא גם מאפשר איסוף נתונים מקבוצות ניסוי מרובות.
בניסויים אלה נעשה שימוש במכשיר הווידיאו כדי להקליט את התנהגותם של עכברים, מה שיש לו יתרון בכך שהוא מפחית את קצב הפריימים של הווידאו ומאפשר לצופים לתעד את הזמן של פעילויות התנהגות שונות של עכברים בצורה מדויקת יותר, ובכך לפצות על החסר שהצופים לא יכלו לצפות בהתנהגות העכברים באזור התצפית. עם זאת, החיסרון בשימוש בציוד הקלטת וידאו הוא כי זמן הניתוח יגדל. בסוף הניסוי היינו צריכים לצפות שוב בווידיאו כדי לתעד את הזמן של הפעילויות ההתנהגותיות השונות של כל עכבר. כאשר מספר העכברים גדול, יש צורך לנתח את הווידאו של כל עכבר, אשר יגדיל את נטל העבודה של המעבדה.
ממצאי המחקר מצביעים על כך שמזהמים סביבתיים שונים הניתנים לשאיפה עלולים להשפיע לרעה על תפקוד חוש הריח. מאמר זה מציג גישה מהירה, לא מסובכת ומדויקת למדי להערכת רעילות חוש הריח הקשורה למזהמים סביבתיים הניתנים לשאיפה. שיטה זו חיונית לביצוע הערכות סיכונים לתפקוד לקוי של חוש הריח המיוחס למזהמים סביבתיים בבני אדם.
המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.
עבודה זו נתמכה כספית על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82204088, 82273669) והקרן למדעי הטבע של מחוז שאנדונג, סין (ZR2021QH209).
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.5-10 μ L מיקרופיפטה מתכווננת | אפנדורף, גרמניה | 3123000225 | החדרה תוך-אפית |
| 0.9% תמיסת מלח | Solarbio | 7647-14-5 | ממיסים מזהמים |
| אבץ גופרתי נטול מים | מקלין | 7733-02-0 | חשיפת עכברים |
| צינור צנטריפוגה (2 מ"ל) | Biosharp Incorporated | BS-20-M | מקום שתן |
| איזון אלקטרוני | Changzhou Ohaus Co. | EX125DZH | חומרי הרדמה ומזהמים משקל |
| GraphPad פריזמה | תוכנת GraphPad | 8.0.1 | ניתוח סטטיסטי |
| גלאי אבק כף יד | TSI משולב | DuatTrak 8532 | עכברים חשופים לשאיפה |
| ציוד הקלטת וידאו | אפל בע"מ. | אייפון 6s פלוס | זמן הפעילות של העכברים נרשם |
| מערבולת מערבולת | היימן קיילין-בל מעבדה אינסטרומנטס ושות'. | מערבולת-5 | תמיסת ערבוב |
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה
8532