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Amministrazione composta II

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Compound Administration II

5.3: Fundamentals of Breeding and Weaning

5.14: Diagnostic Necropsy and Tissue Harvest

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12:32 min

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April 30, 2023

Overview

Fonte: Kay Stewart, RVT, RLATG, CMAR; Valerie A. Schroeder, RVT, RLATG. Università di Notre Dame, IN

La somministrazione di composti è spesso una componente integrante di uno studio sugli animali. Molti fattori devono essere valutati per garantire che il composto venga consegnato correttamente. La via di somministrazione influenza i meccanismi di assorbimento. Le caratteristiche della sostanza da introdurre (pH, viscosità e concentrazione) possono dettare la via di somministrazione selezionata.1,2,3

Principles

Le due principali vie di somministrazione sono enterale (attraverso il tratto digestivo) e parenterale (somministrata al di fuori del tratto digestivo). La scelta della via di somministrazione è determinata principalmente dai requisiti dello studio. Il principale vantaggio del dosaggio parenterale è che il composto non è soggetto al metabolismo epatico, con conseguente maggiore biodisponibilità. Tuttavia, ci sono molti protocolli sperimentali che richiedono che i composti vengano somministrati per via orale per imitare meglio l’assunzione naturale di una sostanza. Il percorso migliore da utilizzare è determinato dalle proprietà del composto di prova.

Il dosaggio orale è il metodo più comunemente usato di somministrazione del farmaco negli esseri umani. Questo viene fatto con compresse, capsule o forme liquide di farmaci. La somministrazione di compresse e capsule non è pratica nei roditori, quindi il dosaggio orale comune per topi e ratti si ottiene sciogliendo il composto in acqua potabile, utilizzando alimenti specializzati che incorporano il composto di prova nella formula o posizionando il composto in dolcetti. Quando si dosa tramite acqua potabile, il saccarosio viene spesso aggiunto all’acqua per migliorare l’appetibilità. Tuttavia, dovrebbe essere finemente bilanciato per incoraggiare la normale assunzione di acqua e non bere eccessivamente a causa del gusto zuccherino.

Molti studi hanno dimostrato che il gavage orale ripetuto è stressante sia per i topi che per i ratti^. ^4,5 È anche ad alta intensità di lavoro per il personale addetto alla cura degli animali. Esiste un mangime disponibile in commercio che ha comunemente dosato composti- come il fenbendazolo, che viene utilizzato per eliminare i parassiti nei roditori – incorporato in esso. Altre aziende forniscono trattamenti medicati che contengono antinfiammatori, analgesici, antiparassitari o antibiotici. Le aziende di mangimi che producono le diete formulate per topi e ratti creeranno diete di prova specializzate per soddisfare un requisito sperimentale. Molti laboratori hanno formulato le proprie prelibatezze con l’uso di miele, burro di arachidi o gelatina aromatizzata alla frutta. ^4,5

Il dosaggio orale manca di precisione perché l’assunzione di un composto dipende dall’accettazione del cibo o dell’acqua, dalla stabilità del composto e dal numero di animali presenti nella gabbia. Tuttavia, se il dosaggio esatto non è fondamentale per l’esperimento, questo metodo di dosaggio non invasivo è il migliore per il benessere degli animali.

Il gavage orale è un metodo molto più preciso di dosaggio enterale, in quanto consente la deposizione del composto direttamente nello stomaco dell’animale in un momento specifico e ad un volume specificato. Tuttavia, la formazione è necessaria per garantire il successo. Una corretta moderazione dell’animale è fondamentale per il successo di questa tecnica. Lesioni alla cavità orale, faringe, laringe, trachea, esofago e stomaco possono derivare da un posizionamento improprio della testa e del corpo. L’animale deve essere strettamente afferrato, in modo tale che la testa non sia in grado di torcersi, per prevenire tali lesioni.

Gli aghi dosature sono disponibili in formati riutilizzabili o monouso. Sebbene costoso, l’uso di aghi usa e getta rimuove la minaccia di contaminazione incrociata durante il dosaggio di più animali. Esistono diverse dimensioni di aghi gavage, che vanno dal calibro 20-22 per i topi e dal calibro 18-20 per i ratti. La scelta dell’ago è determinata dalle dimensioni dell’animale, dal volume di liquido e dalla viscosità della soluzione da somministrare.

Il gavaging orale deve essere eseguito su un animale cosciente per ridurre la possibilità di posizionare l’ago nella trachea. Un animale cosciente manterrà il riflesso della deglutizione e il riflesso del vomito, facilitando il corretto posizionamento nell’esofago. È stato condotto uno studio che ha dimostrato che precoating l’ago del gavage con saccarosio ha indotto il riflesso della deglutizione e ha ridotto la quantità di tempo necessaria per passare l’ago nell’esofago. ⁶

Un agente topico che viene posizionato direttamente sulla superficie della pelle è generalmente destinato a influenzare solo l’area su cui viene applicato. Questi possono essere creme, lozioni, unguenti, schiume o gel. Poiché gli animali tenderanno a pulire l’area in cui viene applicato l’agente, deve essere considerata la tossicità del consumo orale.

I composti somministrati localmente sono formulati per essere assorbiti attraverso gli strati del derma e lo spazio sottocutaneo attraverso i follicoli piliferi e le ghiandole accessorie. I fattori che influenzano l’assorbimento dei composti includono la condizione della pelle, la superficie utilizzata, la concentrazione della sostanza, la solubilità lipidica del composto e il periodo di tempo in cui è a contatto con la superficie della pelle. Strati di pelle ben idratati e sottili diminuiranno il tempo di assorbimento.

Quando si applica una sostanza per via topica, c’è la possibilità di assorbimento sistemico a causa dell’animale che pulisce l’area. Dovrebbero essere adottate misure preventive per evitare l’ingestione accidentale o la rimozione precoce della sostanza. Piccoli collari o scudi sono disponibili per impedire all’animale di raggiungere le parti del corpo colpite. Possono anche essere necessari alloggi individuali per prevenire l’allogrooming da parte dei compagni di gabbia.

Procedure

1. Applicazione topica

Prima di applicare unguenti e creme, rimuovere tutta la pelliccia dalla zona attraverso l’uso di una crema depilatoria o da barba.
Pulire accuratamente e asciugare la pelle.
Applicare la sostanza direttamente sulla pelle con un applicatore con punta di cotone o tramite una goccia posizionata direttamente per evitare il contatto da parte del tecnico.
Per ottenere i migliori risultati, applicare diversi strati sottili di unguento o crema anziché un’applicazione una tantum di uno strato spesso.
Applicare il liquido separando i capelli e applicando una goccia sulla pelle esposta.
Quando si applica una sostanza per via topica, esiste una possibilità di assorbimento sistemico a causa dell’animale che pulisce l’area. Dovrebbero essere adottate misure preventive per evitare l’ingestione accidentale o la rimozione precoce della sostanza. Piccoli collari o scudi sono disponibili per impedire all’animale di raggiungere le parti del corpo colpite. Possono anche essere necessari alloggi individuali per prevenire l’allogrooming da parte dei compagni di gabbia.

Figura 1. Applicazione topica nei topi.

2. Dosaggio orale

Quando si forniscono composti agli animali tramite mangime o acqua, deve essere calcolata una dose minima giornaliera basata sul peso corporeo. Il peso medio del ceppo di topo o di ratto utilizzato nell’esperimento può essere utilizzato per effettuare i calcoli, a meno che non sia specificato che ciascun animale deve essere pesato e la dose figurata per ogni individuo.
Per i protocolli che richiedono che l’assunzione di cibo e / o acqua sia misurata con precisione, gli animali devono essere alloggiati individualmente.
Mangimi o dolcetti specializzati possono essere prodotti per soddisfare esigenze sperimentali.
1. Sostituire la dieta standard con quella formulata, che consente agli animali di ingerire il composto durante il giorno.
2. Potrebbe essere necessario sostituire il cibo più frequentemente rispetto al cibo standard a causa dell’instabilità del composto.
Le sostanze possono anche essere somministrate sciogliendole nell’acqua potabile, consentendo agli animali di ricevere un composto durante il giorno.
1. Una piccola quantità di zucchero viene aggiunta all’acqua per renderla appetibile. La quantità esatta da aggiungere è determinata dall’accettazione dell’acqua da parte dei topi. Utilizzare l’incremento più piccolo possibile.
2. La frequenza di cambiare l’acqua dipende dalla stabilità del composto. Alcune sostanze possono essere sensibili alla luce o precipitare nel tempo.

3. Procedura Gavage

Per i topi vengono utilizzati aghi dosature 20-25 x 1,5 in aghi di dosaggio dritti o curvi. Per i ratti, vengono utilizzati aghi dosature 18-20 x 2-3 in aghi di dosaggio dritti o curvi. Questi sono disponibili come aghi in acciaio inossidabile riutilizzabili o come aghi monouso. Gli aghi monouso possono avere un albero in metallo o plastica flessibile con una punta in silicone.

Attaccare l’ago dosativa a una siringa selezionata in base al volume e alla viscosità della soluzione di prova. Per il dosaggio di liquidi densi, è preferibile una siringa Luer lock. Questi sono generalmente disponibili a partire da una dimensione di 3 cc che ha graduazioni di 100 μl. Questo potrebbe non essere adatto per volumi più piccoli o quando vi è la necessità di volumi di dose esatta con incrementi più piccoli.
Applicare la siringa all’ago in modo che le graduazioni sulla canna possano essere lette senza girare l’ago. Una volta che l’ago è stato inserito nell’esofago, qualsiasi rotazione può rompere l’esofago, con conseguente morte dell’animale.
Riempire una siringa con il volume appropriato di articolo da somministrare (volume ottimale = 5 ml/kg e volume massimo = 20 ml/kg)⁴
La giusta moderazione è essenziale per questa procedura. ⁷
1. Trattenere manualmente i topi afferrando la pelle alla base della testa e scruffandoli. È importante che il corpo sia tenuto in modo tale da essere sospeso in linea retta dalla testa alla coda. Qualsiasi torsione del corpo impedirà il posizionamento dell’ago gavage nell’esofago.
2. Afferrare saldamente la collottola in modo che la testa abbia un movimento minimo da un lato all’altro. I quarti posteriori devono essere stabilizzati per impedire la rotazione del corpo.
3. Per imbavagliare un topo, afferralo sulle spalle usando l’indice e il medio su ciascun lato del collo e il palmo sulla schiena dell’animale. Il pollice, il terzo e il quarto dito dovrebbero circondare il torace per impedire all’animale di essere in grado di muoversi avanti o indietro. La posizione delle dita su ciascun lato del collo impedisce al ratto di girare la testa.
4. È importante che il corpo sia in linea retta e non attorcigliato per aiutare nel posizionamento dell’ago del gavage senza danni alla bocca, alla faringe, all’esofago o allo stomaco.
5. Assicurati che la testa non abbia un movimento eccessivo da un lato all’altro.
6. I quarti posteriori possono essere stabilizzati per impedire la rotazione del corpo. Ciò si ottiene consentendo ai piedi posteriori di appoggiarsi sul bancone o sulla parte superiore della gabbia.
Somministrazione della sostanza
1. Posizionare l’ago con la curva rivolta verso il basso e in linea con la curva naturale del collo. Introdurre l’ago in bocca dal lato destro o sinistro, tra gli incisivi e i molari ad angolo verso la parte posteriore della faringe.
2. Una volta che l’ago si trova nella cavità orale, inclinare la testa all’indietro usando l’ago gavage fino a quando il naso è puntato verso l’alto. Questo è particolarmente importante quando si usano aghi dritti. L’ago dovrebbe scivolare facilmente nell’esofago. Non forzare l’ago verso il basso. Se si avverte resistenza, eseguire l’ago e riprovare.
3. Una volta che l’ago è in posizione nello stomaco, depositare delicatamente il composto.
4. Rimuovere l’ago, assicurandosi che non avvenga alcuna rotazione di un ago curvo.
5. Se l’animale inizia a lottare, rimuovere l’ago dosante e trattenere l’animale in modo più sicuro.
6. Durante l’esecuzione della procedura, se l’animale mostra segni di cianosi o difficoltà respiratoria, o se c’è una soluzione che scorre dalla sua bocca, l’ago dosatore deve essere immediatamente rimosso e l’animale rilasciato nella sua gabbia.
7. In generale, quando si imbavagliano ratti e topi, in particolare con una sostanza caustica, è una pratica raccomandata consegnare inizialmente una piccola quantità – per testare la tosse – prima che venga somministrato l’intero volume. In questo modo, se l’ago è posizionato in modo errato, il volume consegnato ai polmoni è piccolo e l’animale ha maggiori possibilità di recupero.

Figura 2. Gavage orale nei topi (a sinistra) e nei ratti (a destra).

Molti esperimenti richiedono che un composto venga somministrato a un animale attraverso una via orale o topica, in modo che il metodo imiti meglio l’assunzione naturale della sostanza sperimentale.

Per il dosaggio orale, il composto può essere sciolto nell’acqua potabile o incorporato nel cibo che gli animali consumano. Un altro metodo più preciso di dosaggio orale è il gavage orale in cui viene utilizzato un ago grande per posizionare il composto direttamente nello stomaco. D’altra parte, un agente topico può essere posizionato direttamente sulla superficie della pelle ed è generalmente destinato a influenzare solo l’area su cui viene applicato. Ognuna di queste strategie ha vantaggi e limitazioni, di cui parleremo in questo video. Successivamente dimostreremo come eseguire queste tecniche di somministrazione di composti in animali da laboratorio e alcune delle loro applicazioni.

Prima di approfondire i protocolli, esaminiamo le considerazioni, i vantaggi e le carenze di queste tecniche. Il dosaggio orale con compresse, capsule o liquidi è il metodo più comunemente usato per la somministrazione di farmaci negli esseri umani. Tuttavia, le compresse e la capsula non sono pratiche per i roditori, quindi il dosaggio orale comune si ottiene sciogliendo il composto nell’acqua potabile o nel cibo.

Quando si dosa tramite acqua potabile, il saccarosio viene spesso aggiunto all’acqua per migliorare l’appetibilità. Tuttavia, dovrebbe essere finemente bilanciato per incoraggiare la normale assunzione di acqua e non bere eccessivamente a causa del gusto zuccherino. Una buona regola è iniziare con una soluzione di saccarosio al 10% e quindi regolare a seconda dell’assunzione. Un altro modo per dosare oralmente l’animale è attraverso cibo specializzato. Esiste un mangime disponibile in commercio che ha comunemente dosato composti, come il fenbendazolo, incorporati in esso. Le aziende di mangimi per roditori possono anche creare diete di prova specializzate per soddisfare un requisito sperimentale.

I vantaggi di questa forma di dosaggio orale sono che non è invasivo, somministra il composto continuamente e imita la somministrazione di farmaci orali umani. Tuttavia, manca di precisione perché l’assunzione di composti dipende dall’accettazione del cibo o dell’acqua, dalla stabilità del composto e dal numero di animali presenti nella gabbia. Se il dosaggio esatto non è fondamentale per l’esperimento, questo metodo non invasivo è il migliore per il benessere degli animali.

Per una somministrazione orale più precisa, si può usare il gavage orale, che deposita il composto direttamente nello stomaco in un momento specifico e ad un volume specificato. Tuttavia, è necessario un addestramento adeguato per eseguire questa tecnica perché possono verificarsi gravi danni all’animale se non sono adeguatamente trattenuti.

Venendo agli agenti topici, questi includono creme, lozioni, unguenti, spray e gel. In genere, gli agenti topici sono destinati a influenzare solo l’area a cui vengono applicati. Tuttavia, possono anche essere assorbiti nel flusso sanguigno, che può essere intenzionale o non intenzionale. Questo assorbimento dipende da: la condizione della pelle, la superficie utilizzata, la concentrazione della sostanza, la durata del contatto e la solubilità lipidica dell’agente.

Ora che abbiamo discusso il background dei metodi di somministrazione orale e topica, impariamo i protocolli che iniziano con la somministrazione orale tramite mangime o acqua.

Per i calcoli di dosaggio, prima è necessario conoscere la dose prevista da somministrare. In secondo luogo, devi determinare il peso corporeo. Invece di pesare singoli animali, è possibile utilizzare il peso medio del ceppo di topo o ratto per i calcoli, se non diversamente specificato. In terzo luogo, dovresti essere consapevole del numero di animali per gabbia e, in quarto luogo, devi conoscere il consumo medio giornaliero di acqua o cibo per gabbia.

Ricorda, l’alimento formulato o l’acqua potabile con il composto disciolto potrebbe dover essere sostituito più frequentemente rispetto al cibo o all’acqua standard a causa dell’instabilità del composto. Alcuni composti possono essere sensibili alla luce o possono precipitare nel tempo.

Ora, impariamo come somministrare dosi precise per via orale eseguendo gavage orali in topi e ratti.

Il primo passo è selezionare un ago appropriato per la procedura. Questi sono riutilizzabili in acciaio inossidabile o usa e getta con un albero in plastica flessibile e una punta in silicone. Per i topi, sono appropriati aghi dosattori dritti o curvi di calibro 20-25 lunghi 1,5 pollici. Per i ratti, selezionare aghi dosattori dritti o curvi di calibro 18-20 lunghi 2-3 pollici. Il corretto calibro dell’ago e la selezione della siringa dipendono anche dal volume e dalla viscosità. Esamina il video Compound Administration I per comprendere l’impatto di questi fattori. Per il dosaggio di liquidi densi è preferibile una siringa Luer lock.

Dopo aver effettuato la selezione, applicare la siringa all’ago in modo che le graduazioni sulla canna possano essere lette senza girare l’ago. Questo è importante in quanto una volta che l’ago è stato inserito nell’esofago qualsiasi rotazione può rompere la parete esofagea con conseguente morte dell’animale. Quindi, riempire la siringa con il volume corretto della soluzione da somministrare.

Questo metodo deve essere sempre eseguito su animali coscienti con riflessi di deglutizione intatti per evitare il posizionamento accidentale nella trachea. L’uso di una corretta tecnica di ritenuta è fondamentale per questa procedura. Per il topo, afferrare la pelle alla base della testa e tenere saldamente la collottola. Ciò garantisce che la testa abbia un’opportunità minima di movimento da un lato all’altro. Inoltre, assicurati che il corpo sia sospeso in linea retta dalla testa alla coda; qualsiasi torsione impedirà il posizionamento dell’ago del gavage nell’esofago. Anche i quarti posteriori devono essere stabilizzati per impedire la rotazione del corpo.

Per trattenere un topo, afferratelo sulle spalle usando l’indice e il medio su ciascun lato del collo. Ciò impedirà al ratto di girare la testa da un lato all’altro. Il pollice, il terzo e il quarto dito circondano il petto per impedire all’animale di muoversi avanti o indietro.

Una volta trattenuto correttamente l’animale, posiziona l’ago con la curva rivolta verso il basso e in linea con la curva naturale del collo. Quindi, introdurre l’ago in bocca dal lato destro o sinistro, attraverso la diastemata e tra gli incisivi e i molari con un angolo verso la parte posteriore della faringe. Ora che l’ago è posizionato nella cavità orale, usalo per inclinare la testa all’indietro fino a quando il naso non è puntato verso l’alto. A questo punto, l’ago dovrebbe scivolare facilmente nell’esofago. Una volta che l’ago è posizionato nello stomaco, depositare delicatamente il composto. Quindi, rimuovere l’ago dall’animale, assicurandosi di non ruotarlo. È importante NON forzare l’ago verso il basso. Se senti resistenza, rimuovila e riprova. Durante l’esecuzione della procedura, se l’animale mostra segni di cianosi o difficoltà respiratoria o se c’è una soluzione che scorre dalla sua bocca, l’ago dosatore deve essere immediatamente rimosso e l’animale deve essere rilasciato nella sua gabbia.

Infine, esaminiamo le procedure per la somministrazione topica negli animali da laboratorio. Inizia anestetizzando l’animale. Questo viene comunemente fatto usando un inalante ad azione rapida, che consente un rapido recupero degli animali. Per maggiori dettagli sulla somministrazione dell’anestesia, si prega di vedere un altro video in questa raccolta.

Successivamente, utilizzando un tagliacapelli rimuovere tutta la pelliccia dall’area di applicazione. Per evitare tagli, posizionare la superficie piana del clipper contro la pelle e radersi nella direzione opposta a quella della crescita dei capelli. Quindi, pulire la pelle con acqua e asciugarla con una garza. Ora, usando un applicatore con punta di cotone, applicare la sostanza direttamente sulla pelle. Per ottenere i migliori risultati, applicare diversi strati sottili di unguento o crema, al contrario di un’applicazione una tantum di uno strato spesso. Per prevenire l’ingestione accidentale di composti applicati localmente a causa della toelettatura, posizionare un piccolo collare o uno scudo per impedire all’animale di raggiungere la parte del corpo interessata. Inoltre, per evitare l’assegnazione di allogrooming da parte dei compagni di gabbia, gli animali dovrebbero essere alloggiati individualmente.

Ora che hai una comprensione di queste vie alternative di somministrazione, vediamo come vengono utilizzate nella ricerca biomedica oggi.

Una delle applicazioni importanti del gavage orale è la somministrazione precisa di sostanze per studiare il loro effetto diretto sul tratto gastrointestinale. Qui, i ricercatori hanno utilizzato questo metodo per fornire un lievito probiotico trasformato direttamente nello stomaco dell’animale. E poi hanno sezionato i cerotti di Peyer, che sono noduli linfatici organizzati dall’intestino tenue, per studiare l’aderenza del microrganismo consegnato.

La via orale non invasiva può essere utilizzata per imitare il modus naturale dell’infezione di origine alimentare. In questo esperimento, lo scienziato ha sviluppato un modello per la trasmissione orale di Listeria monocytogenes nei topi attraverso l’ingestione di cibo contaminato. A seguito dell’infezione, i ricercatori hanno prelevato vari organi come intestino tenue, colon, milza, fegato e cistifellea, per analizzare la diffusione dell’infezione a questi tessuti.

Infine, alcuni ricercatori sono interessati a studiare il meccanismo con cui le radiazioni UV possono portare a scottature. Qui, gli scienziati hanno usato la via topica per applicare una sostanza farmacologica che induce la produzione di melanina epidermica, un agente protettivo UV. Successivamente, hanno utilizzato un protocollo simile agli studi sull’uomo per esaminare l’effetto protettivo dell’agente applicato localmente contro l’eritema indotto dalle radiazioni UV.

Hai appena visto la seconda puntata di JoVE sui metodi di somministrazione composta che si occupano di dosaggio orale e topico. Ora dovresti capire come si può dosare per via orale l’animale usando mangimi o acqua e come si può eseguire la più precisa somministrazione orale di gavage. Infine, dovresti conoscere le considerazioni e il metodo per la somministrazione topica e le applicazioni di queste varie tecniche. Come sempre, grazie per aver guardato!

Applications and Summary

Il metodo più sicuro e più umano di somministrazione di composti è attraverso il dosaggio orale se è possibile incorporarlo nel mangime o nell’acqua. Il gavage orale è un metodo di dosaggio preciso, ma è anche molto stressante per l’animale e richiede competenza tecnica. La somministrazione topica viene solitamente eseguita con poca o nessuna restrizione dell’animale, una volta che l’area è adeguatamente preparata. Un’attenta considerazione della via di somministrazione dovrebbe tenere conto del potenziale stress per gli animali.

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Transcript

Many experiments require that a compound be administered into an animal via an oral or topical route, so that the method better mimics the natural intake of the experimental substance.

For oral dosing, the compound can be dissolved into the drinking water or incorporated into the food that the animals consume. Another, more precise method of oral dosing is oral gavage in which a large needle is used to place the compound directly into the stomach. On the other hand, a topical agent can be placed directly on the skin surface, and is generally intended to affect only the area to which it is applied. Each of these strategies has advantages and limitations, which we will discuss in this video. Following that we will demonstrate how to perform these compound administration techniques in lab animals, and some of their applications.

Before delving into protocols, let’s review the considerations, benefits, and shortcomings of these techniques. Oral dosing with tablets, capsules, or liquid is the most commonly used method of drug administration in humans. However, tablets and capsule are impractical for rodents, so the common oral dosing is accomplished by dissolving the compound in the drinking water or food.

When dosing via drinking water, sucrose is often added to the water to enhance palatability. However, it should be finely balanced to encourage normal water intake and not excessive drinking because of the sugary taste. A good rule is to start with a 10% sucrose solution, and then adjust depending on the intake. Another way to orally dose the animal is through specialized food. There is commercially available feed that has commonly dosed compounds, such as fenbendazole, incorporated into it. The rodent feed companies can also create specialized test diets to meet an experimental requirement.

The advantages with this form of oral dosing are that it is non-invasive, administers the compound continuously, and mimics human oral drug administration. However, it lacks precision because compound intake is dependent on the acceptance of the food or water, the stability of the compound, and the number of animals present in the cage. If exact dosing is not critical to the experiment, this non-invasive method is best for the well being of the animals.

For more precise oral administration, one can use oral gavage, which deposits the compound directly into the stomach at a specific time and at a specified volume. However, proper training is required to perform this technique because serious damage to the animal can occur if they are not properly restrained.

Coming to topical agents, these include creams, lotions, ointments, sprays, and gels. Typically, topical agents are intended to affect only the area to which they are applied. However, they can also be absorbed into the bloodstream, which may be intentional or unintentional. This absorption depends on: the condition of the skin, the surface area utilized, the concentration of the substance, the duration of contact, and the lipid solubility of the agent.

Now that we have discussed the background of oral and topical administration methods, let’s learn the protocols starting with oral administration via feed or water.

For dosing calculations, first you need to know the intended dose to be administered. Second, you have to determine the body weight. Rather than weighing individual animals, you can use the average weight of the mouse or rat strain for your calculations, unless otherwise specified. Third, you should be aware of the number of animals per cage, and fourth, you need to know the average daily water or food consumption per cage.

Remember, the formulated food or the drinking water with the dissolved compound may need to be replaced more frequently than standard food or water due to compound instability. Some compounds may be light sensitive or may precipitate over time.

Now, let’s learn how to orally administer precise doses by performing oral gavage in mice and rats.

First step is to select an appropriate needle for the procedure. These are either reusable made up of stainless steel or disposable with a flexible plastic shaft and silicone tip. For mice, 20-25 gauge straight or curved dosing needles that are 1.5 inches in length are appropriate. For rats, select 18-20 gauge straight or curved dosing needles that are 2-3 inches long. The correct needle gauge and syringe selection also depends on volume and viscosity. Review the Compound Administration I video to understand the impact of these factors. For dosing thick liquids a Luer lock syringe is preferred.

After making the selection, affix the syringe to the needle such that the graduations on the barrel can be read without turning the needle. This is important as once the needle has been placed into the esophagus any rotation can rupture the esophageal wall resulting in death of the animal. Next, fill the syringe with the correct volume of the solution to be administered.

This method should always be performed on conscious animals with intact swallowing reflexes to prevent accidental placement into the trachea. Using proper restraint technique is critical for this procedure. For mouse, grasp the skin at the base of the head and hold the scruff tightly. This ensures that the head has minimal opportunity for side-to-side movement. Also, make sure that the body is suspended in a straight line from the head to the tail; any twisting will impede the placement of the gavage needle into the esophagus. The hindquarters must be also stabilized to prevent body rotation.

To restrain a rat, grasp it over the shoulders using the index and middle fingers on each side of the neck. This will prevent the rat from turning its head from side to side. The thumb, third, and fourth fingers encircle the chest to prevent the animal from moving forward or backward.

Once you’ve properly restrained the animal, position the needle with the curve facing downward and in line with the natural curve of the neck. Then, introduce the needle into the mouth from the right or left side, through the diastemata and between the incisors and molars at an angle toward the back of the pharynx. Now that the needle is placed in the oral cavity, use it to tilt the head back until the nose is pointed up. At this point, the needle should slide easily into the esophagus. Once the needle is positioned in the stomach, gently deposit the compound. Then, remove the needle from the animal, making sure not to rotate it. It is important NOT to force the needle down. If you feel any resistance, remove it and try again. While performing the procedure, if the animal shows signs of cyanosis or respiratory distress or if there is solution flowing from its mouth, the dosing needle should be immediately removed and the animal should be released into its cage.

Lastly, let’s review the procedures for topical administration in lab animals. Start by anesthetizing the animal. This is commonly done using a fast acting inhalant, which allows quick animal recovery. For more details on anesthesia administration, please see another video in this collection.

Next, using a hair clipper remove all fur from the area of application. To avoid any cuts, place the clipper’s flat surface against the skin and shave in the direction opposite to that of the hair growth. Then, clean the skin with water and dry it with a gauze pad. Now, using a cotton-tipped applicator, apply the substance directly to the skin. For best results, apply several thin layers of ointment or cream, as opposed to a one-time application of a thick layer. To prevent accidental ingestion of topically applied compound due grooming, place a small collar or a shield to prevent the animal from reaching the affected body part. Furthermore, to prevent allogrooming from cage mates, the animals should be housed individually.

Now that you have an understanding of these alternate routes of administration, let’s see how they are being used in biomedical research today.

One of the important applications of oral gavage is precise administration of substances to study their direct effect on the gastrointestinal tract. Here, the researchers used this method to deliver a transformed probiotic yeast directly into the animal’s stomach. And then they dissected the Peyer’s patches, which are organized lymph nodules from small intestine, to study the adherence of the delivered microorganism.

The non-invasive oral route can be used to mimic the natural modus of food-borne infection. In this experiment, the scientist developed a model for oral transmission of Listeria monocytogenes in mice via ingestion of contaminated food. Following infection, the researchers harvested various organs like small intestine, colon, spleen, liver and gall bladder, to analyze spread of infection to these tissues.

Lastly, some researchers are interested in studying the mechanism by which UV radiation may lead to sunburns. Here, the scientists used topical route to apply a pharmacologic substance that induces production of epidermal melanin-a UV protective agent. Following that, they used a protocol that is similar to human studies to examine the protective effect of the topically applied agent against erythema induced by UV radiation.

You’ve just watched JoVE’s second installment of compound administration methods dealing with oral and topical dosing. You should now understand how one can orally dose the animal using feed or water, and how one can perform the more precise, oral gavage administration. Lastly, you should know the considerations and method for topical administration, and applications of these various techniques. As always, thanks for watching!

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