Methodenartikel

Modellering van alcoholconsumptie bij knaagdieren met behulp van drinken in een thuiscamer met een keuze uit twee flessen en microstructurele analyse

DOI:

10.3791/67486

⸱

8 november 2024

 ,  , 
1Center for Alcohol Research in Epigenetics, Department of Psychiatry, University of Illinois Chicago

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit protocol beschrijft een standaard home cage drinkparadijs met twee flessen met intermitterende toegang om alcoholconsumptie bij ratten te modelleren. Daarnaast biedt het stapsgewijze instructies om het standaardprotocol aan te vullen met een doe-het-zelf likke-detectiesysteem dat microstructurele analyse van drinkgedrag mogelijk maakt.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het drinken vanuit een twee-fles-keuze thuiscastje is een van de meest gebruikte paradigma's om ethanolconsumptie bij knaagdieren te bestuderen. In zijn eenvoudigste vorm krijgen dieren toegang tot twee drinkflessen, waarvan er één normaal kraanwater bevat en de andere ethanol, waarbij het dagelijkse inname wordt gemeten door de verandering in flesgewicht gedurende de 24 uursperiode. Dit benadering vereist geen gespecialiseerde laboratoriumapparatuur. Hoewel deze eenvoud van implementatie waarschijnlijk de grootste bijdrage is aan de wijdverbreide acceptatie door preklinische alcoholonderzoekers, is de resolutie van de drinkgegevens die met deze benadering worden verkregen beperkt door het aantal keren dat de onderzoeker het flesgewicht meet (bijv. één keer per dag). Echter, de wens om drinkpatronen te onderzoeken in de context van de algehele inname, farmacologische interventies en neuronale manipulaties heeft geleid tot de ontwikkeling van thuiscastje likdetectiesystemen die gegevens kunnen verzamelen op het niveau van individuele likjes. Hoewel er recent een aantal van deze systemen is ontwikkeld, heeft het open-source systeem, LIQ HD (Lick Instance Quantifier Home cage Device), veel aandacht gekregen in het veld vanwege zijn betaalbaarheid en gebruiksvriendelijkheid. Hoewel dit opwindend is, is dit systeem ontworpen voor gebruik bij muizen. Hier bespreken we geschikte procedures voor standaard en met een likometer uitgeruste twee-fles-keuze thuiscastje drinken. We introduceren ook methoden voor het aanpassen van het LIQ HD systeem aan ratten, inclusief hardware-aanpassingen om de grotere kooimaat te accommoderen en een opnieuw ontworpen 3D geprinte fleshouder compatibel met standaard kant-en-klare drinkflessen. Door deze aanpak te gebruiken, kunnen onderzoekers dagelijkse drinkpatronen naast innameniveaus bij veel ratten parallel onderzoeken, waardoor de resolutie van verzamelde gegevens wordt verhoogd met minimale investering in extra bronnen. Deze methoden bieden onderzoekers de flexibiliteit om standaard flessen of een met een likometer uitgeruste apparatuur te gebruiken om de neurobiologische mechanismen die ten grondslag liggen aan alcoholdrinken te onderzoeken, afhankelijk van hun precieze experimentele behoeften.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hoewel matig alcoholgebruik historisch gezien werd geassocieerd met matige gezondheidsvoordelen, hebben recente grootschalige, uitgebreide studies aangetoond dat er geen hoeveelheid alcoholgebruik veilig is1,2. In feite is alcoholgebruik de 7de belangrijkste risicofactor voor sterfte en invaliditeit wereldwijd1 en individuen die zelfs kleine hoeveelheden alcohol drinken, lopen een verhoogd risico op kanker, infectieziekten en letsel1,3. In de Verenigde Staten steeg het aantal sterfgevallen door alcoholgebruik tussen 2016 en 2021 met bijna 30%4. Belangrijk is dat het risico op sterfte en invaliditeit monotoon toeneemt met toenemend gebruik1.

Hoewel studies bij mensen waardevolle inzichten hebben opgeleverd in de neurobiologie van alcoholgebruik en misbruik, is de experimentele controle die door diermodellen wordt geboden cruciaal voor een diepgaand begrip van de mechanismen die ten grondslag liggen aan drinkgedrag en het risico op zwaar drinken. Deze modellen zijn ook waardevolle hulpmiddelen voor de ontwikkeling van behandelingen gericht op het verminderen van ongecontroleerd gebruik. Twee-fles-keuze thuiskooide drinken is een van de meest gebruikte preklinische paradigma's om alcoholconsumptie bij knaagdieren te bestuderen. Dit komt grotendeels door de eenvoud van implementatie, omdat het de meting van totale vrijwillige alcoholconsumptie en voorkeur mogelijk maakt zonder de noodzaak van gespecialiseerde onderzoeksapparatuur of complexe analyses. Met deze aanpak kunnen onderzoekers metingen verzamelen op de gewenste intervallen (bijv. uren, dagen, weken) door de verandering in flesgewicht te berekenen vanaf het begin tot het einde van een drinkensessie. Variaties op deze basismethode zijn door velen in het veld gebruikt om zowel lage tot matige tot bingeniveaus van alcoholinname te faciliteren over zowel korte als lange periodes van tijd. Bijvoorbeeld, continue en intermitterende twee-fles-keuzeprocedures zijn gebruikt om zowel lage en matige niveaus van alcoholinname te vergemakkelijken, respectievelijk bij zowel muizen5 en ratten6,7,8. Dezelfde paradigma's kunnen hoge niveaus van inname bevorderen in alcohol-prefererende stammen7,9. Als alternatief is een aanpassing van deze methode die alcoholtoegang beperkt tot 2-4 uur per dag, beginnend ongeveer 3 uur na het begin van de donkere cyclus, aangetoond dat binge drinken bij muizen veroorzaakt (dwz. Drinken in het donker)10,11. Aanvullende variaties op deze methoden zijn gebruikt in combinatie met methoden die alcoholafhankelijkheid vergemakkelijken (dwz. chronische intermitterende ethanoldampblootstelling) om de escalatie van vrijwillige alcoholconsumptie tijdens ontwenning te onderzoeken12,13,14,15,16,17,18,19.

Hoewel wijdverspreid aangenomen door het veld, is de standaardbenadering van het meten van alcoholinname door verandering in flesgewicht beperkt in resolutie tot totale consumptie per drinkensessie. Bijgevolg is deze aanpak niet in staat om drinkpatronen vast te leggen, die bekend staan om zowel het risico op als de ernst van alcoholgebruiksstoornis (AUD) te beïnvloeden20,21,22. Inderdaad, de gemiddelde inname van een individu over tijd kan een gevolg zijn van verschillende zware drinkepisoden of veel drinkepisoden, elk geassocieerd met relatief lage consumptie en deze nuances blijven onopgemerkt wanneer consumptie wordt gemeten als totale inname per drinkensessie. Belangrijk is dat er significant meer drinkepisoden geassocieerd met grote drinkbouts (dwz. slokken) worden waargenomen bij individuen met AUD in vergelijking met gezonde controles23 en gegevens bij niet-menselijke primaten suggereren dat individuen die een patroon van alcoholconsumptie vestigen dat grote drinkbouts omvat vroeg in hun drinkgeschiedenis, een significant risico op AUD lopen22. Bovendien verhogen drinkepisoden die grote consumptiebouts omvatten het risico op morbiditeit en mortaliteit onafhankelijk van een AUD-diagnose21. Al deze gegevens hebben geleid tot een toegenomen interesse in het onderzoeken van drinkpatronen naast niveaus van algehele inname in preklinische modellen en hebben geleid tot de ontwikkeling van een aantal systemen van verschillende complexiteit die in staat zijn om drinkgegevens op het niveau van individuele slikken vast te leggen.

Een van de eerste was de ontwikkeling van een twee-fles-systeem uitgerust met fotobeam-slikdetectie ontworpen voor gebruik bij muizen24. Dit systeem werd vervolgens aangepast door een aparte groep voor gebruik bij ratten25. In de jaren sindsdien zijn variaties op dit thema gebruikt om soortgelijke systemen te ontwikkelen die zijn opgenomen in aangepaste knaagdierhuisvesting26, die slikdetectie mogelijk maken van individueel sociaal gehuisveste dieren27,28, en die zowel voedings- en drinkgedrag vastleggen29. Onder deze, LIQ HD (Lick Instance Quantifier Home cage Device)30 heeft significante aandacht gekregen voor het aanbieden van een systeem voor gebruik bij muizen dat parallel loopt

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle representatieve gegevens werden verzameld met behulp van alleenstaande volwassen Long-Evans-ratten, met de goedkeuring van de Institutional Animal Care and Use Committee van de University of Illinois Chicago en in overeenstemming met de NIH-richtlijnen voor de verzorging en het gebruik van laboratoriumdieren. Enkele huisvesting is vereist om de vloeistofprong door elk onderwerp nauwkeurig te monitoren. Volwassen mannen (n = 38) en vrouwtjes (n = 22) Long-Evans-ratten waren P50-80 bij aankomst en mochten een week lang acclimatiseren in het vivarium voordat het experiment werd gestart. Ratten hadden ad libitum toegang tot standaard voer (Teklad 7912, Envigo) en water, tenzij anders vermeld.

1. Voorbereiding vóór het experiment

  1. Label drinkflessen als H2O of EtOH. Label vervolgens met een uniek identificatienummer voor elke rat één H2O- en één EtOH-fles voor MWF en twee H2O-flessen voor TRS.
    OPMERKING: Optioneel kan tape in een andere kleur worden gebruikt om H2O- en EtOH-flessen te identificeren om mogelijke fouten tijdens het verwisselen van flessen te voorkomen.
  2. Vul H2O-flessen 1 dag voor de startdatum van het experiment met drinkwater. Bereid een EtOH-oplossing voor door 190 proof EtOH te combineren met drinkwater (20% v/v) 1 dag voor de startdatum van het experiment.
    VOORZICHTIG: Het is van cruciaal belang dat het gebruikte EtOH niet gedenatureerd is, omdat gedenatureerd EtOH giftig is.
  3. Bereid een lege kooi voor op hetzelfde stellingwerk als de ratten die deelnemen aan het experiment. Deze kooi wordt gebruikt om morsen te berekenen.
  4. Uitrusten van kooitjes met LIQ HDR-systeem indien gebruikt (zie stap 3, Figuur 2, Figuur 3, Figuur 4, Figuur 5, Figuur 6 en Aanvullende figuur 1).
  5. Bepaal de precieze tijd van de dag voor het verwisselen van flessen vóór het begin van de studie. Flessen moeten elke dag op hetzelfde tijdstip worden vervangen om een ​​nauwkeurige meting van de 24 uurs inname te verkrijgen.
    OPMERKING: Eerder onderzoek heeft aangetoond dat knaagdieren de grootste mate van consumptie vertonen vroeg na het begin van de donkercyclus10,31. Om de inname gedurende deze zeer actieve periode vast te leggen (zie stap 2.3.1 voor het vastleggen van binge-achtig drinken), wordt aanbevolen dat het verwisselen van flessen 30-60 minuten na het uitdoven van het licht plaatsvindt. Gebruik rode lampen tijdens het verwisselen van flessen om visualisatie mogelijk te maken zonder verstoring van de licht-donkercyclus.

2. Dagelijkse procedures en onderhoud

  1. Op de eerste dag van het experiment, doe het volgende.
    1. Verwijder standaard waterflessen uit kooitjes.
    2. Optioneel: Ratten schudden vaak de bovenkant van de kooi terwijl ze naar voedsel zoeken, wat morsen kan veroorzaken dat niet kan worden gecorrigeerd door de lege morskooi. Het gebruik van voerbakken binnen de kooi kan deze bezorgdheid verminderen. Indien gebruikt, verwijder nu voer van de bovenkant van de kooi, plaats een voerbak in de kooi en vul het met voer. Zorg ervoor dat de vloerruimte die aan de rat wordt toegewezen nog steeds voldoet aan de institutionele richtlijnen op basis van de grootte van de kooikooi en de grootte van het voerbak.
    3. Geef het zorg- en veehouderijpersoneel door, indien van toepassing, dat onderzoekspersoneel gedurende de duur van het experiment voedsel en water zal verstrekken.
    4. Kooi veranderingen kunnen storend zijn voor gegevensverzameling. Voer kooi veranderingen uit in combinatie met het verkrijgen van lichaamsgewichtmetingen. Onderzoekers die dit willen doen, dienen hun zorg- en veehouderijpersoneel hiervan op de hoogte te stellen.
  2. Op de volgende dagen, volg de hieronder beschreven procedures.
    OPMERKING: Onthoud dat elke beweging van kooitjes en flessen morsen kan veroorzaken. Daarom is het belangrijk om voorzichtig te zijn met bewegingen en dezelfde methoden te gebruiken voor het aanbrengen en verwijderen van flessen op de morskooi als voor rattenkooitjes.
    1. Ga de kamer binnen vóór het tijdstip van het verwisselen van flessen, zorg ervoor dat er voldoende tijd is om de onderstaande stappen uit te voeren en plaats nieuwe flessen op de kooitjes op het juiste tijdstip van begin sessie.
    2. Verwijder filtertoppen van kooitjes. Indien MWF, ga door naar stap 2.2.3. Indien TRS, ga naar stap 2.2.4.
    3. Op maandag, woensdag en vrijdag, verwijder TRS-flessen van kooitoppen. Weeg MWF-flessen (één EtOH en één H2O). Noteer het startgewicht van de fles voor de drinkessie van vandaag. Bied indien nodig extra voedsel aan de kooitop of voerbakken. Bij het aangegeven sessiestarttijdstip, plaats flessen op de kooitop van elke rat met tape naar boven zodat ratten de fleslabel niet kunnen kauwen.
      OPMERKING: Gewoonlijk wordt waterconsumptie niet geregistreerd of gerapporteerd voor TRS, maar onderzoekers kunnen optioneel deze gegevens verzamelen door de op en uit flesgewichten te verkrijgen, zoals beschreven in stap 2.2.3 en stap 2.2.4, indien gewenst. De zijde voor de EtOH-fles moet na elke drinkessie worden gealterneerd om de ontwikkeling van een mogelijke zijvoorkeur te voorkomen, die onbedoeld de consumptiegegevens kan verstoren.
      1. Optioneel: Eerder werk heeft aangetoond dat veel

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Standaard intermitterende twee-fles-keuze thuiskooi EtOH-drinkgedragsgegevens
Met behulp van de standaardprocedure (Figuur 7A) kunnen onderzoekers 24 uur durende inname (Figuren 7B-D) vastleggen, evenals binge-achtig drinken als flesgewichten kort na het begin van de drinkperiode worden verzameld (Figuren 7E-F). Door de ethanolinname ten opzichte van de waterinname te berekenen, kunnen onderzoekers ook voorkeursgegevens verkrijgen op alle gemeten tijdstippen (Figuren 7D,F). Zoals getoond in Figuur 7C, vertoonden ratten vaak een periode van escalatie in ethanolinname gedurende de eerste paar dagen van toegang tot de twee-fles-keuze. Dit wordt gevolgd door een plateau waarin de inname relatief stabiel blijft. Hoewel consequent waargenomen bij mannelijke ratten7,32,33,34,35,36, wordt dit patroon niet altijd waargenomen bij vrouwelijke ratten. In plaats daarvan rapporteren sommige onderzoeken stabiele niveaus van ethanolinname gedurende de gehele studieperiode bij vrouwelijke ratten37,38. Bovendien suggereren sommige onderzoeken dat ethanolinname verder kan escaleren met langere perioden van toegang36,39. Dagelijkse inname kan aanzienlijk variëren tussen individuen. De gemiddelde dagelijkse inname is echter goed gekarakteriseerd voor de stammen die het meest worden gebruikt in alcoholonderzoek en kan worden gebruikt als benchmark voor succes bij het bekijken van gegroepeerde gegevens7,8,33,34,35,39.

Zoals getoond in Figuur 7E, consumeren veel ratten een aanzienlijk deel van hun dagelijkse ethanolinname kort na het begin van de drinkperiode8,33. Dit binge-achtige patroon van ethanolinname wordt vaak geassocieerd met een significante voorkeur voor ethanol boven water (Figuur 7F). Onderzoekers zouden zich echter niet verrast moeten voelen als de voorkeur gedurende 24 uur niet hoger is dan 50%. Dit geldt met name voor uitgebreide of alcohol niet-prefererende knaagdieren en onderzoeken beperkt tot relatief korte perioden van twee-fles-keuze toegang7,32,33,35,37.

Validatie van LIQ HDR voor drinkmicrostructuuranalyse bij twee-fles-keuze drinken
De toevoeging van het LIQ HDR-systeem aan het standaard twee-fles-keuzeparadijg voor ratten stelt onderzoekers in staat om inname nauwkeurig en nauwkeurig te voorspellen met behulp van vastgelegde drinkgegevens. Dit wordt bevestigd door de aanwezigheid van een sterke en significante correlatie tussen het cumulatieve aantal gedetecteerde likjes en de verandering in flesgewichten voor zowel de EtOH (R2 = 0,7789, F(1,113) = 398,1, p < 0,0001) als H2O fles (R2 = 0,7910, F(1,117) = 442,9, p < 0,0001) gedurende een periode van 24 uur (Figuur 8A). Dit geldt ook voor dagen waarop ratten twee flessen met H2O kregen (R2 = 0,8875, F(1,188) = 1484, p < 0,0001; Figuur 8B).

LIQ HDR maakt ook een nauwkeurige analyse mogelijk van drinkpatronen met een hoge temporele resolutie die niet wordt geboden door het standaard twee-fles-keuzeparadijg. Met behulp van deze aanpak hebben onderzoekers de mogelijkheid om verschillen in drinkpatronen te onderzoeken tussen verschillende oplossingen, over de lichtcyclus, tussen seksen, drugsgroepen en meer. Om dit te illustreren, maakt het in delen verdelen van gemiddelde likjes in intervallen van 30 minuten een eenvoudige analyse mogelijk van gemiddelde drinkpatronen gedurende 24 uur. Zoals verwacht, onthult deze analyse significant hogere innames voor zowel EtOH als H2O tijdens de donkere cyclus, wanneer ratten wakker zijn, dan tijdens de lichtcyclus, wanneer ratten typisch slapen (Figuur 8C). Met behulp van een vergelijkbare aanpak kunnen onderzoekers groepsverschillen in drinkpatronen onderzoeken. Bijvoorbeeld, drinkmicrostructuur kan worden vergeleken tussen mannelijke en vrouwelijke ratten door het gemiddelde aantal likjes voor EtOH (Figuur 8D) of water (Figuur 8E) gedurende een periode van 24 uur te onderzoeken. Om front-loading en/of binge-achtig drinken te onderzoeken, kunnen onderzoekers de resolutie van hun analyse verhogen om zich te concentreren op drinken dat kort na het begin van de sessie plaatsvindt door een kleiner geblokkeerd venster te gebruiken om gegevens samen te vatten. Hierdoor kunnen onderzoekers periodes van binge-achtig drinken onderzoeken zonder dat er meerdere flesgewichten binnen een periode van 24 uur moeten worden verzameld. Zoals getoond in Figuur 8C (inzet), onthult deze analyse dat het merendeel van het drinken dat word

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het huidige protocol biedt stapsgewijze instructies voor het vastleggen van ethanol drinkgegevens met behulp van een intermittent-access twee-fles keuze thuiskooicage procedure. Deze methode kan met relatieve gemak worden geïmplementeerd en met weinig tot geen kosten of behoefte aan gespecialiseerde onderzoeksapparatuur. Met behulp van de hier verstrekte procedures voor het construeren en implementeren van LIQ HDR - een likdetectiesysteem voor gebruik bij ratten - kunnen onderzoekers hoge resolutie drinkmicrostructuurgegevens vastleggen naast standaardmaten van inname en voorkeur.

Het intermittent-access schema dat in het huidige protocol wordt beschreven, is een veelgebruikte procedure, grotendeels omdat het bekend staat om het veroorzaken van hogere niveaus van ethanolinname dan veel alternatieve schema's van ethanoltoegang. Inderdaad, eerder onderzoek heeft aangetoond dat ratten met toegang op een intermittent schema een hoger gemiddeld dagelijks ethanolinname hebben dan ratten met continue 24 uur toegang6,7. Niettemin kunnen verschillende schema's van ethanoltoegang wenselijk zijn, afhankelijk van de onderzoeksvraag of andere experimentele ontwerpparameters. Onderzoekers kunnen het huidige protocol zeer eenvoudig aanpassen om verschillende schema's (bijv. continue toegang, drinken in het donker, enz.) te accommoderen door simpelweg de fles aan/uit tijd en dagen te wijzigen.

Hoewel twee-fles keuze drinken een relatief eenvoudig te implementeren paradigma is, kunnen er problemen ontstaan die de potentie hebben om de gegevensverzameling te compromitteren. Het is daarom van cruciaal belang dat experimenteerders dagelijks gegevens inspecteren om snel potentiële problemen te identificeren. In het bijzonder moeten onderzoekers goed letten op zeer grote of zeer kleine veranderingen in flesgewichten die indicatief kunnen zijn voor een lekkende of verstopte drinker, respectievelijk. Het vroegtijdig opmerken van tekenen van deze problemen kan voorkomen dat alle gegevens van een bepaald onderwerp uit de analyse worden uitgesloten. Inderdaad, als onderzoekers drastische veranderingen (of afwezigheid van verandering) in flesgewicht over een periode van 24 uur opmerken, kan een eenvoudige overschakeling naar een nieuwe fles helpen bevestigen of een bepaalde fles uit de circulatie moet worden verwijderd. Om deze redenen is het verstandig om extra flessen en drinkers bij de hand te hebben. Er moet echter worden opgemerkt dat sommige ratten van nature zeer lage niveaus van ethanol drinken vertonen, bijv.,35. Dit geldt met name voor ratten van bepaalde rassen, zie8 voor een overzicht. Onderzoekers moeten daarom niet verontrust zijn als een kleine populatie dieren in een bepaald experiment lage of geen ethanolconsumptie vertoont. Evenzo zijn sommige dieren geneigd om met de drinker/fles te spelen op manieren die morsen kunnen bevorderen. Hoewel zeldzaam, kunnen herhaalde voorvallen van hoge veranderingen in flesgewicht die niet geassocieerd zijn met consumptie, vereisen dat een bepaald dier uit het experiment wordt verwijderd.

Ons gedetailleerde stapsgewijze protocol demonstreert de eenvoud van implementatie en gebruik van het LIQ HDR systeem voor ratten. Onderzoekers zonder voorkennis of vaardigheden in microcontroller elektronica en programmeren kunnen dit systeem gemakkelijk aanpassen aan hun experimentele behoeften met weinig of geen wijziging. Onze representatieve gegevens demonstreren verder de succesvolle toepassing ervan voor drinkstudies van ratten in de thuiskooi en het krachtige vermogen om talrijke drinkmicrostructuurmaten met hoge temporele resolutie vast te leggen. LIQ HDR bevat verschillende ontwerpwijzigingen ten opzichte van zijn voorganger voor muizen30. Dit werd niet alleen gedaan als een noodzaak voor succesvolle aanpassing voor gebruik bij ratten, maar ook om de functionaliteit en gebruikerservaring te verbeteren. In-kooi componenten, inclusief de 3D-geprinte fleshouder, drinkerblokkade, en elektronische componenten, zijn verplaatst naar de kooitop om te beschermen tegen kauwen, wat kan resulteren in frequente en significante gegevensverlies en hardwareomzet. De toevoeging van een lasergesneden acrylpaneel helpt verder om de vernietiging van deze kwetsbare componenten te voorkomen. Afgezien van het acrylpaneel, dat hetzelfde materiaal is als een standaard schoenendoos rattenkooi, zijn alle andere LIQ HDR componenten onbereikbaar voor het dier vanuit de kooi of alleen toegankelijk voor een kort moment tijdens het vervangen van de fles. Dit ontwerp beperkt het potentieel voor vernietiging van apparaatcomponenten en risico voor het dier via inname van niet-voedselitems. In tegenstelling tot de relatief arbeidsintensieve op maat gemaakte flessen die worden gebruikt in het LIQ HD ontwerp, is LIQ HDR's 3D-geprinte fleshouder ontworpen om compatibel te zijn met commerciële off-the-shelf knaagdier drinkflessen. Flessen worden geïnstalleerd op de kooitop en toegankelijk voor ratten op vrijwel dezelfde manier als drinkflessen worden toegepast tijdens standaard zorg en veeteelt. De toevoeging van drinkerblokkades is een eenvoudige maar effectieve oplossing die de systeembetrouwbaarheid verbetert en waardevol gegevensverlies voorkomt dat, in afwezigheid van de blokker, kan resulteren van drinken dat plaatsvindt vóór het starten van gegevensregistratie op de Arduino interface of foutieve likmetingen die optreden wanneer ratten tijdens dagelijkse kalibratie met de drinkers interageren. Terwijl de aanzienlijk grotere rattenkooien noodzaken om de oorspronkelijke hardwareontwerp in grootte op te schalen, kan het gebruik van aanzienlijk langere kabels de gevoeligheid en nauwkeurigheid van capacitieve detectie negatief beïnvloeden vanwege interferentie, evenals de integriteit van I2C communicatie tussen de daisy-chained sensorborden en Arduino interface. We omzeilen dit probleem met de adoptie van het differentiële I2C communicatiesysteem om ultra-lange-afstands, bijna verliesvrije signaaloverdracht via Ethernet kabels te bereiken. De materialen die voor de in-kooi componenten worden gebruikt, maken eenvoudig schoonmaken en desinfectie mogelijk tussen gebruiken. De likometer kan worden gesproeid en afgeveegd met 70% EtOH-oplossing, terwijl erop moet worden gelet dat

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle auteurs verklaren geen belangenconflicten te hebben.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs danken Joseph Pitock en Katie Przybysz, PhD voor hun technische hulp tijdens de ontwikkeling van LIQ HDR. We danken ook Nicholas Petersen en Marie Doyle, PhD voor de vele nuttige gesprekken tijdens de ontwikkeling van LIQ HDR. Dit werk werd ondersteund door het National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism van de National Institutes of Health (P50 AA022538 en R01 AA029130 aan EJG).

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Commercieel verkrijgbare componentenAantal
12-Key capacitieve touchsensor breakout (MPR121)Adafruit19823
2-Pin kabel matchend paar (JST XH 2.5mm pitch)Adafruit487218
4-Pin breadboard jumper (Qwiic)SparkFunPRT-179121
4-Pin kabel (100mm Qwiic)SparkFunPRT-172591
4-Pin kabel (50mm Qwiic)SparkFunPRT-172603
5V-to-3V niveau shifter breakoutAdafruit56371
Capacitieve touch shield (2.8inch)Adafruit19471
Koper geleidend tape (1/4inch)DigiKey4393-CFT-1/4-ND1
Data logging shieldAdafruit11411
Differentiële I2C communicatie breakout kit (QwiicBus)SparkFunKIT-172501
Elektrische tapeDigiKey3M156004-ND1
Heat shrink sleeve (3/16inch verschillende kleuren)Cable Ties and MoreHS357-S106
Heat shrink sleeve kit (4inch zwart)Jameco20959631
Lithium muntbatterij (3V 12.5mm)DigiKey1908-CR1220JAUCHSB-ND1
M5 platte ringGrainger54FN661
M5 zeskantmoerGrainger6CA721
M5 machineschroef (12mm)Grainger6GU881
M5 machineschroef (25mm)Grainger 6GU912
Male/male jumper kabelAdafruit19571
Microcontroller board (Arduino Mega 2560 Rev3)DigiKey1050-1018-ND1
PETG filament (2.85mm zilver)MatterHackersM-DDH-UZR22
PLA filament (2.85mm zwart)MatterHackersM-SEW-RUAW2
PLA filament (2.85mm zilver)MatterHackersM-66P-6CLE1
Voeding (DC 9V 1A)Newegg9SIBPPKJYR59911
SD/microSD geheugenkaart (8GB)Adafruit12941
Shield stacking headersAdafruit851
Solid-core draad (22AWG rood)Adafruit2881
Gestrande draad (22AWG zwart)Adafruit29761
Gestrande draad (22AWG rood)Adafruit30681
Twist cap sipperslang met balAlternative DesignTCCN8.5-ST2.5SB38
Waterfles (8oz)Alternative DesignWB8FS38
Aangepaste 3D-geprinte componentenAantal
3D-geprint Arduino kastje onderN/AARDUINO_Bottom.stl1
3D-geprint Arduino kastje bovenN/AARDUINO_Top.stl1
3D-geprint kabelklem LN/ACLIP_L.stl18
3D-geprint kabelklem moerN/ACLIP_Nut.stl18
3D-geprint kabelklem RN/ACLIP_R.stl18
3D-geprint lickometer fleshouderN/ALICKOMETER_Bottle Holder.stl19
3D-geprint lickometer kabelbeschermer LN/ALICKOMETER_Cable Protector_L.stl6
3D-geprint lickometer kabelbeschermer RN/ALICKOMETER_Cable Protector_R.stl12
3D-geprinte lickometer lettersN/ALICKOMETER_Letters.stl19
3D-geprinte montageschroefN/AMount Screw.stl4
3D-geprint sensor kastje A onderN/ASENSOR_A_Bottom.stl1
3D-geprint sensor kastje A bovenN/ASENSOR_A_Top.stl1
3D-geprint sensor kastje B onderN/ASENSOR_B_Bottom.stl1
3D-geprint sensor kastje B bovenN/ASENSOR_B_Top.stl1
3D-geprint sensor kastje C onderN/ASENSOR_C_Bottom.stl1
3D-geprint sensor kastje C bovenN/ASENSOR_B_Top.stl1
3D-geprint sensor lettersN/ASENSOR_Letters.stl1
3D-geprint sipperstopN/ASIPPER_Blocker.stl36
3D-geprint sipperstop basisN/ASIPPER_Base.stl18
3D-geprint sipperstop tandwielN/ASIPPER_Gear.stl18
3D-geprint sipperstop moerN/ASIPPER_Nut.stl18
3D-geprint sipperstop wormN/ASIPPER_Worm.stl18
Lasergesneden lickometer acryl paneelN/ALICKOMETER_Acrylic Panel_Sketch.dxf19

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. GBD 2016 Alcohol Collaborators. Alcohol use and burden for 195 countries and territories, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. Lancet. 392 (10152), 1015-1035 (2018).
  2. Fillmore, K. M., Stockwell, T., Chikritzhs, T., Bostrom, A., Kerr, W. Moderate alcohol use and reduced mortality risk: systematic error in prospective studies and new hypotheses. Annals Epidemiol. 17 (5 Suppl), S16-S23 (2007).
  3. GBD 2020 Alcohol Collaborators. Population-level risks of alcohol consumption by amount, geography, age, sex, and year: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2020. Lancet. 400 (10347), 185-235 (2020).
  4. Esser, M. B., Sherk, A., Liu, Y., Naimi, T. S. Deaths from excessive alcohol use - United States, 2016-2021. Morbidity Mortality Weekly Rep. 73, 154-161 (2024).
  5. Melendez, R. I. Intermittent (every-other-day) drinking induces rapid escalation of ethanol intake and preference in adolescent and adult C57BL/6J mice. Alcohol Clin Exp Res. 35 (4), 652-658 (2011).
  6. Wise, R. A. Voluntary ethanol intake in rats following exposure to ethanol on various schedules. Psychopharmacologia. 29 (3), 203-210 (1973).
  7. Simms, J. A., et al. Intermittent access to 20% ethanol induces high ethanol consumption in Long-Evans and Wistar rats. Alcohol Clin Exp Res. 32 (10), 1816-1823 (2008).
  8. Carnicella, S., Ron, D., Barak, S. Intermittent ethanol access schedule in rats as a preclinical model of alcohol abuse. Alcohol. 48 (3), 243-252 (2014).
  9. Loi, B., et al. Increase in alcohol intake, reduced flexibility of alcohol drinking, and evidence of signs of alcohol intoxication in Sardinian alcohol-preferring rats exposed to intermittent access to 20% alcohol. Alcohol Clin Exp Res. 34 (12), 2147-2154 (2010).
  10. Rhodes, J. S., Best, K., Belknap, J. K., Finn, D. A., Crabbe, J. C. Evaluation of a simple model of ethanol drinking to intoxication in C57BL/6J mice. Physiol Behavior. 84 (1), 53-63 (2005).
  11. Thiele, T. E., Navarro, M. "Drinking in the dark" (DID) procedures: a model of binge-like ethanol drinking in non-dependent mice. Alcohol. 48 (3), 235-241 (2014).
  12. Rimondini, R., Sommer, W., Heilig, M. A temporal threshold for induction of persistent alcohol preference: behavioral evidence in a rat model of intermittent intoxication. J Studies Alcohol. 64 (4), 445-449 (2003).
  13. Sommer, W. H., et al. Upregulation of voluntary alcohol intake, behavioral sensitivity to stress, and amygdala crhr1 expression following a history of dependence. Biol Psychiatry. 63 (2), 139-145 (2008).
  14. Nentwig, T. B., et al. The lateral habenula is not required for ethanol dependence-induced escalation of drinking. Neuropsychopharmacol. 47 (12), 2123-2131 (2022).
  15. Becker, H. C., Lopez, M. F. Increased ethanol drinking after repeated chronic ethanol exposure and withdrawal experience in C57BL/6 mice. Alcohol Clin Exp Res. 28 (12), 1829-1838 (2004).
  16. Lopez, M. F., Becker, H. C. Effect of pattern and number of chronic ethanol exposures on subsequent voluntary ethanol intake in C57BL/6J mice. Psychopharmacology. 181 (4), 688-696 (2005).
  17. Griffin, W. C., Lopez, M. F., Becker, H. C. Intensity and duration of chronic ethanol exposure is critical for subsequent escalation of voluntary ethanol drinking in mice. Alcohol Clin Exp Res. 33 (11), 1893-1900 (2009).
  18. Hwa, L. S., et al. Persistent escalation of alcohol drinking in C57BL/6J mice with intermittent access to 20% ethanol. Alcohol Clin Exp Res. 35 (11), 1938-1947 (2011).
  19. Vierkant, V., Xie, X., Wang, X., Wang, J. Experimental models of alcohol use disorder and their application for pathophysiological investigations. Curr Prot. 3 (6), e831(2023).
  20. Greenfield, T. K., et al. Risks of alcohol use disorders related to drinking patterns in the U.S. general population. J Studies Alcohol Drugs. 75 (2), 319-327 (2014).
  21. Rehm, J., Greenfield, T. K., Rogers, J. D. Average volume of alcohol consumption, patterns of drinking, and all-cause mortality: results from the US National Alcohol Survey. Am J Epidemiol. 153 (1), 64-71 (2001).
  22. Grant, K. A., et al. Drinking typography established by scheduled induction predicts chronic heavy drinking in a monkey model of ethanol self-administration. Alcohol Clin Exp Res. 32 (10), 1824-1838 (2008).
  23. Nathan, P. E., O'Brien, J. S. An experimental analysis of the behavior of alcoholics and nonalcoholics during prolonged experimental drinking: A necessary precursor of behavior therapy. Behav Ther. 2 (4), 455-476 (1971).
  24. Godynyuk, E., Bluitt, M. N., Tooley, J. R., Kravitz, A. V., Creed, M. C. An open-source, automated home-cage sipper device for monitoring liquid ingestive behavior in rodents. eNeuro. 6 (5), (2019).
  25. Frie, J. A., Khokhar, J. Y. An open source automated two-bottle choice test apparatus for rats. HardwareX. 5, e00061(2019).
  26. Melo, M. C., Alves, P. E., Cecyn, M. N., Eduardo, P. M. C., Abrahao, K. P. Development of eight wireless automated cages system with two lick-o-meters each for rodents. eNeuro. 9 (4), (2022).
  27. Wong, K., et al. Socially integrated polysubstance (SIP) system: An open-source solution for continuous monitoring of polysubstance fluid intake in group housed mice. Addiction Neurosci. , (2023).
  28. Frie, J. A., Khokhar, J. Y. FARESHARE: An open-source apparatus for assessing drinking microstructure in socially housed rats. NPP-Digit Psychiatry Neurosci. 2 (1), 1-7 (2024).
  29. Zhao, Z., et al. INGEsT: An open-source behavioral setup for studying self-motivated ingestive behavior and learned operant behavior. bioRxiv. , (2024).
  30. Petersen, N., Adank, D. N., Raghavan, R., Winder, D. G., Doyle, M. A. LIQ HD (Lick Instance Quantifier Home Cage Device): An open-source tool for recording undisturbed two-bottle drinking behavior in a home cage environment. eNeuro. 10 (4), (2023).
  31. Trujillo, J. L., Roberts, A. J., Gorman, M. R. Circadian timing of ethanol exposure exerts enduring effects on subsequent ad libitum consumption in C57 mice. Alcohol Clin Exp Res. 33 (7), 1286-1293 (2009).
  32. Nentwig, T. B., Margaret Starr, E., Judson Chandler, L., Glover, E. J. Absence of compulsive drinking phenotype in adult male rats exposed to ethanol in a binge-like pattern during adolescence. Alcohol. 79, 93-103 (2019).
  33. Patwell, R., Yang, H., Pandey, S. C., Glover, E. J. An operant ethanol self-administration paradigm that discriminates between appetitive and consummatory behaviors reveals distinct behavioral phenotypes in commonly used rat strains. Neuropharmacology. 201, 108836(2021).
  34. Bito-Onon, J. J., Simms, J. A., Chatterjee, S., Holgate, J., Bartlett, S. E. Varenicline, a partial agonist at neuronal nicotinic acetylcholine receptors, reduces nicotine-induced increases in 20% ethanol operant self-administration in Sprague-Dawley rats. Addict Biol. 16 (3), 440-449 (2011).
  35. Mill, D. J., Bito-Onon, J. J., Simms, J. A., Li, R., Bartlett, S. E. Fischer rats consume 20% ethanol in a long-term intermittent-access two-bottle-choice paradigm. PloS One. 8 (11), e79824(2013).
  36. Carnicella, S., Amamoto, R., Ron, D. Excessive alcohol consumption is blocked by glial cell line-derived neurotrophic factor. Alcohol. 43 (1), 35-43 (2009).
  37. Moore, C. F., Lynch, W. J. Alcohol preferring (P) rats as a model for examining sex differences in alcohol use disorder and its treatment. Pharmacol Biochem Behav. 132, 1-9 (2015).
  38. Pitock, J. R., et al. Presence of distinct operant phenotypes and transient withdrawal-induced escalation of operant ethanol intake in female rats. bioRxiv. , (2024).
  39. Carnicella, S., Yowell, Q. V., Ron, D. Regulation of operant oral ethanol self-administration: a dose-response curve study in rats. Alcohol Clin Exp Res. 35 (1), 116-125 (2011).
  40. De Oliveira Sergio, T., et al. Sex- and estrous-related response patterns for alcohol depend critically on the level of compulsion-like challenge. Prog Neuro-Psychopharmacol Biol Psychiatry. 133, 111008(2024).
  41. Foo, J. C., Skorodumov, I., Spanagel, R., Meinhardt, M. W. Sex- and age-specific effects on the development of addiction and compulsive-like drinking in rats. Biol Sex Diff. 14 (1), 44(2023).
  42. Moolten, M., Kornetsky, C. Oral self-administration of ethanol and not experimenter-administered ethanol facilitates rewarding electrical brain stimulation. Alcohol. 7 (3), 221-225 (1990).

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Alcoholconsumptie bij knaagdierendrinkmicrostructuurlikmeter systeemethanolopname bij rattendrinkpatronenbloethanolconcentratiebinge achtig drinkgedrag

Gerelateerde artikelen