Opisujemy metodę wykorzystującą ukierunkowane promieniowanie obwodowe do wywołania u myszy zachowania przypominającego zmęczenie. Wybrana, nieśmiertelna dawka napromieniania prowadzi do tygodniowego ograniczenia dobrowolnej aktywności związanej z bieganiem po kółkach.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Mysi model zmęczenia wywołanego promieniowaniem obwodowym
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Zmęczenie związane z rakiem (CRF) jest dokuczliwym i kosztownym stanem, który często dotyka pacjentów poddawanych leczeniu raka, w tym radioterapii. Tutaj opisujemy metodę wykorzystującą ukierunkowane promieniowanie obwodowe w celu wywołania zachowania podobnego do zmęczenia u myszy. Przy odpowiednim ekranowaniu, napromieniowanie jest ukierunkowane na dolną część brzucha/miednicy myszy, oszczędzając mózg, w celu modelowania radioterapii otrzymywanej przez osoby z rakiem miednicy. Dostarczamy dawkę napromieniowania, która jest wystarczająca do wywołania u myszy zachowania podobnego do zmęczenia, mierzonego za pomocą dobrowolnej aktywności biegania po kółkach (VWRA), bez powodowania oczywistej zachorowalności. Ponieważ bieganie w kółko jest normalnym, dobrowolnym zachowaniem u myszy, jego stosowanie powinno mieć niewielki wpływ na inne testy behawioralne lub środki biologiczne. W związku z tym bieganie po kółkach może być wykorzystane jako wykonalna miara wyniku w zrozumieniu behawioralnych i biologicznych korelatów zmęczenia. CRF jest złożonym schorzeniem z częstymi chorobami współistniejącymi i prawdopodobnie ma przyczyny związane zarówno z rakiem, jak i jego różnymi metodami leczenia. Metody opisane w tym artykule są przydatne do badania zmian wywołanych promieniowaniem, które przyczyniają się do rozwoju CRF i, bardziej ogólnie, do badania sieci biologicznych, które mogą wyjaśnić rozwój i utrzymywanie się peryferyjnie, ale centralnie sterowanego zachowania, takiego jak zmęczenie.
Wprowadzenie
Zmęczenie związane z rakiem (CRF) jest dokuczliwym i kosztownym stanem, który często dotyka pacjentów poddawanych leczeniu raka1. Zmęczenie nie jest ani proporcjonalne do niedawnej aktywności, ani nie jest łagodzone przez odpoczynek i wiąże się z szeroką gamą zaburzeń związanych z nastrojem, motywacją, uwagą i poznaniem2. Biologiczne przyczyny CRF są nieznane, chociaż wykazano, że w wielu przypadkach koreluje on ze stanem zapalnym i poziomem cytokin, a także w niektórych przypadkach z poziomem hemoglobiny i funkcją różnych układów hormonalnych (patrz Saligan i wsp.3 dla przeglądu badań biologicznych CRF).
Kontrolowane badania z wykorzystaniem modeli zwierzęcych są konieczne, aby zrozumieć zachowanie i biologię związaną z tym złożonym stanem. Chociaż zmęczenie związane z nowotworem4 lub związane z chemioterapią5,6 zmęczenie było badane w modelach gryzoni, etiologia CRF może być specyficzna dla leczenia. Aby zbadać CRF związane z radioterapią, nasza grupa opracowała ostatnio mysi model zmęczenia wywołanego promieniowaniem7. W przeciwieństwie do istniejących modeli CRF obejmujących napromienianie mózgu lub całego ciała8,9, ten model bada, w jaki sposób zmiana w zachowaniu kierowanym centralnie, taka jak zmęczenie, może zostać wywołana przez procedurę napromieniania ukierunkowaną obwodowo.
Opisana tutaj procedura ma na celu modelowanie radioterapii podawanej pacjentom z rakiem miednicy, przy użyciu osłon ołowianych do celowania w dolną część brzucha/miednicy za pomocą napromieniania. Jednak poprzez modyfikację osłony ołowianej lub jej rozmieszczenia względem zwierząt doświadczalnych, procedura ta może zostać dostosowana do modelowania napromieniania innych części ciała. Dobrowolna aktywność związana z jazdą na kółkach (VWRA) służy do pomiaru zachowania podobnego do zmęczenia; Ponieważ jest to dobrowolne i normalne zachowanie10, powinno to pozwolić na jednoczesne korzystanie z innych testów behawioralnych i biologicznych. Odkryliśmy, że napromienianie obwodowe jest wystarczające do zmniejszenia VWRA u myszy bez powodowania jawnej zachorowalności7. Przyszłe eksperymenty z tym modelem mogą pomóc w ujawnieniu wpływu promieniowania obwodowego na sygnalizację immunologiczną i biologiczną, a także dalsze zmiany w ośrodkowym układzie nerwowym, które mogą powodować deficyty związane z CRF.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Oświadczenie etyczne: To badanie zostało zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt National Institutes of Health (NIH). Wszyscy badacze biorący udział w obchodzeniu się ze zwierzętami i pomiarze wyników badań zostali odpowiednio przeszkoleni przez Biuro Opieki i Użytkowania Zwierząt NIH oraz Narodowy Instytut Serca, Płuc i Krwi Mysi Rdzeń Fenotypowania. Wszystkie aspekty testowania na zwierzętach, przetrzymywania i warunków środowiskowych wykorzystane w tym badaniu były zgodne z Przewodnikiem po opiece i użytkowaniu zwierząt laboratoryjnych11.
1. Pomieszczenia i zwierzęta doświadczalne
UWAGA: Samce myszy C57BL/6 (w wieku około pięciu tygodni po przybyciu) są trzymane w domu indywidualnie przez cały czas trwania eksperymentu i zapewniają ad libitum dostęp do jedzenia i wody. Wszystkie klatki są utrzymywane w cyklu jasno-ciemnym o godzinie 12:12, przy czym faza jasna rozpoczyna się o 6 rano, a faza ciemna o godzinie 18.
- Zidentyfikuj myszy i przypisz je do indywidualnych, standardowych, wentylowanych klatek dla myszy. Po zakończeniu procedury identyfikacji należy odczekać 24 godziny w celu odzyskania.
UWAGA: Tatuaż na ogonie jest zalecany jako środek identyfikacji, aby wyeliminować możliwość, że kolczyk może zostać zaplątany w koło do biegania. Wytatuuj sobie numer na ogonie każdej myszy, przy czym numer na ogonie będzie pasował do numeru napisanego na klatce myszy. - Pozwól myszom zaaklimatyzować się w klatkach przez co najmniej trzy kolejne dni, delikatnie dotykając każdej myszy przez okres trzech minut dziennie.
2. Aklimatyzacja kół jezdnych i linia bazowa
- Zapoznaj myszy z indywidualnymi klatkami VWRA, z których każda jest wyposażona w koło jezdne połączone z elektronicznym licznikiem do ciągłego nagrywania.
UWAGA: Wszystkie liczniki kół łączą się z komputerem za pomocą jednego interfejsu USB (patrz Lista materiałów). Oprogramowanie komputerowe oblicza liczbę obrotów koła, przebytą odległość i średnią prędkość w każdym wyznaczonym przedziale czasowym o określonym łącznym czasie trwania. Po zatrzymaniu nagrywania dane są automatycznie zapisywane zarówno jako tekst, jak i jako arkusze kalkulacyjne. - Rozpocznij nagrywanie VWRA za pomocą interfejsu oprogramowania komputerowego. Ustaw interwały nagrywania na jedną godzinę, a czas trwania na co najmniej pięć dni. Kontynuuj nagrywanie VWRA przez co najmniej pięć dni.
UWAGA: Pod koniec kroku 2.2 wszystkie myszy powinny osiągnąć względnie stałą dzienną aktywność związaną z bieganiem na kółkach. Jeśli nie, zidentyfikuj i wyklucz wszelkie wartości odstające. - Zatrzymaj nagrywanie VWRA za pomocą interfejsu oprogramowania i przywróć myszy do standardowych klatek opisanych w kroku 1.1 (klatki bez kół jezdnych).
- Losowo przydzielaj myszy do grup kontrolnych pozorowanych lub napromieniowanych.
3. Napromieniowanie
Uwaga: Wykonaj następujące kroki dla wszystkich myszy w obu grupach, raz dziennie przez trzy kolejne dni. Traktuj myszy w tej samej kolejności każdego dnia.
- Znieczulić każdą mysz przez dootrzewnowe wstrzyknięcie mieszaniny ketaminy (100 mg/kg) i ksylazyny (10 mg/kg).
- Potwierdź znieczulenie szczyptą palca u nogi i nałóż maść na oczy, aby zapobiec wysuszeniu podczas znieczulenia.
- Przenieś znieczuloną mysz do ołowianego urządzenia ekranującego. Ułóż mysz w osłonie tak, aby odsłonięta była tylko dolna część brzucha/miednicy.
UWAGA: Ekranowanie składa się z dwóch ołowianych "skrzynek" z wąską otwartą przestrzenią pomiędzy nimi, która umożliwia ekspozycję na promieniowanie na mały, docelowy obszar myszy (patrz rysunek 1). - Użyj taśmy medycznej, aby zabezpieczyć podstawę ogona myszy na miejscu w osłonie.
UWAGA: Krok 3.4 jest opcjonalny, ale może pomóc w upewnieniu się, że pozycja myszy nie zmieni się w następnym kroku. - Przetransportować urządzenie osłonowe do nagrzewnicy, upewniając się, że pozycja zwierzęcia w osłonie jest utrzymana.
- Jeśli mysz znajduje się w grupie napromieniania, należy dostarczyć 800 cGy przy dawce około 110 cGy/min. Jeśli mysz znajduje się w grupie kontrolnej pozorowanego napromieniowania, pozostaw mysz w nieaktywnym promienniku na równoważny czas.
UWAGA: Optymalne ustawienia promiennika będą zależeć od konkretnego urządzenia. Szybkość dawki 110 cGy/min dostarczana ze źródła 137cezu jest centralną szybkością dawki zastosowanego tutaj promiennika. Czas ekspozycji dostosowano tak, aby osiągnąć pożądaną dawkę całkowitą 800 cGy. - Wyjmij mysz z promiennika i osłony, a następnie umieść ją z powrotem w oryginalnej, standardowej klatce wymienionej w kroku 1.1.
- Stale monitoruj mysz, aż odzyska wystarczającą przytomność, aby utrzymać leżący mostek.
4. Pomiar zmęczenia wywołanego promieniowaniem
- Następnego dnia po zakończeniu trzech kolejnych dni napromieniania należy przenieść myszy do ich indywidualnych klatek VWRA opisanych w kroku 2.1.
- Nagraj VWRA zgodnie z opisem w kroku 2.2, z wyjątkiem tego miejsca, w którym czas nagrywania jest ustawiony na więcej niż 15 dni. Po upływie 15 dni należy ręcznie zatrzymać nagrywanie VWRA za pomocą interfejsu oprogramowania.
UWAGA: Dane z każdego okresu rejestracji są automatycznie zapisywane jako arkusze kalkulacyjne, z których każdy zawiera pomiary obrotu, odległości i prędkości dla wszystkich zwierząt (kolumny) i we wszystkich odstępach czasu (rzędy) przez cały czas trwania nagrywania. Na końcu eksperymentu znajdują się dwa arkusze kalkulacyjne wygenerowane przez oprogramowanie rejestrujące: jeden dla VWRA przed napromieniowaniem, a drugi dla VWRA po napromieniowaniu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Zgodnie z opisanym powyżej protokołem przeprowadzono badania na trzech grupach myszy. W sumie objęto nimi 16 myszy z grupy kontrolnej (sham) oraz 20 myszy napromieniowanych (2,400 cGy, 3 x 800 cGy/dobę). Po trzech kolejnych dniach napromieniowania w grupie napromieniowanej odnotowano istotnie zmniejszone VWRA w porównaniu z grupą sham (ANOVA dla powtarzanych pomiarów: główny efekt napromieniowania, F1,13 = 19.233, p < 0.001). Efekt ten był istotny przez pierwsze siedem dni p...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Opisaliśmy protokół wykorzystujący celowane napromienianie obwodowe w celu wywołania zmniejszenia VWRA u myszy bez zakłócania zachorowalności lub śmiertelności. Co ważne, proste urządzenie ekranujące pozwala napromienianiu w tym protokole konsekwentnie kierować się na pożądany obszar, naśladując radioterapię otrzymywaną przez pacjentów z rakiem miednicy. W przeciwieństwie do istniejących modeli CRF obejmujących napromienianie mózgu lub całego ciała 8,9, ten model...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Badania te były wspierane przez Division of Intramural Research, National Institute of Nursing Research, National Institutes of Health.
Podziękowania
Autorzy chcieliby podziękować Michele Allen z National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI) z National Institutes of Health (NIH) za hojne podzielenie się swoją wiedzą na temat metod fenotypowania myszy i za jej ciągłą pomoc techniczną, a także dla Timothy'ego Hunta z NHLBI za pomoc w rozwoju urządzenia ekranującego. Badanie to jest wspierane przez Wydział Badań Wewnętrznych Narodowego Instytutu Badań Pielęgniarskich NIH, a część badania walidacyjnego jest wspierana przez grant Fundacji Towarzystwa Pielęgniarstwa Onkologicznego.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| C57BL/6 Myszy | Charles River | Kod szczepu 027 (http://www.criver.com/products-services/basic-research/find-a-model/c57bl-6n-mouse) | |
| Ketamina HCl | Putney | 100 mg/ml roztwór podstawowy | |
| Ksylazyna HCl | Lloyd Laboratories | 100 mg/ml roztwór podstawowy | |
| System tatuażu gryzoni | AIMS | ATS-3 | http://animalid.com/lab-animal-identification-systems/ats-3-general-rodent-tattoo-system |
| Aparatura ekranująca ołowi | (wykonana na zamówienie) | Osłona ołowiowa o grubości jednego cala ułożona jako dwa pudełka z przerwą o grubości jednego cala między nimi do ukierunkowanego napromieniowania | |
| Pojemnik ekranujący z pleksiglasu | (wykonany na zamówienie) | Pojemnik z pleksi wypełniony styropianem. Wycięcia ze styropianu utrzymują ekranowanie ołowiu na miejscu. | |
| GammaCell 40 Exactor | Najlepsza teratronika | http://www.theratronics.ca/product_gamma40.html | |
| RAD Disk Ultra | Najlepsza http://www.theratronics.ca/product_rad.html mysz Theratronics | ||
| Komora z pojedynczym kołem aktywności | Lafayette Instrument Company | #80820 | |
| http://www.lafayetteneuroscience.com/product_detail.asp?itemid=980 Licznik kół aktywności dla Monitorowanie komputerowe | Lafayette Instrument Company | #86061 | |
| http://www.lafayetteneuroscience.com/product_detail.asp?itemid=1052 Modułowy do liczników kół | Lafayette Instrument Company | #86051-7 | http://www.lafayetteneuroscience.com/product_detail.asp?itemid=1046 |
| Interfejs komputerowy USB do liczników kół aktywności | Lafayette Instrument Company | #86056A | http://www.lafayetteneuroscience.com/product_detail.asp?itemid=1047 |
| Oprogramowanie do monitorowania koła aktywności | Lafayette Instrument Company | #86065 | http://www.lafayetteneuroscience.com/product_detail.asp?itemid=1053 |
Bibliografia
- Minton, O., et al. Cancer-related fatigue and its impact on functioning. Cancer. 119, Suppl 11. 2124-2130 (2013).
- Bower, J. E. Cancer-related fatigue--mechanisms, risk factors, and treatments. Nat Rev Clin Oncol. 11 (10), 597-609 (2014).
- Saligan, L. N., et al. The biology of cancer-related fatigue: a review of the literature. Support Care Cancer. 23 (8), 2461-2478 (2015).
- Norden, D. M., et al. Tumor growth increases neuroinflammation, fatigue and depressive-like behavior prior to alterations in muscle function. Brain Behav Immun. 43, 76-85 (2015).
- Ray, M. A., Trammell, R. A., Verhulst, S., Ran, S., Toth, L. A. Development of a mouse model for assessing fatigue during chemotherapy. Comp Med. 61 (2), 119-130 (2011).
- Zombeck, J. A., Fey, E. G., Lyng, G. D., Sonis, S. T. A clinically translatable mouse model for chemotherapy-related fatigue. Comp Med. 63 (6), 491-497 (2013).
- Renner, M., et al. A murine model of peripheral irradiation-induced fatigue. Behav Brain Res. 307, 218-226 (2016).
- Van der Meeren, A., Lebaron-Jacobs, L. Behavioural consequences of an 8 Gy total body irradiation in mice: Regulation by interleukin-4. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 79 (2), 140-143 (2001).
- York, J. M., et al. The biobehavioral and neuroimmune impact of low-dose ionizing radiation. Brain Behav Immun. 26 (2), 218-227 (2012).
- Meijer, J. H., Robbers, Y. Wheel running in the wild. Proc Biol Sci. 281 (1786), (2014).
- The Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , 8th Edition, National Research Council of the National Academies. (2011).
- Heredia, L., Torrente, M., Domingo, J. L., Colomina, M. T. Individual housing and handling procedures modify anxiety levels of Tg2576 mice assessed in the zero maze test. Physiol Behav. 107 (2), 187-191 (2012).
- Varty, G. B., Paulus, M. P., Braff, D. L., Geyer, M. A. Environmental enrichment and isolation rearing in the rat: effects on locomotor behavior and startle response plasticity. Biol Psychiatry. 47 (10), 864-873 (2000).
- Pham, T. M., Brene, S., Baumans, V. Behavioral assessment of intermittent wheel running and individual housing in mice in the laboratory. J Appl Anim Welf Sci. 8 (3), 157-173 (2005).
- Knab, A. M., et al. Repeatability of exercise behaviors in mice. Physiol Behav. 98 (4), 433-440 (2009).
- Novak, C. M., Burghardt, P. R., Levine, J. A. The use of a running wheel to measure activity in rodents: relationship to energy balance, general activity, and reward. Neurosci Biobehav Rev. 36 (3), 1001-1014 (2012).
- Mineur, Y. S., Belzung, C., Crusio, W. E. Effects of unpredictable chronic mild stress on anxiety and depression-like behavior in mice. Behav Brain Res. 175 (1), 43-50 (2006).
- Perhach, J. L. Jr, Barry, H. 3rd Stress responses of rats to acute body or neck restraint. Physiol Behav. 5 (4), 443-448 (1970).
- Iwakawa, M., et al. Different radiation susceptibility among five strains of mice detected by a skin reaction. J Radiat Res. 44 (1), 7-13 (2003).
- Travis, E. L., Peters, L. J., McNeill, J., Thames, H. D. Jr, Karolis, C. Effect of dose-rate on total body irradiation: lethality and pathologic findings. Radiother Oncol. 4 (4), 341-351 (1985).
- Duran-Struuck, R., Dysko, R. C. Principles of bone marrow transplantation (BMT): providing optimal veterinary and husbandry care to irradiated mice in BMT studies. J Am Assoc Lab Anim Sci. 48 (1), 11-22 (2009).
- Duran-Struuck, R., et al. Differential susceptibility of C57BL/6NCr and B6.Cg-Ptprca mice to commensal bacteria after whole body irradiation in translational bone marrow transplant studies. J Transl Med. 6, 10(2008).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
