Ten protokół dostarcza niezbędnych kroków do ustalenia i oceny sepsy noworodków u 7-dniowych myszy.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Ten protokół dostarcza niezbędnych kroków do ustalenia i oceny sepsy noworodków u 7-dniowych myszy.
Sepsa noworodków pozostaje globalnym obciążeniem. Potrzebny jest model przedkliniczny do badań przesiewowych skutecznych interwencji profilaktycznych lub terapeutycznych. Posocznica wielodrobnoustrojowa u noworodków myszy może być wywołana przez wstrzyknięcie gnojowicy jelita ślepego dootrzewnowo 7 myszom i monitorowanie ich przez następny tydzień. Poniżej przedstawiono szczegółowe kroki niezbędne do wdrożenia tego modelu sepsy noworodków. Obejmuje to przygotowanie jednorodnego materiału gnojowicy jelita ślepego, rozcieńczenie go do dawki dostosowanej do masy ciała i ściółki, zarys harmonogramu monitorowania oraz definicję obserwowanych kategorii zdrowotnych stosowanych do określenia humanitarnych punktów końcowych. Wytwarzanie jednorodnego materiału gnojowicy jelita ślepego z połączonych dawców pozwala na podawanie go do wielu miotów w czasie, zmniejszając różnice między dawcami i zapobiegając stosowaniu potencjalnie toksycznego glicerolu. Zastosowana strategia monitorowania pozwala na przewidywanie wyników przeżycia i identyfikację myszy, które później dojdą do śmierci, co pozwala na wcześniejszą identyfikację humanitarnego punktu końcowego. Dwie główne cechy behawioralne są wykorzystywane do definiowania wyników zdrowotnych, a mianowicie zdolność nowonarodzonych myszy do prostowania się po umieszczeniu na plecach oraz ich poziom mobilności. Kryteria te mogą być potencjalnie stosowane do rozwiązywania problemów z humanitarnymi punktami końcowymi w innych badaniach chorób noworodków u myszy, o ile przeprowadzone zostanie badanie pilotażowe w celu potwierdzenia dokładności. Podsumowując, podejście to zapewnia ustandaryzowaną metodę modelowania sepsy u noworodków u myszy, zapewniając jednocześnie zasoby do oceny dobrostanu zwierząt wykorzystywane do definiowania wczesnych humanitarnych punktów końcowych dla zwierząt z wyzwaniami.
Sepsa jest główną przyczyną zgonów zakaźnych noworodków1. Ponieważ sepsa u noworodków jest słabo poznana, poczyniono niewielkie postępy zarówno w identyfikacji zagrożonych noworodków we wczesnym okresie choroby, jak i w opracowywaniu skutecznych metod leczenia lub profilaktyki. Wymaga to wykorzystania zwierzęcych modeli sepsy, aby lepiej zrozumieć ten proces i przetestować możliwe interwencje. Co więcej, dorosłe gryzonie różnie reagują na sepsę, ze statystycznie istotnymi różnicami w liczbie bakterii, które należy podać, aby uzyskać tę samą dawkę śmiertelną (LD) i różnicami w wynikającej z tego odpowiedzi gospodarza w porównaniu z noworodkami2. W związku z tym sepsa noworodkowa musi być badana u noworodków. W badaniach nad sepsą wykorzystano kilka modeli sepsy u dorosłych. Obejmują one prowokację dożylną z określonymi organizmami zaangażowanymi w sepsę u dorosłych ludzi lub podwiązanie i nakłucie jelita ślepego (CLP). CLP to endogenny model prowokacyjny, w którym jelito ślepe jest chirurgicznie izolowane, podwiązywane i nakłuwane, aby umożliwić wyciek treści jelitowej do otrzewnej, co ostatecznie prowadzi do ogólnoustrojowego rozprzestrzeniania się drobnoustrojów i ich produktów3. Jednak procedura chirurgiczna wymagana do ustalenia CLP jest śmiertelna dla nowonarodzonych zwierząt; w związku z tym konieczna jest alternatywna metoda, aby naśladować wielodrobnoustrojowe wyzwanie CLP w celu wywołania sepsy noworodków. Aby zaspokoić tę potrzebę, opracowano model gnojowicy jelita ślepego dla posocznicy wielodrobnoustrojowej u noworodków, w ramach którego zawartość jelita ślepego zwierząt jest zbierana, zawieszana w sterylnej dekstrozie 5% w wodzie (D5W) i wstrzykiwana dootrzewnowo nowonarodzonym myszom2. Od tego czasu stał się on coraz bardziej popularnym modelem do badania sepsy zarówno u nowonarodzonych, jak i dorosłych zwierząt i znacznie rozwinął mechanistyczny wgląd w proces choroby4,5,6,7,8,9,10,11, 12,13,14,15.
Biorąc pod uwagę coraz częstsze korzystanie z tego modelu i pragnienie badaczy do bezpośredniego porównywania wyników w różnych publikacjach, istnieje potrzeba dokładnego opisania i ujednolicenia aspektów technicznych we wszystkich badaniach. Standaryzacja dotyczy trzech aspektów modelu, a mianowicie: i) przygotowania gnojowicy jelita ślepego, ii) przygotowania podwielokrotności prowokacji do wstrzyknięcia zwierzętom doświadczalnym oraz iii) definicji humanitarnego punktu końcowego, zgodnie z którym zwierzęta uznaje się za nieocalałe w doświadczeniach prowokacyjnych. W szczególności metody przygotowania gnojowicy cecal są często przywoływane w oryginalnym artykule wprowadzającym model2. Krótkie podsumowanie tego modelu jest takie, że treść jelita ślepego od dorosłych myszy została pobrana, zawieszona w sterylnym D5W do stężenia 80 mg/ml i wykorzystana w ciągu 2 godzin do wstrzyknięcia zwierzętom doświadczalnym. Ten oryginalny model wykorzystywał myszy w tym samym wieku, pochodzące z tego samego miejsca dostawcy, które były trzymane w odpowiednich placówkach badawczych przez mniej niż 2 tygodnie przed pobraniem zawartości jelita ślepego. Wykorzystanie myszy hodowanych we własnym zakresie, chociaż zmniejszyło koszty wynikające z regularnych dostaw od dostawców i pozwoliło na wykorzystanie nadmiaru myszy o szerszym zakresie płci i wieku, również znacznie zwiększyło zmienność między dawcami. To zmotywowało do opracowania alternatywnej techniki, w której zawartość jelita ślepego od wielu myszy została zebrana razem w celu przygotowania dużego bulionu, który następnie został podzielony na porcje i przechowywany w temperaturze -80 °C13. Ta alternatywna metoda została zaadaptowana przez wiele grup14,15. Adaptacja ta doprowadziła jednak do pewnych zmian technicznych, zarówno w zakresie stosowanych nośników pamięci (10% lub 15% glicerolu lub sam D5W), jak i strategii filtracji w celu usunięcia cząstek stałych (filtracja wielostopniowa przez filtr 860 μm, a następnie filtr 190 μm lub indywidualne filtracje przez filtry 100 μm lub 70 μm)13, 14,15. Wstrzyknięcie samego glicerolu może potencjalnie wyrządzić szkody, biorąc pod uwagę, że 25%-50% zastrzyków z glicerolu zostało wykorzystane jako model uszkodzenia nerek u gryzoni16,17,18,19,20. Aby uniknąć niezamierzonych skutków ubocznych glicerolu, preparat gnojowicy jelita ślepego dla myszy w tym badaniu zamraża się w D5W bez glicerolu i przeprowadza się testy żywotności bakterii podczas przechowywania w temperaturze -80 °C. Strategia filtracji zastosowana w tym badaniu to jedno przejście przez filtr 70 μm, który nie został bezpośrednio porównany z innymi wymienionymi strategiami filtracji.
Śmiertelne dawki wstrzykiwanej gnojowicy jelita ślepego mogą się różnić w zależności od placówki i powinny być dostosowane do pożądanej śmiertelności dla poszczególnych grup. Przy różnych dawkach prowokacyjnych, towarzyszące im objętości prowokacji zmieniają się w razie konieczności. Ten szczegół metodologiczny nie został jednak wcześniej zgłoszony. Co więcej, strategie standardowych procedur, takich jak wstrzyknięcie dootrzewnowe, są rzadko omawiane w literaturze, ale poszczególne techniki mogą wpływać na to, czy nowonarodzone myszy przeciekają po wstrzyknięciu i wpływać na ich końcowe wyniki.
Dobrostan zwierząt, w tym definicja humanitarnego punktu końcowego, jest centralnym aspektem tego modelu i każdego modelu infekcji i stanu zapalnego u gryzoni21. W 1998 roku Kanadyjska Rada ds. Opieki nad Zwierzętami (CCAC) opublikowała obszerne wytyczne dotyczące wyboru humanitarnego punktu końcowego, definiując humanitarny punkt końcowy jako "każdy rzeczywisty lub potencjalny ból, niepokój lub dyskomfort powinien być zminimalizowany lub złagodzony poprzez wybór najwcześniejszego punktu końcowego, który jest zgodny z naukowymi celami badania"22. Inni ostrzegają również, że humanitarne punkty końcowe muszą być ustalane w oparciu o uzasadnienie naukowe, a nie tylko subiektywną interpretację stanu zwierzęcia21. Chociaż istnieje wiele zasobów dotyczących klinicznych, behawioralnych i opartych na znakach kryteriów dotyczących humanitarnego punktu końcowego, nawet w kontekście infekcji i stanu zapalnego21,23,24, żadne z nich, w tym wytyczne CCAC dotyczące humanitarnego punktu końcowego22, wspomnij o nowonarodzonych myszach. W związku z tym obiektywnie i naukowo uzasadnione humanitarne punkty końcowe są znacznie trudniejsze do ustalenia dla nowonarodzonych zwierząt, biorąc pod uwagę zarówno ich ograniczone zdolności behawioralne, jak i brak dowodów na podstawie kryteriów takich jak utrata masy ciała, która jest powszechnie stosowana w przypadku dorosłych myszy. Obecnie kryteria humanitarnego punktu końcowego stosowane dla nowonarodzonych myszy w wieku od 5 do 12 dni w literaturze dotyczącej gnojowicy jelita ślepego odnoszą się do oryginalnego manuskryptu, który wprowadził model2. W niniejszej pracy pierwotnej definicja humanitarnego punktu końcowego dla nowonarodzonych zwierząt opierała się na dwóch kryteriach; Mianowicie, zaobserwowano, że położenie myszy poza gniazdem (rozproszenie) i brak plam mlecznych powodowały śmierć w ciągu kilku godzin. Kwestią komplikującą przypisanie humanitarnego punktu końcowego jest to, że plamy mleczne stają się trudne do zauważenia u szczepów myszy o ciemnej sierści, takich jak powszechnie stosowany szczep C57BL/6J, po pierwszym tygodniu życia, podczas gdy chore zwierzęta są monitorowane do 14. dnia życia (DOL). Co więcej, przy zastosowaniu tych kryteriów można znaleźć martwe zwierzęta po prowokacji (obserwacja własna; niepublikowana); W związku z tym konieczna jest bardziej rygorystyczna definicja humanitarnego punktu końcowego, aby złagodzić cierpienie zwierząt doświadczalnych i uniknąć śmiertelności w sytuacjach, w których wynik można było dokładnie określić wcześniej.
Wszystkie trzy aspekty metodologiczne modelu gnojowicy jelita ślepego są przedstawione w standardowej procedurze operacyjnej, szczegółowo opisującej przygotowanie gnojowicy jelita ślepego, metodę wstrzykiwania zwierząt doświadczalnych, która utrzymuje stałą objętość iniekcji między dawkami i zmniejsza ryzyko wycieków, oraz definicję humanitarnego punktu końcowego dla myszy w wieku od 7 do 12 dni w oparciu o system modelowania behawioralnego. Zebrano informacje behawioralne dotyczące wyników zdrowia myszy od ponad 240 zwierząt doświadczalnych i pogrupowano je według końcowego wyniku przeżycia, demonstrując opartą na dowodach definicję humanitarnego punktu końcowego. Cierpienie zwierząt doświadczalnych jest zmniejszane poprzez identyfikację konających noworodków myszy w najwcześniejszym możliwym punkcie czasowym, podczas gdy biologicznie istotne wyniki przeżycia można wywnioskować, obserwując kluczowe zmienne. Wizualna reprezentacja zarówno przygotowania gnojowicy jelita ślepego, jak i zachowań nowonarodzonych myszy będzie doskonałym źródłem informacji dla każdej grupy badającej sepsę lub nowonarodzonych zwierząt prowokacyjnych.
Wszystkie eksperymenty w tym protokole zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej pod numerem protokołu A17-0110.
1. Sterylizacja narzędzi
2. Przygotowanie gnojowicy Cecal

3. Wyzwanie sepsą u 7-dniowych nowonarodzonych myszy








4. Monitorowanie myszy
5. Miareczkowanie gnojowicy jelita ślepego
Żywotność gnojowicy jelitowej przechowywanej w temperaturze -80 °C może być testowana w czasie poprzez seryjne rozcieńczanie i posiewanie porcji gnojowicy jelita ślepego na 5% próbnym agarze sojowym z krwią owczą, a następnie 24 godziny inkubacji tlenowej w temperaturze 37 °C. Stwierdzono, że późniejsze liczenie zawartości jednostki tworzącej kolonię (CFU) w preparacie gnojowicy jelita ślepego nie zmieniło się przez okres 6 miesięcy, a na żywotność nie miało wpływu długotrwałe przechowywanie w temperaturze -80 °C (Rysunek 2). Każda mysz dawczyni dawała średnio wystarczającą ilość gnojowicy jelita ślepego, aby rzucić wyzwanie trzem do czterech miotów (dane nie pokazane).
Myszy prowokowane w DOL 7 gnojowicą jelita ślepego w celu wywołania sepsy wielobakteryjnej zaczęły osiągać humanitarny punkt końcowy w ciągu 12 godzin od wyzwania, a posocznica wielodrobnoustrojowa została w większości rozwiązana w ciągu 48 godzin po prowokacji, jak zaobserwowano w krzywej przeżycia Kaplana-Meiera połączonej z danymi od ponad 200 myszy z prowokacją (Rysunek 1A). Śmiertelność zależała od podanej dawki prowokacyjnej, przy czym 5% zmiana dawki prowokacyjnej powodowała około 15% różnicę we wskaźniku przeżycia (Figura 1B). Masa ciała myszy była mierzona podczas każdej wizyty monitorującej. Utratę masy ciała zaobserwowano u wszystkich zwierząt, które podjęły wyzwanie, przy czym nie było dyskryminacji między myszami, które ostatecznie przeżyły, a tymi, które nie przeżyły w ciągu początkowych 24 godzin po prowokacji (Rysunek 1C). Po 24 godzinach większość zwierząt, które przeżyły, zaczęła odzyskiwać wagę, podczas gdy wszystkie zwierzęta, które nie przeżyły, nadal traciły na wadze i przeniosły się do humanitarnego punktu końcowego. Jednak niewielka część zwierząt, które przeżyły, które zachowały odruch prostowania, również nadal traciła na wadze lub nie przybierała na wadze, aż do końca eksperymentu, tracąc nawet 20% początkowej masy ciała w ciągu 40 godzin od wyzwania. Ponieważ utrata masy ciała między myszami, które ostatecznie przeżyły, a tymi, które nie przeżyły, nastąpiła pokrywająca się utrata masy ciała, zmiana masy ciała lub próg utraty masy ciała nie mogły być wykorzystane jako kryterium humanitarnego punktu końcowego, przy jednoczesnym zachowaniu celu, jakim jest dokładne oddzielenie osób, które przeżyły, od tych, które nie przeżyły.
Zachowanie myszy było monitorowane zgodnie z opisem w protokole i w Tabeli 2. Wyświetlane są migawki kategorii zdrowotnych (Rysunek 3A-C). Zdjęcia te pokazują różne kategorie zdrowotne myszy, które nie zdołały się wyprostować po umieszczeniu na plecach i nakreślają różnicę między FTR-Mobile a FTR-Letargic, co jest ważnym rozróżnieniem. Zdrowe myszy w tym wieku nie wykazują aktywności FTR-letargicznej; Dlatego ta kategoria zdrowia jest markerem choroby i odpowiedzią na wyzwanie. Chore myszy wykazywały objawy letargu FTR (Rysunek 3B) i mogły cofnąć się w kierunku FTR-Nonmobile (Rysunek 3C), gdzie górna noga pozostaje równoległa do dolnej nogi, z niewielkim lub zerowym ruchem kołysania bioder, co jest jednym z kryteriów humanitarnego punktu końcowego. Myszy mogą również wyzdrowieć, uzyskując zwiększony ruch bioder i stając się FTR-Mobile (Rysunek 3A). Wyniki odruchu prostego i mobilności określono zarówno dla lewej, jak i prawej strony każdej myszy, a najwyższy wynik wykorzystano do określenia, czy mysz osiągnęła humanitarny punkt końcowy. Informacje behawioralne zebrano od ponad 240 zwierząt, którym podano śmiertelną dawkę 60 (LD60) gnojowicy jelita ślepego i zaobserwowano 144 humanitarne punkty końcowe (Rysunek 3D-F i Tabela 1). To oparte na dowodach podejście wykorzystano do zdefiniowania i udoskonalenia humanitarnego punktu końcowego w czterech etapach choroby, skategoryzowanych przez eksperymentatorów na podstawie zarówno różnic behawioralnych między osobami, które przeżyły, a tymi, które nie przeżyły, jak i ułamkiem humanitarnych punktów końcowych osiągniętych w każdym przedziale czasowym. Podczas wczesnych eksperymentów myszy FTR-Nonmobile, które nie miały ruchu bioder, były konsekwentnie znajdowane martwe w ciągu 4-6 godzin od zaobserwowania tego zachowania. W zbieraniu przedstawionych informacji jako kryterium humanitarnego punktu końcowego wykorzystano ocenę stanu zdrowia FTR-Nonmobile. Od 12 do 21 godzin po prowokacji, podczas gdy myszy FTR-Nonmobile zostały poddane eutanazji, zarówno zwierzęta, które przeżyły, jak i nieocalałe, wykazywały bardzo podobne wzorce zachowań i nie można ich było odróżnić w żaden inny sposób (Rysunek 3D). Od 21 do 48 godzin po prowokacji większość myszy, które przeżyły, odzyskała odruch prostowania, podczas gdy mniej niż 1% zaobserwowanych zachowań FTR dotyczyło zwierząt, które przeżyłyby eksperyment (Ryc. 3E). W ten sposób myszy, które nie zdołały wyprostować się z obu stron, stały się dodatkowym kryterium humanitarnego punktu końcowego w tym czasie. Między 12 a 20 godziną po prowokacji zaobserwowano 12,5% całkowitej liczby ludzkich punktów końcowych, w porównaniu z 80,5% między 20 a 48 godziną i 7% po 48 godzinach (Tabela 1). Cechą odróżniającą myszy, które ostatecznie przeżyły i które ostatecznie pogorszyły się do humanitarnego punktu końcowego, była utrata odruchu prostowania, niezależna od ruchomości bioder (Ryc. 3F). Rzeczywiście, między 20 a 48 godzinami po prowokacji łącznie 121 myszy nie zdołało wyprostować się z obu stron, przy czym 116 z tych myszy ostatecznie przeszło do humanitarnego punktu końcowego (co stanowi 96% dokładność w identyfikacji myszy, które nie wyzdrowieją). Po upływie 48 godzin od wyzwania zaobserwowano, że 11 myszy nie jest w stanie wyprostować się z obu stron, a 10 z nich osiągnęło humanitarny punkt końcowy (91% dokładności). Po upływie 20 godzin od wyzwania liczba myszy, które utraciły odruch prostowania dla obu stron, przewiduje ostateczny wynik z dokładnością ponad 90%; w związku z tym zostało to dodane do kryteriów humanitarnego punktu końcowego, aby wcześniej zidentyfikować myszy, które nie wróciły do zdrowia, i zmniejszyć cierpienie myszy (Tabela 1).
Częstotliwość, z jaką myszy potrzebują monitorowania, zmienia się w czasie, ze względu na różne wskaźniki zgonów po prowokacji, i jest opisana w Tabeli 1. Uważano, że mysz znajduje się w humanitarnym punkcie końcowym w dowolnym momencie, jeśli nie zdołała się wyprostować i wykazywała nieruchome ruchy bioder po obu stronach, lub jeśli mysz została znaleziona rozproszona z gniazda, nie była w stanie się wyprostować i miała letargiczny ruch bioder. Oczekiwano, że myszy z którymkolwiek z tych schorzeń nie będą w stanie ponownie dołączyć do miotu i zaobserwowano, że są FTR-Nonmobile w ciągu 4-6 godzin. Począwszy od 20 godzin po wyzwaniu, dodano nowy humanitarny punkt końcowy, ponieważ przedstawione informacje pokazują, że zdecydowana większość myszy, u których obie strony doświadczają FTR, ulega chorobie.
Filmy, tabele i zasoby przedstawione w tym manuskrypcie są skutecznym źródłem nauczania dla prawidłowego przypisywania zachowań u myszy z wyzwaniami. Siedmiu eksperymentatorów zostało poproszonych o obejrzenie filmu szkoleniowego i przeczytanie zarówno protokołu, jak i tabel przed przypisaniem zachowań 60 wyzwanym zwierzętom. Identyfikacja humanitarnego przypisania punktu końcowego była dokładna zarówno w przypadku odróżnienia myszy FTR-Nonmobile od myszy, które wykazywały inne zachowania (Figura 4A), jak i myszy FTR od myszy, które były w stanie wyprostować się w dopuszczalnym przedziale czasowym (Figura 4B).

Rysunek 1: Krzywa przeżycia Kaplana-Meiera, miareczkowanie dawki gnojowicy jelita ślepego i zmiana masy ciała po prowokacji gnojowicy jelita ślepego. (A) Wynik przeżycia noworodków myszy C57BL/6J, którym podano dootrzewnowe wstrzyknięcie gnojowicy jelita ślepego w DOL 7. Dane dla tej liczby zostały połączone z niezależnych eksperymentów z użyciem wielokrotnych dawek prowokacyjnych, w zakresie od 0,7 do 1,3 mg gnojowicy jelita ślepego na gram masy ciała, którą podawano tym myszom. (B) Nowonarodzone myszy, którym podano od 0,80 do 0,95 mg gnojowicy jelita ślepego na gram masy ciała z jednego preparatu gnojowicy jelita ślepego, wykazują zależny od dawki związek między ilością podanej gnojowicy jelita ślepego a procentem przeżycia. (C) Procentowa zmiana masy ciała w porównaniu z wagą wyzwania, przy czym linia przerywana oznacza 20% utratę masy ciała od czasu wyzwania. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Stężenie CFU w gnojowicy cecalowej przechowywanej w temperaturze -80 °C nie zmienia się przez okres 6 miesięcy. Wpływ wieku gnojowicy jelita ślepego na stężenie CFU badano za pomocą regresji liniowej. Każdy punkt odpowiada jednej podwielokrotności tego samego preparatu gnojowicy jelita ślepego, seryjnie rozcieńczanej i powlekanej przez okres 6 miesięcy. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Kategorie ruchomości bioder u myszy, które nie są w stanie się poprawić, oraz zachowania zwierząt w różnych momentach po wyzwaniu. Myszy, które zostały poddane sepsie, po umieszczeniu na plecach będą wykazywać oznaki zachorowalności, które można zmierzyć stopniem ruchu bioder. (A) Mysz mobilna nie działająca w prawo (FTR) wykazuje ruch kołysania bioder górnej części nogi przekraczający kąt 90° od poziomu. (B) Mysz z letargiem FTR wykazuje ruch kołysania bioder, ale nie przekracza kąta 90° od poziomu w żadnym momencie podczas 4 sekund monitorowania. (C) Niektóre myszy FTR-Nonmobile będą prostować nogę, zginając się w kolanie, ale będą wykazywać bardzo mały (kąty mniejsze niż 10°) lub zerowy ruch kołysania bioder, a nogi pozostaną równoległe do siebie. (D) Zachowania zwierząt w ciągu 12-21 godzin po wyzwaniu pokazują, że tylko zachowania FTR-Nonmobile oddzielają osoby, które przeżyły, od tych, którzy nie przeżyli. (E) Od 21 do 48 godzin po prowokacji tylko 4 z 592 zaobserwowanych zachowań FTR (0,67%) należą do osób, które przeżyły, co pozwala odruchowi prostowania przewidzieć ostateczny wynik i może być wykorzystane jako nowe kryterium dla humanitarnego punktu końcowego. Po upływie 48 godzin od zakażenia, 6 ze 131 myszy (4,55%), które miały odruch prostowania, stało się częścią grupy FTR i zostało uśmiercone pod koniec eksperymentu, co uzasadnia ciągłe monitorowanie przez cały okres rekonwalescencji. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Materiały instruktażowe skutkują dokładną klasyfikacją zachowań przez niezależnych eksperymentatorów. Eksperymentatorzy przeszkoleni przez oglądanie filmów towarzyszących temu protokołowi podzielili filmy z 60 nowonarodzonymi myszami na różne grupy zdrowotne. (A) Określono zdolność do rozróżnienia humanitarnego punktu końcowego i średnio 97% zachowań zostało dokładnie sklasyfikowanych jako FTR-niemobilne lub nie, podczas gdy tylko 1% myszy FTR-niemobilnych zostało błędnie zidentyfikowanych. Dwa procent myszy zostało błędnie zidentyfikowanych jako FTR-Nonmobile. (B) Identyfikacja drugiego humanitarnego kryterium punktu końcowego prawidłowego rozróżnienia myszy FTR lub tych, które mają zdolność wyprostowania się w ciągu 4 sekund od umieszczenia na plecach, została przypisana prawidłowo w 97% scoringów, podczas gdy tylko 0,96% myszy zostało nieprawidłowo przypisanych jako prostujące się, a 2% myszy zostało nieprawidłowo przypisanych jako FTR. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
| Stadium choroby | A: Wysoka zachorowalność, brak śmiertelności | B: Wysoka zachorowalność, niska śmiertelność | C: Wysoka zachorowalność, wysoka śmiertelność | D: Niska zachorowalność, niska śmiertelność |
| Godziny po wyzwaniu | 0−12 | 12−20 | 20−48 | >48 |
| Częstotliwość monitorowania | 2 godziny po wyzwaniu | co 4−6 h | Co 4−6 h, 8 h, bez opieki przez noc | 1-2 razy dziennie, w razie potrzeby więcej |
| Odsetek zaobserwowanych całkowitych humanitarnych punktów końcowych | 0/144 | 18/144 | Numer katalogowy 116/144 | 10/144 |
| Odsetek zaobserwowanych humanitarnych punktów końcowych | 0% | 12,5 proc | 80,5% | 7 proc |
| Kryteria humanitarnego punktu końcowego | 1. FTR−Niemobilny po obu stronach | 1. FTR−Niemobilny po obu stronach | ||
| 2. Rozproszony z gniazda i jest FTR−Letargiczny | 2. Rozproszony z gniazda i jest FTR−Letargiczny | |||
| 3. FTR po lewej lub prawej stronie (z dowolnym wynikiem mobilności) | ||||
Tabela 1: Częstotliwość monitorowania i kryteria humanitarnego punktu końcowego w różnych stadiach choroby. Częstotliwość monitorowania, obserwowane humanitarne punkty końcowe, odsetek humanitarnych punktów końcowych i kryteria humanitarnego punktu końcowego w różnych stadiach choroby.
| Odruch prostowania | ruchliwość | Limit czasu do prawej po umieszczeniu na plecach | Limit czasu na pomiar ilości ruchu (ruchomy / ospały / nieruchomy) | Kryteria punktacji w zakresie mobilności |
| Prawa | ruchomy | 4 s | Dodatkowe 8 s | Mysz robi wiele kroków z rzędu, utrzymując pęd do przodu i eksploruje otoczenie. Szczeniak się nie przewróci. |
| ospały | Mysz może zrobić krok, ale zatrzyma się i zatrzyma przed wykonaniem kolejnego. Szczeniak może się przewrócić. | |||
| Niemobilny | Mysz nie wykonuje żadnych kroków po wyprostowaniu się. Szczeniak może się przewrócić. | |||
| Nie udało się w prawo | Ruchome biodra | Te same 4 s używane do pomiaru odruchu prostowania | Ma energiczny ruch bioder z górną nogą obracającą się pod kątem większym niż 90° od poziomu co najmniej raz w ciągu 4 s. | |
| Ospałe biodra | Ruch bioder do 90° od poziomu, ale nie dalej. | |||
| Nieruchome biodra | Kończyny mogą się poruszać, rozciągając się i chowając, ale biodra nie będą się obracać. Szczeniak wygląda bardzo chorowicie. |
Tabela 2: Tabela monitorowania i kryteria określania oceny zdrowia myszy. Dostarczone kryteria wykorzystano do zdefiniowania grup kategorii zdrowia dla myszy oraz do zmniejszenia indywidualnej wariancji w przypisywaniu wyników zdrowotnych.
Myszy noworodkowe po porodzie mają bardzo ograniczoną mobilność i nie są w stanie wyprostować się po umieszczeniu na plecach, nawet jeśli nie są kwestionowane. Do DOL 7, wieku myszy z wyzwaniem w tym modelu, zakres ruchu rozciągający się od Rights-Mobile do FTR-Mobile zaobserwowano u myszy bez wyzwania, z istotną różnicą, a mianowicie, że niekwestionowana mysz w tym wieku nie wykazywała zachowania FTR-letargiczne. Zaobserwowano, że tylko myszy z posocznicą wielodrobnoustrojową stały się ospałe FTR; Dlatego ta odpowiedź może być markerem ciężkości choroby. Zwracanie uwagi na odcięcie kąta 90° od poziomu dla ruchu bioder pozwala na konsekwentne i dokładne przypisanie ospałego lub ruchomego ruchu bioder u myszy. Wybrano przedział czasowy 4 s, aby sprawdzić, czy mysz może się wyprostować, ponieważ myszy bez wyzwań były w stanie konsekwentnie wyprostować się w tym przedziale czasowym. Unikano wielokrotnego pomiaru tej samej myszy, natomiast czas na wyprostowanie się i pomiar ruchomości bioder ograniczono do 4 s, aby uniknąć nadmiernego zmęczenia myszy, co w przeciwnym razie mogłoby wpłynąć na jej zdolność do pozyskiwania pożywienia i ciepła oraz mogłoby wpłynąć na jej rokowanie w sprawie poprawy. Zaobserwowano prostowanie się zarówno po lewej, jak i po prawej stronie, a wyższy z wyników wykorzystano do określenia, czy mysz znajdowała się w humanitarnym punkcie końcowym, ponieważ stwierdzono, że niektóre myszy wykazują FTR-Nonmobile po jednej stronie, ale mają większą mobilność po drugiej stronie i są w stanie ostatecznie wyzdrowieć.
System punktacji używany do oceny zdrowia myszy opierał się na zastosowaniu kategorycznych odcięć do tego, co jest spektrum ruchu, a zatem mógł być podatny na indywidualne odchylenia. Personel został przeszkolony razem, aby upewnić się, że każda osoba ocenia myszy tak samo; Jednak prawdopodobnie pozostanie pewien poziom subiektywności prowadzący do zmienności. Spójność punktacji oceniono, prosząc siedmiu badaczy, którzy wcześniej nie prowadzili monitorowania noworodków na myszach, aby poznali wymagania określone w tym protokole i filmie, a następnie niezależnie przypisali zachowania i określili humanitarny punkt końcowy. Zaobserwowano 97% dokładność przy punktacji przeprowadzonej na 60 myszach z prowizją, co sugeruje, że indywidualne uprzedzenia nie odgrywają znaczącej roli w przypisaniach behawioralnych tego modelu. Przedstawiony protokół monitorowania behawioralnego opiera się na obserwacjach zwierząt poddanych badaniu DOL 7, jednak myszy młodsze niż 6 dni w niekwestionowanym stanie zdrowia nie mogą konsekwentnie się naprawiać. W związku z tym opisane humanitarne kryteria punktu końcowego nie mogły być bezpośrednio zastosowane do młodszych myszy. Jeśli w tym modelu eksperymentalnym wykorzystuje się młodsze myszy lub jeśli stosuje się inny model prowokacyjny o różnej kinetyce choroby, należy opracować i pilotować odpowiednie humanitarne kryteria punktu końcowego, aby uniknąć eutanazji myszy, które w przeciwnym razie ostatecznie wyzdrowiałyby. System punktacji przedstawia solidną metodę poprawy klasyfikacji humanitarnych punktów końcowych, która po przetestowaniu i potwierdzeniu może potencjalnie zostać zastosowana w innych modelach.
Każde przygotowanie gnojowicy jelita ślepego lub użycie nowego szczepu myszy wymagało retitracji dawki gnojowicy jelita ślepego do podania w celu uzyskania podobnej dawki śmiertelnej. Każdy preparat został ustandaryzowany przez odczyt interesujący nas sam, a mianowicie przeżycie, a nie podający tę samą liczbę bakterii. Stężenie bakterii żywotnych w każdym preparatzie gnojowicy jelita ślepego różniło się nieznacznie, potencjalnie z powodu różnic w bakteriach komensalnych dawcy lub z powodu różnic w masie pozostawionej w sitku komórkowym gnojowicy jelita ślepego po filtracji. Podczas miareczkowania gnojowicy jelita ślepego pierwsze dwa mioty podzielono na dwie grupy, a każdej połowie miotu podano jedną z dwóch dawek, tak aby każda z dawek została przetestowana w dwóch miotach. Jeśli uzyskany wskaźnik przeżycia nie odpowiadał wymaganemu poziomowi, wówczas dawkę prowokacyjną zwiększano lub zmniejszano o 5%-10% i eksperyment powtarzano. Wykorzystano wiele miotów, aby uwzględnić różnice między miotami, które mogą powodować odporność lub zwiększoną podatność na sepsę w miocie. Ważne było dokładne mianowanie gnojowicy jelita ślepego przy każdym nowym przygotowaniu, aby zapewnić, że nowe miareczkowanie gnojowicy jelita ślepego było porównywalne z poprzednimi preparatami gnojowicy jelita ślepego. Zaobserwowano, że okresy nadmiernego hałasu i wibracji, szczególnie podczas zagęszczania asfaltu oraz budowy pobliskiego budynku i drogi, zwiększają naprężenia w zaporach. Wiązało się to ze zwiększonymi wskaźnikami kanibalizacji i wpłynęło na śmiertelność eksperymentów dotyczących przeżycia, dotykając nawet myszy bez wyzwań, co wskazuje, że mogą istnieć zewnętrzne wpływy na przeżycie noworodków, które również należy kontrolować.
Wcześniejsze metody przygotowania gnojowicy jelita ślepego obejmowały albo użycie świeżej gnojowicy jelita ślepego, albo przygotowanie zamrożonej gnojowicy jelita ślepego, przy użyciu różnych metod, w tym przechowywania w glicerolu, który nieuchronnie zostałby przeniesiony podczas wyzwania. Podczas gdy stosowanie świeżej gnojowicy jelita ślepego ma tę zaletę, że skład bakteryjny jest najbardziej zbliżony do oryginalnej zawartości jelita ślepego, istnieje ryzyko rozbieżności między poszczególnymi myszami-dawcami ze względu na zmienność bakterii komensalnych. Chociaż zostało to zminimalizowane dzięki użyciu dawców jelita ślepego od tego samego dostawcy z minimalnym czasem między przybyciem a postępem eksperymentu, może to stać się zbyt kosztowną opcją dla niektórych laboratoriów i stanowiło kolejne wyzwanie logistyczne związane z dostępnością myszy w tym samym wieku podczas rozpoczynania eksperymentu z gnojowicą jelita ślepego u nowonarodzonych myszy, które miały 7 dni. Zastosowano alternatywną metodę wykorzystania świeżej gnojowicy jelita ślepego, w której zawartość jelita ślepego wielu dorosłych dawców została zebrana, ponownie zawieszona w D5W, zamrożona w temperaturze -80 °C bez glicerolu i rozmrożona po jednej porcji na raz do eksperymentów. Wykorzystanie gnojowicy jelita ślepego dorosłego dawcy do badania sepsy noworodków może potencjalnie przenosić gatunki bakterii obecnych w gnojowicy jelita ślepego, na które nowonarodzona mysz nie była narażona, ale jest to strategia, która pozwala na badanie sepsy u noworodków myszy i była wykorzystywana do badania biologii noworodków myszy w ciągu ostatnich13 lat. Rozdział 14,15. Gnojowica jelita ślepego została rozcieńczona w D5W, aby zapewnić odżywienie bakteriom, co pozwoliło na ustanowienie aktywnej infekcji po wstrzyknięciu bakterii i miało na celu naśladowanie dostępności składników odżywczych w jamie otrzewnej podczas martwiczego zapalenia jelit. Glicerol nie został włączony jako środek stabilizujący w zamrażaniu bakterii ze względu na potencjalne negatywne skutki uboczne, które mogą wynikać z samego wstrzyknięcia glicerolu. Gdyby glicerol został zawarty w preparacie zawiesiny jelita ślepego, wówczas potencjalne uszkodzenia, które może wywołać sam glicerol, musiałyby zostać przetestowane poprzez włączenie wstrzyknięcia samego glicerolu (bez zawiesiny jelita ślepego) u myszy, co zwiększyłoby użycie myszy. Żywotność bakterii gnojowicy jelita ślepego badano po zamrożeniu gnojowicy jelita ślepego bez glicerolu i stwierdzono, że jest stała, bez zmian w stężeniu bakterii w oddzielnych podwielokrotnościach tego samego preparatu gnojowicy jelita ślepego przechowywanego w temperaturze -80 °C przez okres 6 miesięcy. Sugeruje to, że przechowywanie bez glicerolu jest wykonalne w celu zapewnienia spójnego wyniku biologicznego. Zastosowanie masowo przygotowanej mrożonej gnojowicy jelita ślepego pozwoliło również na wykorzystanie myszy hodowanych we własnym zakresie, zmniejszając koszty i wykorzystując samce myszy, które w przeciwnym razie byłyby nadmierne z hodowli, zmniejszając w ten sposób marnotrawstwo myszy.
Identyfikacja nieudanych wyzwań u myszy była ważna, aby uniknąć dodawania dodatkowego szumu do systemu. Po poddaniu się dootrzewnowemu wstrzyknięciu gnojowicy jelita ślepego, myszy obserwowano pod kątem obecności wybrzuszenia pod skórą, co wskazywało na nieudane wstrzyknięcie, które w rzeczywistości było podskórne. U myszy obserwowano nieszczelności w miejscu wstrzyknięcia, zarówno bezpośrednio po usunięciu igły, jak i po umożliwieniu im wykonania kroku po wstrzyknięciu, ponieważ myszy czasami (rzadko) przeciekały dopiero po przesunięciu kończyny miejsca wstrzyknięcia o krok. Obecność wybrzuszenia lub nieszczelności po wstrzyknięciu skutkowała usunięciem myszy z analizy. W końcu każdy z tych objawów może skutkować innym wynikiem z powodu nieprawidłowej ilości wstrzykniętej gnojowicy jelita ślepego, ponieważ zaobserwowano, że 5% różnica w dawce prowokacyjnej wpływa na późniejsze przeżycie.
Eksperymenty prowokacyjne z gnojowicą jelita ślepego często wymagały różnych docelowych dawek śmiertelnych przy różnych dawkach dostosowanych do masy. Z tego powodu objętość wtrysku może wynosić od zaledwie 20 μl do nawet 100 μl. Proporcjonalny błąd eksperymentalny związany z objętością martwej igły również zmienia się wraz z objętością wstrzyknięcia, co zwiększa trudność bezpośredniego porównania różnych dawek. Dzięki prostej modyfikacji polegającej na standaryzacji objętości iniekcji, to źródło wariancji jest usuwane z eksperymentu.
System monitorowania zachowania noworodków myszy zastosowany w tym protokole jest pierwszym w swoim rodzaju. Naukowcy, którzy zamierzają prowadzić etyczne badania na nowonarodzonych myszach, często borykają się z wyzwaniem braku zasobów do oceny dobrostanu zwierzęcia w tym wieku. Prezentowany intuicyjny i spójny system monitorowania zaczyna wypełniać tę lukę w wiedzy. Co ważne, to oparte na dowodach podejście nie tylko podnosi jakość uzyskanych danych doświadczalnych, ale jednocześnie zmniejsza cierpienie zwierząt doświadczalnych.
Dr James Wynn otrzymuje wsparcie od National Institutes of Health (NIH)/National Institute of General Medical Sciences (R01GM128452) oraz NIH/Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (NICHD) (R01HD089939).
Specjalne podziękowania dla Claire Harrison i Animal Care Facility w British Columbia Children's Hospital Research Institute (BCCHR) za ich wsparcie w pracy ze zwierzętami, a także dla dr Po-Yan Cheng za ich wskazówki i wkład w monitorowanie i dobrostan zwierząt.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,1 - 20 μ L końcówki do pipet | VWR | 732-0799 | |
| 1,8 ml Probówka do mikrowirówek | Costar | 3621 | |
| 100 - 1000 μ L końcówki do pipet | VWR | 732-0801 | |
| 1 - 200 μ L końcówki do pipet | VWR | 732-0800 | |
| 15 ml Probówka wirówkowa | FroggaBio | TB15-25 | |
| 23G1 | igły Becton Dickinson | 305145 | tylko igła, a nie strzykawka, służąca do przypinania myszy do styropianu |
| 28G 0,5 ml Strzykawka insulinowa | BD | 329461 | |
| 2 ml Fiolka kriogeniczna | Corning | 430488 | |
| 50 ml Probówka wirówkowa | Fisher scientific | 14-432-22 | |
| Pipeta 5 ml | Costar | 4487 | |
| 6 - 10-tygodniowe dorosłe myszy C57BL/6J | Jackson Laboratories | 664 | |
| 7 + jednodniowe myszy noworodkowe C57BL/6J | Wyhodowane w domu | n.a | |
| 70 μ m Sitko do komórek | Falcon | 352350 | |
| Defibrynowana krew owcza | Dalynn | HS30-500 | |
| Dekstroza 5% wody (D5W) | Baxter | JB0080 | |
| Kleszcze preparacyjne | VWR& | nbsp; 82027-386 | |
| Nożyczki preparacyjne, ostra końcówka | VWR& | nbsp; 82027-592 | |
| Nożyczki preparacyjne, ostra/końcówka | VWR | 82027-594 | |
| Etanol (HistoPrep 95% denaturowany alkohol etylowy) | Fisherbrand | HC11001GL | rozcieńczony do 70% podwójnie destylowaną wodą |
| Marker odporny na etanol; Marker laboratoryjny | VWR | 52877-310 | |
| EZ Anesthesia Vaporizer | EZ Anesthesia | EZ-155 | |
| Germinator 500, Narzędzie chirurgiczne do sterylizacji na sucho (sterylizator gorących kulek) | Braintree Scientific | GER 5287-120V | |
| Isoflurane | Fresenius Kabi | CP0406V2 | |
| Micro Spatula | Chemglass | CG-1983-12 | |
| Pipeta | Drummond | 4-000-100 | |
| Klasyczna pipeta Rainin PR-1000 | Rainin | 17008653 | |
| Klasyczna pipeta Rainin PR-20 | Pipeta klasyczna Rainin | ||
| Klasyczna pipeta Rainin PR-200 | do 17008652 | Rainin | |
| Sartorius | BL 150 S | ||
| Kleszczyki do próbek | VWR | 82027-440 / 82027-442 | |
| Kwadratowa butelka do przechowywania 1000 ml | Corning | 431433 | |
| Płyta styropianowa | Dowolna | n.a | |
| Sure-Seal Komora eutanazja myszy/szczura | Euthanex | EZ-178 | |
| Agar sojowy tryptyczny | Sigma-Aldrich | 22091-2,5KG | |
| VX-200 Lab Vortex Mixer | Labnet International | S0200 | |
| waga papier | Fisherbrand | 09-898-12B |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie