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 opisane w niniejszym protokole zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami Uniwersytetu Kolumbijskiego w Brytyjskiej Kolumbii zgodnie z protokołem numer A17-0110.
1. Sterylizacja narzędzi
2. Przygotowanie zawiesiny treści kątnicy

3. Wywoływanie sepsy u 7-dniowych myszy noworodkowych








4. Monitorowanie myszy
5. Miareczkowanie zawiesiny treści ślepej
Żywotność zawiesiny treści kątniczej przechowywanej w -80 °C można badać w czasie poprzez seryjne rozcieńczanie i wysiewanie aliquotów zapasu zawiesiny treści kątniczej na agar sojowy z tryptonem z 5% krwią owczą, a następnie inkubację tlenową przez 24 h w 37 °C. Stwierdzono, że późniejsze przeliczanie liczby colony-forming unit (CFU) w preparacie zawiesiny treści kątniczej nie zmieniało się w okresie 6 miesięcy, a na żywotność nie wpłynęło przedłużone przechowywanie w -80 °C (Rycina 2). Każda mysz dawca dostarczyła średnio wystarczającej ilości zawiesiny treści kątniczej do zakażenia trzech do czterech miotów (dane nie pokazano).
Myszy, u których w 7. dniu życia (DOL 7) wywołano sepsę polimikrobową poprzez podanie zawiesiny treści kąkoliczki, zaczęły osiągać punkt końcowy etyczny w ciągu 12 h od podania czynnika, a sepsa polimikrobowa została w większości opanowana do 48 h po podaniu, co zaobserwowano na krzywej przeżycia Kaplana-Meiera opracowanej na podstawie danych od ponad 200 myszy (Rysunek 1A). Śmiertelność była zależna od podanej dawki czynnika, przy czym zmiana dawki o 5% skutkowała różnicą w przeżywalności wynoszącą około 15% (Rysunek 1B). Masę ciała myszy mierzono podczas każdej wizyty kontrolnej. Spadek masy ciała zaobserwowano u wszystkich zwierząt, przy czym w ciągu pierwszych 24 h po podaniu czynnika nie różnił się on między myszami, które ostatecznie przeżyły, a tymi, które nie przeżyły (Rysunek 1C). Po 24 h większość przeżywających zwierząt zaczęła odzyskiwać masę ciała, podczas gdy wszystkie zwierzęta, które nie przeżyły, nadal traciły na wadze i osiągały punkt końcowy etyczny. Jednak niewielka część przeżywających zwierząt, które zachowały odruch prostowania, również nadal traciła masę ciała lub nie zwiększała jej aż do końca eksperymentu, tracąc nawet do 20% początkowej masy ciała w ciągu 40 h od podania czynnika. Ze względu na nakładanie się spadku masy ciała u myszy, które przeżyły i tych, które nie przeżyły, zmiana masy ciała lub próg utraty wagi nie mogły zostać wykorzystane jako kryterium punktu końcowego etycznego, przy jednoczesnym zachowaniu celu dokładnego oddzielenia osobników przeżywających od nieprzeżywających.
Zachowanie myszy monitorowano zgodnie z protokołem oraz zgodnie z Tabelą 2. Przedstawiono migawki kategorii stanu zdrowia (Rycina 3A-C). Zdjęcia te ukazują różne kategorie stanu zdrowia myszy, którym nie udało się obrócić na brzuch po ułożeniu ich na grzbiecie, i wskazują różnicę między FTR-Mobile a FTR-Lethargic, co stanowi istotne rozróżnienie. Zdrowe myszy w tym wieku, niewrażone na czynnik wyzwalający, nie wykazują aktywności FTR-Lethargic; zatem kategoria ta jest markerem choroby i odpowiedzią na wyzwanie. Chore myszy wykazywały objawy FTR-Lethargic (Rycina 3B) i mogły regrować w stronę FTR-Nonmobile (Rycina 3C), gdzie górna noga pozostaje równolegle do dolnej nogi, przy minimalnym lub zerowym ruchu kołysania biodrem, co jest jednym z kryteriów humanitarnego punktu końcowego. Myszy mogły również dojść do regeneracji, zwiększając ruchomość bioder i przechodząc w stan FTR-Mobile (Rycina 3A). Wyniki odruchu prostowania i mobilności określano dla lewej i prawej strony każdej myszy, a najwyższy wynik wykorzystywano do ustalenia, czy mysz osiągnęła humanitarny punkt końcowy. Informacje behawioralne zebrano od ponad 240 zwierząt poddanych działaniu dawki letalnej 60 (LD60) zawiesiny treści ślepej kiszki i zaobserwowano 144 humanitarne punkty końcowe (Rycina 3D-F oraz Tabela 1). To podejście oparte na dowodach zostało wykorzystane do zdefiniowania i doprecyzowania humanitarnego punktu końcowego w czterech stadiach choroby, skategoryzowanych przez eksperymentatorów na podstawie zarówno różnic behawioralnych między osobnikami, które przeżyły, a tymi, które nie przeżyły, jak i ułamka osiągniętych humanitarnych punktów końcowych w każdym przedziale czasowym. Podczas wczesnych eksperymentów myszy FTR-Nonmobile, które nie wykazywały ruchu bioder, były konsekwentnie znajdowane martwe w ciągu 4-6 h od zaobserwowania tego zachowania. W zbiorze przedstawionych informacji wynik zdrowotny FTR-Nonmobile został użyty jako kryterium humanitarnego punktu końcowego. Od 12 do 21 h po wyzwaniu, podczas gdy myszy FTR-Nonmobile były uśmiercane, zarówno zwierzęta przeżywające, jak i nieprzeżywające wykazywały bardzo podobne wzorce behawioralne i nie można ich było rozróżnić w żaden inny sposób (Rycina 3D). Od 21 do 48 h po wyzwaniu większość przeżywających myszy odzyskała odruch prostowania, podczas gdy mniej niż 1% zaobserwowanych zachowań FTR występowało u zwierząt, które ostatecznie przeżyły eksperyment (Rycina 3E). Zatem myszy, którym nie udało się obrócić na brzuch z obu stron, stały się dodatkowym kryterium humanitarnego punktu końcowego w tym czasie. Między 12 a 20 h po wyzwaniu zaobserwowano 12,5% całkowitej liczby humanitarnych punktów końcowych, w porównaniu do 80,5% między 20 a 48 h oraz 7% po 48 h (Tabela 1). Cechą wyróżniającą myszy, które ostatecznie przeżyły, od tych, których stan pogorszył się do poziomu humanitarnego punktu końcowego, była utrata odruchu prostowania, niezależnie od mobilności bioder (Rycina 3F). Rzeczywiście, między 20 a 48 h po wyzwaniu łącznie 121 myszy nie zdołało obrócić się na brzuch z obu stron, z czego 116 z tych myszy ostatecznie osiągnęło humanitarny punkt końcowy (co stanowi 96% dokładności w identyfikacji myszy, które nie wyzdrowieją). Po 48 h od wyzwania zaobserwowano 11 myszy, którym nie udało się obrócić z obu stron, z czego 10 osiągnęło humanitarny punkt końcowy (dokładność 91%). Po 20 h od wyzwania liczba myszy, które utraciły odruch prostowania z obu stron, pozwala przewidzieć ostateczny wynik z dokładnością powyżej 90%; dlatego kryterium to dodano do kryteriów humanitarnego punktu końcowego, aby wcześniej identyfikować myszy niezdolne do regeneracji i zmniejszyć ich cierpienie (Tabela 1).
Częstotliwość monitorowania myszy zmienia się w czasie ze względu na różny wskaźnik śmiertelności po zakażeniu, co przedstawiono w Tabeli 1. Uznawano, że mysz osiągnęła humanitarny punkt końcowy w dowolnym momencie, jeśli nie była w stanie samodzielnie przyjąć pozycji wyprostowanej i wykazywała brak ruchomości bioder po obu stronach, lub jeśli mysz została znaleziona poza gniazdem, nie była w stanie samodzielnie przyjąć pozycji wyprostowanej i wykazywała letargiczne ruchy bioder. Przewidywano, że myszy w każdym z tych stanów nie będą w stanie ponownie dołączyć do miotu, a obserwacje wykazały, że w ciągu 4-6 h dochodzi u nich do stanu FTR-Nonmobile. Począwszy od 20 h po zakażeniu, dodano nowy humanitarny punkt końcowy, ponieważ przedstawione informacje wskazują, że zdecydowana większość myszy, u których występuje FTR po obu stronach, ostatecznie ulega chorobie.
Filmy, tabele i materiały przedstawione w niniejszym manuskrypcie stanowią efekywny zasób dydaktyczny w zakresie poprawnego przypisywania zachowań myszom poddanym badaniu. Siedmiu eksperymentatorów poproszono o obejrzenie filmu instruktażowego oraz zapoznanie się z protokołem i tabelami przed przypisaniem zachowań 60 zwierzętom poddanym badaniu. Identyfikacja kryteriów humanitarnego punktu końcowego była dokładna zarówno w rozróżnianiu myszy FTR-Nonmobile od myszy wykazujących inne zachowania (Rycina 4A), jak i myszy FTR od myszy zdolnych do samodzielnego obrócenia się w dopuszczalnym czasie (Rycina 4B).

Rysunek 1: Krzywa przeżywalności Kaplana-Meiera, miareczkowanie dawki zawiesiny treści kąkreczkowej oraz zmiana masy ciała po wyzwaniu zawiesiną treści kąkreczkowej. (A) Wynik przeżywalności noworodków myszy C57BL/6J po dostarczeniu wewnątrzbrzusznym zawiesiny treści kąkreczkowej w 7. dniu życia (DOL 7). Dane dla tego rysunku zostały połączone z niezależnych eksperymentów z zastosowaniem wielu dawek wyzwalających, z których w zakresie od 0,7 do 1,3 mg zawiesiny treści kąkreczkowej na gram masy ciała podano tym myszom. (B) Noworodki myszy poddane wyzwaniu dawką od 0,80 do 0,95 mg zawiesiny treści kąkreczkowej na gram masy ciała z jednej partii preparatu wykazują zależność dawka-odpowiedź między ilością podanej zawiesiny treści kąkreczkowej a procentem przeżycia.(C) Procentowa zmiana masy ciała w porównaniu do masy w momencie wyzwania, gdzie linia przerywana oznacza utratę 20% masy ciała od momentu wyzwania. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Stężenie CFU w zapasie zawiesiny treści kąkrecznicy przechowywanej w -80 °C nie zmienia się w okresie 6 miesięcy. Wpływ czasu przechowywania zawiesiny treści kąkrecznicy na stężenie CFU badano za pomocą regresji liniowej. Każdy punkt reprezentuje jedną alikwotę tej samej partii preparatu zawiesiny treści kąkrecznicy, poddanej rozcieńczeniom seryjnym i wysianej w okresie 6 miesięcy. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Kategorie ruchomości bioder myszy, które nie potrafią się wyprostować, oraz zachowania zwierząt w różnych odstępach czasu po wyzwaniu. Myszy poddane wyzwaniu sepsą, po położeniu na plecach, wykazują oznaki zachorowania, które można mierzyć stopniem ruchu bioder. (A) Myszy z brakiem odruchu prostowania (FTR)-Mobilne wykazują ruch kołyszący bioder górnej kończyny przekraczający kąt 90° względem poziomu. (B) Myszy FTR-Letargiczne wykazują ruch kołyszący bioder, ale w żadnym momencie podczas 4 s monitorowania nie przekraczają kąta 90° względem poziomu. (C) Niektóre myszy FTR-Niemobilne będą prostować nogę, zginając ją w kolanie, ale wykażą bardzo niewielki (kąty mniejsze niż 10°) lub żaden ruch kołyszący bioder, a nogi pozostaną do siebie równoległe. (D) Zachowania zwierząt 12–21 h po wyzwaniu pokazują, że tylko zachowania FTR-Niemobilne odróżniają osobników przeżywających od nieprzeżywających. (E) Od 21 do 48 h po wyzwaniu tylko 4 z 592 obserwowanych zachowań FTR (0,67%) należą do osobników przeżywających, co pozwala odruchowi prostowania przewidywać ostateczny wynik i służyć jako nowe kryterium humanitarnego punktu końcowego. (F) Po 48 h od zakażenia 6 z 131 myszy (4,55%), które posiadały odruch prostowania, przeszło do grupy FTR i zostało uśpionych do końca eksperymentu, co uzasadnia prowadzenie ciągłego monitorowania w całym okresie rekonwalescencji. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 4: Materiały instruktażowe pozwalają na dokładną klasyfikację behawioralną przez niezależnych eksperymentatorów. Eksperymentatorzy przeszkoleni poprzez oglądanie filmu towarzyszącego temu protokołowi sklasyfikowali filmy z 60 noworodków myszy do różnych grup zdrowotnych. (A) Określono zdolność do rozróżnienia humanitarnego punktu końcowego; średnio 97% zachowań zostało prawidłowo zakwalifikowanych jako FTR-Nonmobile lub nie, podczas gdy tylko 1% myszy FTR-Nonmobile zostało błędnie zidentyfikowanych. Dwa procent myszy błędnie zidentyfikowano jako FTR-Nonmobile. (B) Identyfikacja drugiego kryterium humanitarnego punktu końcowego, polegająca na prawidłowym rozróżnieniu między myszami FTR a tymi, które mają zdolność do prostowania się w ciągu 4 s od położenia na plecach, została przypisana prawidłowo w 97% ocen, podczas gdy tylko 0,96% myszy błędnie przypisano do grupy prostujących się, a 2% myszy błędnie przypisano do grupy FTR. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
| Stadium choroby | A: Wysoka zapadalność, brak śmiertelności | B: Wysoka zapadalność, niska śmiertelność | C: wysoka zapadalność, wysoka śmiertelność | D: niska zachorowalność, niska śmiertelność |
| Godziny po ekspozycji na patogen | 0−12 | 12−20 | 20−48 | >48 |
| Częstotliwość monitorowania | 2 h po wyzwaniu | co 4–6 h | Co 4–6 h, co 8 h, bez nadzoru przez noc | 1–2 razy dziennie, w razie potrzeby częściej |
| Udział całkowitej liczby obserwowanych punktów końcowych humanitarnych | 0/144 | 18/144 | 116/144 | 10/144 |
| Procent zaobserwowanych punktów końcowych z przyczyn humanitarnych | 0% | 12.5% | 80.5% | 7% |
| Kryteria humanitarnego punktu końcowego | 1. FTR-Nieruchomy po obu stronach | 1. FTR-Nieruchomy po obu stronach | ||
| 2. Rozproszone z gniazda i wykazują letarg (FTR−Lethargic) | 2. Rozproszenie z gniazda oraz stan FTR−letargiczny | |||
| 3. FTR po stronie lewej lub prawej (z dowolną punktacją mobilności) | ||||
Tabela 1: Częstotliwość monitorowania i kryteria humanitarnych punktów końcowych w różnych stadiach choroby. Częstotliwość monitorowania, obserwowane humanitarne punkty końcowe, odsetek humanitarnych punktów końcowych oraz kryteria humanitarnych punktów końcowych w różnych stadiach choroby.
| Odruch prostowania | Mobilność | Czas do momentu odwrócenia na plecy | Limit czasowy pomiaru zakresu ruchu (mobilny / letargiczny / nieruchomy) | Kryteria oceny ruchomości |
| Prawa | Mobilny | 4 s | Dodatkowe 8 s | Myszy wykonują kilka kroków pod rząd, utrzymując pęd do przodu i badając otoczenie. Szczenię nie przewraca się. |
| Letargiczny | Mysz jest w stanie zrobić krok, lecz zatrzymuje się i robi pauzę przed wykonaniem kolejnego. Szczenię może się przewrócić. | |||
| Nieruchomy | Mysz nie wykonuje żadnych kroków po odzyskaniu równowagi. Szczenię może upaść. | |||
| Błąd po prawej stronie | Ruchomość stawów biodrowych | Ten sam czas 4 s wykorzystano do pomiaru odruchu prostowania | Energiczny ruch biodra z rotacją górnej części nogi poza 90° z pozycji poziomej przynajmniej raz w ciągu 4 s. | |
| Ociężałe biodra | Ruch biodra do, lecz nie poza 90° z poziomu poziomego. | |||
| Stawy biodrowe nieruchome | Kończyny mogą poruszać się poprzez wyprost i zgięcie, jednak biodra nie rotują. Szczenię wygląda na bardzo chore. |
Tabela 2: Tabela monitorowania i kryteria określania oceny stanu zdrowia myszy. Podane kryteria zostały wykorzystane do zdefiniowania grup kategorii zdrowia myszy oraz do zmniejszenia zmienności indywidualnej przy przypisywaniu ocen stanu zdrowia.
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 |