Ten artykuł zawiera szczegółowy opis testu zakopanego jedzenia i eksperymentu z dyskryminacją zapachów społecznych, aby ocenić wpływ narażenia na wdychane zanieczyszczenia środowiska na funkcje węchowe u myszy.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł zawiera szczegółowy opis testu zakopanego jedzenia i eksperymentu z dyskryminacją zapachów społecznych, aby ocenić wpływ narażenia na wdychane zanieczyszczenia środowiska na funkcje węchowe u myszy.
Upośledzenie węchu jest poważnym problemem zdrowia publicznego i niezależnie przewiduje ryzyko chorób neurodegeneracyjnych. Narażenie na wdychane zanieczyszczenia środowiska może upośledzać wydzielanie węchu; W związku z tym istnieje pilna potrzeba opracowania metod oceny wpływu narażenia na wdychane zanieczyszczenia środowiska na węch. Myszy są idealnymi modelami do eksperymentów węchowych ze względu na ich wysoko rozwinięty układ węchowy i cechy behawioralne. Aby ocenić wpływ narażenia na wdychane zanieczyszczenia środowiska na funkcję węchową u myszy, przedstawiono szczegółowy test zakopanej żywności i eksperyment z dyskryminacją zapachów społecznych, w tym przygotowanie eksperymentu, wybór i budowę obiektów eksperymentalnych, proces testowania i wskaźniki czasu. W międzyczasie omawiany jest sprzęt do pomiaru czasu, szczegóły operacyjne i środowisko eksperymentalne, aby zapewnić sukces testu. Siarczan jest stosowany jako zabieg w celu wykazania wykonalności podejścia eksperymentalnego. Protokół zapewnia prosty i przejrzysty proces operacyjny oceny wpływu wdychanych zanieczyszczeń środowiska na funkcje węchowe u myszy.
Upośledzenie węchu stało się godnym uwagi problemem zdrowia publicznego i niezależnie wiąże się ze zwiększonym ryzykiem chorób neurodegeneracyjnych. Stan ten może niekorzystnie wpływać na ogólne samopoczucie, przyczyniać się do rozwoju objawów depresyjnych i skutkować obniżeniem jakości życia. Jego wpływ jest wyraźnie widoczny w zmienionym postrzeganiu jedzenia, utrudnieniach w komunikacji społecznej i zwiększonych negatywnych uczuciach1. Różne czynniki, w tym choroba zatok przynosowych, infekcja górnych dróg oddechowych i urazowe uszkodzenie mózgu, zostały uznane za czynniki przyczyniające się do upośledzenia węchu u ludzi2. Warto zauważyć, że wdychalne zanieczyszczenia środowiska, takie jak PM2,5, których zakres szacuje się na od 2% do 16%, dostają się do organizmu przez wdychane powietrze, przechodzą przez jamę nosową i docierają do określonych regionów dedykowanych węchowi, w których się osadzają3,4,5,6,7. Ostatnie odkrycia wskazują, że wdychalne zanieczyszczenia środowiska, w tym PM2,5 i amoniak, mogą rzeczywiście uszkadzać węchowe neurony czuciowe8,9,10. Konieczna jest jednak dalsza walidacja, aby ustalić, czy takie uszkodzenie bezpośrednio prowadzi do dysfunkcji węchu. W związku z tym szczególnie ważna jest skrupulatna ocena wpływu wdychanych zanieczyszczeń środowiska na funkcje węchowe.
Obecnie, liczne laboratoria badawcze wykorzystują myszy jako alternatywny model kręgowców do eksperymentów behawioralnych mających na celu zrozumienie zmian w funkcji węchu11,12,13,14. Myszy zostały wybrane jako preferowany system modelowy do badania komunikacji chemicznej kręgowców i wykazują niezwykłą wrażliwość węchową, kluczową dla poszukiwania pożywienia i komunikacji społecznej15. Co więcej, stale rozwijający się wachlarz narzędzi do obserwacji i wpływania na zachowanie myszy sprawił, że gatunek ten jest wyjątkowo atrakcyjny do badań nad funkcjami węchu16.
W tym badaniu wykorzystaliśmy test zakopanego jedzenia i eksperyment z dyskryminacją zapachową, aby ocenić upośledzenie węchu w modelu mysim narażonym na wdychanie zanieczyszczeń środowiska. Aby zwiększyć precyzję oceny, zdecydowaliśmy się na najbardziej reprezentatywną metodę oceny funkcji węchu. Systematycznie udoskonalaliśmy tę metodę, aby zapewnić prostotę i przejrzystość, co pozwoliło nam skutecznie ocenić zakres dysfunkcji węchowych wywołanych przez wdychalne zanieczyszczenia środowiska.
Użyliśmy samców myszy C57BL/6J (wiek: 6-8 tygodni; waga: 20-22 g) do wszystkich testów behawioralnych. Myszy poddano stałym warunkom (tj. temperatura, 23 ± 1 °C; wilgotność, 55% ± 5% i 12/12 godzinny cykl jasno-ciemny z włączonym światłem o 7:00). Wszystkie testy behawioralne zostały przeprowadzone w godzinach 10:00 – 17:00. Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Komisję Etyki Profesjonalnej Komisji Eksperymentów na Zwierzętach Uniwersytetu Qingdao. Po 1-tygodniowym okresie aklimatyzacji wszystkie myszy były narażone na wdychalne zanieczyszczenia środowiska.
1. Narażenie na zanieczyszczenia
2. Test zakopanego jedzenia
3. Eksperyment z dyskryminacją społeczną
Wdychane zanieczyszczenia środowiskowe upośledzają funkcję węchu u myszy. Wykazano, że cynk atmosferyczny emitowany przez spalarnie i pojazdy silnikowe jest zanieczyszczeniem wdychanym, które może prowadzić do alergicznego zapalenia płuc20. Siarczan cynku jest uważany za jeden z typowych związków powodujących dysfunkcję węchu21. W związku z tym zastosowano siarczan cynku jako czynnik narażenia podawany myszom poprzez instylację donosową, a testowanie przeprowadzono za pomocą testu zakopanego pokarmu oraz eksperymentu dyskryminacji zapachów społecznych. W teście zakopanego pokarmu myszom narażonym na siarczan cynku zajęło ponad 240 s znalezienie pokarmu w porównaniu z grupą kontrolną (Rycina 2). Myszy pozbawione pokarmu o prawidłowym węchu zazwyczaj znajdują zakopany pokarm w ciągu 1 min. W przypadku rozwoju dysfunkcji węchu znalezienie pokarmu trwało dłużej lub myszy w ogóle nie były w stanie go odnaleźć. W porównaniu z grupą kontrolną, myszy w grupie narażonej potrzebowały więcej czasu na znalezienie pokarmu, a w niektórych przypadkach nie odnalazły go w ciągu 240 s, co wskazuje na uszkodzenie funkcji węchu.
Podobne wyniki zaobserwowano w eksperymencie z dyskryminacją zapachów społecznych. U myszy poddanych działaniu siarczanu cynku nie stwierdzono wąchania moczu samców ani samic w wyznaczonym czasie obserwacji (Rysunek 3A). Po upływie wyznaczonego czasu myszy poddane działaniu siarczanu cynku krótko wąchały mocz samic i samców, jednak czas wąchania był znacznie krótszy niż u myszy z grupy kontrolnej (Rysunek 3B). Gdy równe objętości moczu samic i samców są prezentowane jednocześnie, samce myszy zazwyczaj preferują mocz samic22. Myszy z grupy poddanej działaniu preparatu potrzebowały więcej czasu na rozróżnienie moczu samic od moczu samców lub w ogóle nie były w stanie ich rozróżnić. Konkretnie, w porównaniu z grupą kontrolną, myszy z grupy poddanej działaniu preparatu spędzały więcej czasu na wąchaniu moczu i krócej przebywały w jego bezpośrednim sąsiedztwie.

Rycina 1: Układ stołu operacyjnego. Klatki A i B znajdowały się w odległości 0,5 m od siebie. Sprzęt do rejestracji wideo był kontrolowany nad klatką B za pomocą uchwytu na telefon komórkowy, a pole widzenia wideo zostało dostosowane do rejestrowania wnętrza klatki. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: Wyniki testu zakopanego pokarmu. Analiza statystyczna myszy kontrolnych oraz myszy eksponowanych na siarczan cynku podczas poszukiwania pokarmu. Myszy w grupie kontrolnej znalazły pokarm w czasie 30 s, natomiast myszy eksponowane na siarczan cynku potrzebowały na znalezienie pokarmu więcej niż 240 s, co obliczono jako 240 s. Do porównania różnic między obiema grupami zastosowano niezależny test t. Dane przedstawiono jako średnia ± SD (n = 3 myszy w grupie); ** p < 0.01. Jeśli jakieś zwierzę nie znalazło pokarmu po 240 s, czas znalezienia pokarmu zapisywano jako 240 s, co miało miejsce w przypadku wszystkich zwierząt leczonych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 3: Eksperyment dyskryminacji zapachów społecznych. (A) Analiza statystyczna myszy kontrolnych i myszy eksponowanych na siarczan cynku podczas poszukiwania moczu. Myszy w grupie kontrolnej odnalazły mocz w czasie 30 s, natomiast myszy eksponowane na siarczan cynku spędziły ponad 240 s na poszukiwaniu moczu żeńskiego lub męskiego, co odnotowano jako 240 s. Jeśli zwierzę nie odnalazło fiolki z moczem po 240 s, czas znalezienia fiolki zapisywano jako 240 s, co miało miejsce w przypadku wszystkich zwierząt poddanych działaniu preparatu. (B) Analiza statystyczna czasu przebywania w kontakcie z moczem dla myszy kontrolnych i myszy eksponowanych na siarczan cynku. Do porównania różnic między dwiema grupami zastosowano test t dla prób niezależnych. Dane przedstawiono jako średnia ± SD (n = 3 myszy na grupę); ** p < 0.01, * p < 0.5. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
W tym artykule przedstawiono dwa podstawowe protokoły przeznaczone do szybkiej oceny zaburzeń węchu u myszy. Różne wdychalne zanieczyszczenia środowiska powodują różne poziomy dysfunkcji węchu u myszy. Test zakopanego pokarmu służy do oceny zdolności do wykrywania lotnych zapachów, podczas gdy eksperyment z dyskryminacją zapachów społecznych ocenia zdolność zwierzęcia do rozpoznawania i różnicowania różnych zapachów społecznych. Protokół ten służy do oceny toksycznego wpływu zanieczyszczeń środowiska na funkcję węchu.
Wdychane zanieczyszczenia środowiska, w tym ozon, amoniak i spaliny z silników Diesla, mają zapachy, które mogą wpływać na percepcję węchową myszy podczas wąchania próbki23,24. Ważne jest, aby pamiętać, że przeprowadzanie eksperymentów behawioralnych na myszach natychmiast po zakończeniu ekspozycji może potencjalnie przynieść fałszywie ujemne wyniki22. Aby rozwiązać ten problem, wdrożyliśmy środki mające na celu zwiększenie niezawodności eksperymentów. W szczególności klatki zostały dokładnie wyczyszczone, a materiały ściółkowe zostały wymienione po okresie ekspozycji. Następnie przeprowadzono eksperymenty behawioralne w odstępie 24 godzin po ekspozycji22. To dostosowanie proceduralne ma na celu zapewnienie dokładnych i miarodajnych wyników.
W eksperymencie z zakopywaniem pokarmu kluczowym parametrem był czas potrzebny myszom na zlokalizowanie ukrytego pokarmu. Warto zauważyć, że zestresowane myszy mają tendencję do wykazywania zwiększonej aktywności i zmniejszonej koncentracji podczas testów, co może potencjalnie prowadzić do fałszywie dodatnich wyników 25,26,27,28. Dlatego konieczne jest upewnienie się, że myszy pozostają spokojne i nie są poddawane nadmiernemu stresowi w fazie testowania. Aby uniknąć potencjalnych zakłóceń, myszy przeniesiono z ich pomieszczeń do obszaru testowego na 1 godzinę przed eksperymentem. Ten krok został podjęty, aby umożliwić myszom aklimatyzację i zmniejszenie stresu. Aby ułatwić dokładny zapis czasu, magnetowid był aktywowany, gdy myszy zostały wprowadzone do eksperymentalnej klatki B, a następnie obserwatorzy natychmiast wycofywali się do obszaru obserwacji. Obserwatorzy zostali umieszczeni w optymalnej odległości 2 m od klatki, co zapewniało wyraźną obserwację bez powodowania zakłóceń. Kryteria identyfikacji udanego odkrycia żywności obejmowały przypadki, w których myszy używały przednich łap lub pochylały głowy nad jedzeniem. Oba zachowania uznano za wskazujące na znalezienie pożywienia, zgodne z powszechnie przyjętymistandardami19. W przypadkach, gdy wiele myszy w tej samej grupie dawkowania wymagało badań, zapewniono, że nie zostały one zwrócone do pierwotnej klatki hodowlanej, ale tymczasowo umieszczone w zwykłej klatce C. Dopiero po przetestowaniu wszystkich myszy w tej samej klatce, wspólnie powróciły one do swojej pierwotnej obudowy. Biorąc pod uwagę potencjalny zapach testowanej żywności, podjęto środki ostrożności, aby wcześniej przechowywać je w hermetycznych torbach, a po użyciu ponownie zamknąć lub umieścić w hermetycznych pojemnikach. Środki te zostały wdrożone w celu utrzymania integralności warunków doświadczalnych i zapewnienia wiarygodnych wyników.
W eksperymentach z dyskryminacją zapachową konieczne jest wykorzystanie próbek moczu pochodzących od dojrzałych płciowo myszy19. Określenie dojrzałości płciowej opiera się na wieku myszy, parametrze, który różni się w zależności od szczepu myszy. Po pobraniu zaleca się przechowywanie moczu męskiego i żeńskiego oddzielnie w lodówce w temperaturze -80 °C. W poprzednich badaniach wykorzystywano stopery do pomiaru czasu. Metoda ta miała jednak ograniczenia, takie jak to, że obserwatorzy znajdowali się w znacznej odległości od klatki eksperymentalnej, co prowadziło do potencjalnych problemów, takich jak niejasne obserwacje i niedokładny czas 19,22,29. Aby sprostać tym wyzwaniom, ulepszyliśmy procedury pomiaru czasu, wprowadzając sprzęt wideo zamiast stopera. Modyfikacja ta nie tylko ułatwia pozyskiwanie bardziej precyzyjnych danych, ale także umożliwia zbieranie danych z wielu grup eksperymentalnych.
W tych eksperymentach urządzenie wideo zostało wykorzystane do nagrywania zachowania myszy, co ma tę zaletę, że zmniejsza liczbę klatek na sekundę wideo i umożliwia obserwatorom dokładniejsze rejestrowanie czasu różnych czynności behawioralnych myszy, uzupełniając brak, że obserwatorzy nie mogli obserwować zachowania myszy w obszarze obserwacji. Jednak wadą korzystania ze sprzętu do nagrywania wideo jest to, że czas analizy się wydłuży. Pod koniec eksperymentu musieliśmy ponownie obejrzeć wideo, aby nagrać czas różnych czynności behawioralnych każdej myszy. Gdy liczba myszy jest duża, konieczne jest przeanalizowanie wideo każdej myszy, co zwiększy obciążenie laboratorium pracą .
Wyniki badań wskazują, że różne wdychalne zanieczyszczenia środowiska mogą negatywnie wpływać na funkcje węchowe. W artykule przedstawiono szybkie, nieskomplikowane i dość precyzyjne podejście do oceny toksyczności węchowej związanej z wdychanymi zanieczyszczeniami środowiska. Metoda ta ma kluczowe znaczenie w przeprowadzaniu ocen ryzyka dysfunkcji węchu przypisywanej zanieczyszczeniom środowiska u ludzi.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Ta praca była finansowana przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (82204088, 82273669) oraz Fundację Nauk Przyrodniczych prowincji Shandong, Chiny (ZR2021QH209).
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,5-10 &m; L regulowana mikropipeta | Eppendorf, Niemcy | 3123000225 | Wkraplanie donosowe |
| 0,9% roztwór soli fizjologicznej | Solarbio | 7647-14-5 | Rozpuszczanie zanieczyszczeń |
| Bezwodny siarczan cynku | Macklin | 7733-02-0 | Wystaw myszy |
| Probówka wirówkowa (2 ml) | Biosharp Incorporated | BS-20-M | Umieść mocz |
| Waga elektroniczna | Changzhou Ohaus Co. | EX125DZH | Waga, środki znieczulające i zanieczyszczenia |
| GraphPad Prism | GraphPad Software | 8.0.1 | analiza statystyczna |
| Ręczny detektor pyłu | TSI Wbudowany | DuatTrak 8532 | Myszy narażone na wdychanie |
| Sprzęt do nagrywania wideo | Apple Inc. | iPhone 6s Plus | Zarejestrowano czas aktywności myszy |
| Mikser wirowy | Haimen Kylin-Bell Lab Instruments Co. | Wir-5 | Wymieszaj roztwór |