Summary
Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, eine Methode zur Selbstverabreichung von Medikamenten zu beschreiben, die in Mausmodellen für Fütterung und Fettleibigkeit verwendet werden kann.
Abstract
Präklinische Studien an Mäusen stützen sich oft auf invasive Protokolle wie Injektionen oder Mundgavage, um Medikamente zu verabreichen. Diese stressigen Verabreichungswege haben signifikante Auswirkungen auf wichtige Stoffwechselparameter wie Nahrungsaufnahme und Körpergewicht. Obwohl eine attraktive Option, dies zu umgehen, darin besteht, das Medikament in Nagetiernahrung zu verbinden oder in Wasser aufzulösen, haben diese Ansätze auch Einschränkungen, da sie von der Arzneimittelstabilität bei Raumtemperatur für längere Zeit, der Löslichkeit des Arzneimittels in Wasser und der Dosierung stark vom Zeitpunkt der Nahrungs- oder Wasseraufnahme beeinflusst werden. Die ständige Verfügbarkeit des Medikaments schränkt auch die translationale Relevanz für die Verabreichung von Medikamenten an Patienten ein. Um diese Einschränkungen zu überwinden, können Medikamente mit sehr schmackhaften Lebensmitteln wie Erdnussbutter gemischt werden, so dass Mäuse Verbindungen selbst verabreichen können. Mäuse konsumieren das Medikament/Erdnussbutter-Pellet zuverlässig und reproduzierbar in kurzer Zeit. Dieser Ansatz ermöglicht einen Verabreichungsansatz mit minimalem Stress im Vergleich zu einer Injektion oder einem Gavage. Dieses Protokoll demonstriert den Ansatz der Arzneimittelzubereitung, der Akklimatisierung von Tieren an die Placeboabgabe und der Arzneimittelabgabe. Die Implikationen dieses Ansatzes werden in Studien im Zusammenhang mit dem Zeitpunkt der Arzneimittelverabreichung und dem circadianen Rhythmus diskutiert.
Introduction
Ziel dieser Methode ist es, Medikamente über ein nicht-invasives, minimal belastendes Verfahren in Mäuse zu verenden. Präklinische Studien an Mäusen beruhen oft auf stressigen, invasiven Verabreichungswegen, die erhebliche Auswirkungen auf die Stoffwechselparameter haben können. Zum Beispiel kann eine sich wiederholende tägliche orale Gavage die Kalorienaufnahme und Gewichtszunahme bei Mäusen signifikant verringern1. Darüber hinaus kann mundgemäß technisch anspruchsvoll sein und hat das Potenzial, Verletzungen zu verursachen. Alternativ können Mäuse Verbindungen selbst verabreichen, die in ihrer Nahrung gemischt oder in ihrem Trinkwasser gelöst sind 2. Dieser Ansatz hat jedoch eine große Einschränkung, die darin besteht, dass er auf dem natürlichen circadianen Timing der Nahrungs- oder Wasseraufnahme beruht. Darüber hinaus kann die Arzneimittelstabilität oder Löslichkeit in Wasser bei chronischer Energetischkeit auf diese Weise ein großes Problem sein. Um diese Einschränkungen zu überwinden, können Medikamente mit sehr schmackhaften Lebensmitteln wie Keksteig 3,Gelee 4,5 oder Erdnussbutter 6 gemischtwerden,um die Selbstverabreichung bei Mäusen zu einem bestimmten Zeitpunkt zu fördern. Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass die Medikamentenabgabe mit minimalem Stress im Vergleich zu einer Injektion oder einem täglichen Gavage erleichtert wird1. Dieses Verfahren kann angepasst werden, um eine Vielzahl von Medikamenten an Mäuse zu liefern. Dieses Protokoll demonstriert den Prozess der Arzneimittelzubereitung, des Trainings, gefolgt von der Verabreichung von Medikamenten in sehr schmackhaften Lebensmitteln. Als Beispiel wird diese Methode verwendet, um das Antipsychotikum Risperidon an weibliche C57BL / 6J-Mäuse zu verabreichen. Es ist bekannt, dass Risperidon bei Patienten 7 starke hyperphagische und Gewichtszunahmeeffekte hat, die bei Nagetieren gut modelliert sind 6,8. Dieses Verabreichungssystem ermöglicht ein hochgradig translationales Modell, mit dem eine Vielzahl von Medikamenten und ihre Auswirkungen auf Wege zur Regulierung der Nahrungsaufnahme und des Körpergewichts untersucht werden könnten 9.
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Protocol
Alle Verfahren mit tierischen Probanden wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) an der University of California, San Diego, genehmigt.
1. Herstellung des Droge-Erdnussbutter-Pellets
- Berechnen Sie die Menge an Medikament, die benötigt wird, um die gewünschte Dosis des Arzneimittels in einem Pellet Erdnussbutter herzustellen, und skalieren Sie auf die Größe der Charge, die für ein Experiment erforderlich ist. Wichtig ist, dass Pellets je nach Arzneimittelstabilität bei -80 °C gehalten werden können.
- Pulverisieren Sie die Medikamententabletten mit einem Mörser und Stößel.
- Wiegen Sie die berechnete Menge Erdnussbutter, indem Sie sie in ein Wiegeboot auf einer geteerten Waage legen.
- Die Erdnussbutter über ein Becher mit warmem Wasser geben, bis sie geschmolzen ist.
- Fügen Sie die erforderliche Menge an pulverisiertem Medikament in die geschmolzene Erdnuss hinzu und mischen Sie gründlich.
- Lassen Sie die Droge-Erdnussbutter-Mischung abkühlen, damit sie leicht in die Gummiformen gelegt werden kann.
- Die Erdnussbutter-Drogen-Mischung in eine Form geben. Das hier verwendete ist eine Gummi-Corticosteron-Pelletform und erzeugt ungefähr ~ 100 mg Erdnussbutter-Pellets. Eine Anpassung des Verhältnisses von Arzneimittel zu Erdnussbutter kann erforderlich sein, um die Schmackhaftigkeit zu gewährleisten.
- Wiederholen Sie diese Schritte mit Erdnussbutter allein, um Placebo-Pellets herzustellen.
- Die Form bei -20 °C oder -80 °C (abhängig von der Arzneimittelstabilität) einfrieren, damit die Erdnussbutter bis zum Gebrauch aushärten kann.
2. Maus einrichten
- Beherbergen Sie Mäuse einfach in Standard-Mauskäfigen. Linie mit hochabsorbierender Papierbettwäsche und Anreicherung, einschließlich Papierhandtüchern und Gehäusekuppel. Diese Papierbettwäsche ermöglicht genaue Messungen der Nahrungsaufnahme, indem sie die Quantifizierung von verschütteten Lebensmitteln aus Kot und Einstreu ermöglicht.
HINWEIS: Die ENsure IACUC-Zulassung für die Einzelhaltung von Mäusen wurde erhalten. - Stellen Sie ad libitum Nahrung und Wasser zur Verfügung und lassen Sie die Mäuse sich ca. 3 Tage lang an das Gehäuse gewöhnen.
3. Training zur Selbstin dosierung von Drogen-Erdnussbutter
- Planen und wählen Sie die optimale Tageszeit für die Medikamentenverabreichung.
- Fasten Sie die Mäuse für 24 Stunden und stellen Sie sicher, dass die IACUC-Zulassung für die gewählte Fastendauer erhalten wurde.
- Nehmen Sie die Form aus dem Gefrierschrank, lassen Sie die Gummiform weich werden, damit die Pellets leicht aus der Form extrudiert werden können. Alle Schulungen können mit Placebo-Kontrollpellets abgeschlossen werden.
- Legen Sie ein Placebo-Kontroll-Erdnussbutter-Pellet an die Wand des Käfigs etwa 1,5 Zoll von der Basis entfernt. Am ersten Tag kann es aufgrund der Neuheit etwa 1 Stunde dauern, bis die Maus das Erdnussbutterpellet konsumiert.
- Nach der Trainingseinheit ad libitum Zugang zu Nahrung und Wasser bieten.
- Am nächsten Tag legen Sie das Erdnussbutterpellet an die Wand des Käfigs an der gleichen Stelle, um sich an nicht gefasteten Mäusen weiterzubilden.
- Wiederholen Sie das Training bei gefütterten Mäusen für ca. 3 Tage. Die Zeit, die für den Verzehr der Erdnussbutter verwendet wird, wird am dritten Trainingstag weniger als 30 Minuten dauern.
4. Experimentieren
- Randomisieren Sie Mäuse zu Behandlungsgruppen basierend auf dem Körpergewicht, so dass die Gruppen vor der Behandlung das gleiche durchschnittliche Körpergewicht haben.
- Planen Sie, den Mäusen die Erdnussbutterpillen (Behandlung oder Placebo) zu verabreichen, während sie trainiert wurden, die Erdnussbutterpellets zu erhalten.
- Wiegen Sie das Futter und die Maus und notieren Sie die Werte.
- Stellen Sie sicher, dass die Erdnussbutterpillen (Behandlung oder Placebo) an der gleichen Stelle im Käfig platziert werden, die während des Trainings festgelegt wurde.
- Setzen Sie den Dosierungsvorgang täglich für die Dauer des Experiments fort.
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Representative Results
In dem hier vorgestellten Beispiel wurde Erdnussbutter verwendet, um Risperidon 14 Tage lang täglich an Mäuse zu liefern.
Diese Studie zeigt, dass die chronische Abgabe von Risperidon über diese Methode eine hochreproduzierbare Erhöhung der Nahrungsaufnahme und des Körpergewichts im Vergleich zur Kontrolle ermöglicht (Abbildung 1a, b). Darüber hinaus führt diese Verabreichungsmethode zu sehr konsistenten Daten im Vergleich zu alternativen, stressigeren Verabreichungsansätzen wie intraperitonealen Injektionen (Abbildung 1c, d).
Abbildung 1. Die Wirkung von Medikamentenverabreichungsmethoden auf die Nahrungsaufnahme und Gewichtszunahme bei Mäusen. C57BL/6J weibliche Mäuse wurden 14 Tage lang täglich um 8 Uhr morgens mit Risperidon (3 mg/kg) in einem Erdnussbutterpellet oder Placebokontrollpellet behandelt. Mäuse, die mit Risperidon in Erdnussbutter behandelt wurden, hatten eine signifikant höhere tägliche Nahrungsaufnahme (a) und nahmen im Vergleich zur Kontrollbehandlung signifikant mehr Gewicht zu (b). Darüber hinaus hatte die intraperitoneale Verabreichung von Risperidon (3 mg/kg) im Vergleich zur Selbstabgabe in Erdnussbutter keine so robusten Auswirkungen auf die Nahrungsaufnahme (c) oder die Gewichtszunahme (d). Die Daten werden als Mittelwert ± SEM ausgedrückt und wurden mit dem t-Test der Schüler analysiert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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Discussion
Bei der Durchführung dieses Protokolls ist es wichtig, die Genauigkeit der Messungen der Nahrungsaufnahme und des Körpergewichts sowie den Zeitpunkt der Arzneimittelverabreichung während der gesamten Studie einzuhalten. Während diese Selbstverabreichungsmethode eine signifikante Trainingsphase erfordert, ist dies besonders wichtig, um die Mäuse an die Neuheit der Erdnussbutter zu gewöhnen und sicherzustellen, dass Mäuse das Medikament zum gegebenen Zeitpunkt konsumieren. Einmal etabliert, bietet es auch eine große experimentelle Flexibilität und kann modifiziert und angepasst werden, um Medikamente mehrmals täglich in verschiedenen Dosen zu verabreichen. Diese Technik funktioniert am besten, wenn Mäuse normales Chow als Hauptnahrungsquelle konsumieren. Wenn Mäuse mit sehr schmackhaften fettreichen, zuckerreichen Diäten gefüttert werden, kann dies die Trainingsphase schwieriger machen, da einige Mäuse weniger motiviert sind, die Erdnussbutter unter diesen Bedingungen zu konsumieren und eine Einschränkung dieser Technik sein können.
Im Vergleich zu bestehenden Methoden wie Injektionen oder Oral gavage verursacht diese Methode der Selbstabgabe von Medikamenten minimalen Stress und führt zu robusten und konsistenten Daten in Bezug auf medikamenteninduzierte Auswirkungen auf metabolische Phänotypen, einschließlich Nahrungsaufnahme und Körpergewicht. Zukünftige Anwendungen dieser Technik umfassen Studien zum Zeitpunkt der Medikamentenabgabe auf Nahrungsaufnahme und Gewichtszunahme im Kontext von circadianen Rhythmen und metabolischer Gesundheit10.
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Disclosures
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte zu erklären.
Acknowledgments
Diese Arbeit wurde durch den National Institutes of Health Grant R01DK117872 an OO und das Larry L Hillblom Foundation Fellowship an RCZ unterstützt.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| C57B6/J mice | Jackson Labs, Sacramento, CA, USA | 664 | |
| corticosterone pellet mold | Ted Pella Inc, Redding, CA, USA | 106A | |
| Mouse igloo | VWR, Visalia, CA, USA | 89067-850 | cage enrichment |
| peanut butter | Jif Peanut Butter, Orrville, OH, USA | Creamy peanut butter | |
| pestle and mortar | VWR, Visalia, CA, USA | 470148-960 | |
| risperidone | Patriot Pharmaceuticals, Horsham, PA, USA | 50458-593-50 | |
| rodent chow | LabDiet, St. Louis, MO, USA | 5001 | |
| weigh boat | VWR, Visalia, CA, USA | 10803-148 | |
| weighing scale | Mettler Toledo, Greifensee, Switzerland | MS104TS | |
| Wypall paper X60 | Kimberly-Clark, Corinth, MS, USA | 34865-05 | absorbent paper bedding |
References
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