Summary
Det overordnede målet med denne prosedyren er å beskrive en metode for selvadministrasjon av legemidler som kan brukes i musemodeller av fôring og fedme.
Abstract
Prekliniske studier på mus er ofte avhengige av invasive protokoller, for eksempel injeksjoner eller oral gavage, for å levere legemidler. Disse stressende administrasjonsveiene har betydelige effekter på viktige metabolske parametere, inkludert matinntak og kroppsvekt. Selv om et attraktivt alternativ for å omgå dette er å blande stoffet i gnagermat eller oppløse det i vann, har disse tilnærmingene også begrensninger da de påvirkes av legemiddelstabilitet ved romtemperatur i lengre perioder, stoffets løselighet i vann, og at doseringen er svært avhengig av tidspunkt for mat eller vanninntak. Den konstante tilgjengeligheten av stoffet begrenser også translasjonell relevans for hvordan legemidler administreres til pasienter. For å overvinne disse begrensningene kan stoffene blandes med svært velsmakende mat, for eksempel peanøttsmør, slik at mus kan selv administrere forbindelser. Mus bruker pålitelig og reprodusert stoffet / peanøttsmørpelletsen på kort tid. Denne tilnærmingen letter en leveringstilnærming med minimal stress sammenlignet med en injeksjon eller gavage. Denne protokollen demonstrerer tilnærmingen til legemiddelforberedelse, dyreakklimatisering til placebolevering og legemiddellevering. Implikasjonene av denne tilnærmingen diskuteres i studier knyttet til tidspunkt for legemiddeladministrasjon og døgnrytmen.
Introduction
Målet med denne metoden er å levere stoffer hos mus via en ikke-invasiv, minimal stressende prosedyre. Prekliniske studier på mus er ofte avhengige av stressende, invasive ruter for legemiddeladministrasjon som kan ha betydelige konsekvenser for metabolske parametere. For eksempel kan repeterende daglig oral gavage redusere kaloriinntaket og vektøkningen i mus1betydelig. I tillegg kan oral gavage være teknisk utfordrende og har potensial til å forårsake skader. Som et alternativ kan mus selv administrere forbindelser som blandes i maten eller oppløses i drikkevannet 2. Imidlertid har denne tilnærmingen en stor begrensning, som er at den er avhengig av den naturlige døgntid for mat eller vanninntak. Videre kan legemiddelstabilitet eller løselighet i vann være store problemer når det leveres kronisk på denne måten. For å overvinne disse begrensningene kan stoffene blandes med svært velsmakende matvarer, for eksempel kakedeig 3, gelé 4,5 eller peanøttsmør 6 for å oppmuntre til selvadministrasjon hos mus på et bestemt tidspunkt. Denne tilnærmingen har fordelen av å legge til rette for legemiddellevering med minimalt stress sammenlignet med en injeksjon eller daglig gavage1. Denne prosedyren kan tilpasses for å levere et bredt utvalg av stoffer til mus. Denne protokollen demonstrerer prosessen med legemiddelforberedelse, opplæring, etterfulgt av legemiddellevering i svært velsmakende mat. Som et eksempel brukes denne metoden til å administrere det antipsykotika risperidon til C57BL / 6J kvinnelige mus. Risperidon er kjent for å ha potente hyperfagiske og vektøkningseffekter hos pasienter 7 som er godt modellert hos gnagere 6,8. Dette administrasjonssystemet letter en svært translasjonell modell som kan brukes til å studere et bredt spekter av stoffer og deres effekter på veier som regulerer matinntak og kroppsvekt 9.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle prosedyrer som involverer dyrefag er godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ved University of California, San Diego.
1. Å lage stoffet-peanøttsmørpellet
- Beregn mengden stoff som trengs for å lage ønsket dose medikament i en pellets av peanøttsmør og skalere til størrelsen på batchen som kreves for et eksperiment. Det er viktig at pellets holdes ved -80 °C, avhengig av legemiddelstabilitet.
- Pulveriser stofftablettene ved hjelp av en mørtel og pestle.
- Vei beregnet mengde peanøttsmør som kreves ved å plassere det i en veiebåt på en tjærevekt.
- Legg peanøttsmøret over et beger med varmt vann til det er smeltet.
- Tilsett den nødvendige mengden pulverisert stoff i smeltet peanøtt og bland grundig.
- La blandingen av stoff-peanøttsmør avkjøles slik at den lett kan plasseres i gummiformene.
- Legg peanøttsmør-stoffet blanding i en form. Den som brukes her er en gummi kortikosteron pelletsform og skaper ca ~ 100 mg peanøttsmørpellets. Justering av forholdet mellom stoff og peanøttsmør kan være nødvendig for å sikre smakbarhet.
- Gjenta disse trinnene med peanøttsmør alene for å lage placebopellets.
- Frys formen ved -20 °C eller -80 °C (avhengig av legemiddelstabilitet) slik at peanøttsmøret kan herdes til bruk.
2. Oppsett av mus
- Singly hus mus i standard musebur. Linje med svært absorberende papir sengetøy og berikelse, inkludert papirhåndklær og bolig kuppel. Dette papir sengetøy letter nøyaktige matinntaksmålinger ved å tillate kvantifisering av sølt mat fra avføring og sengetøy.
MERK: ENsure IACUC-godkjenning for enkelthusmus er innhentet. - Gi ad libitum mat og vann og la musene akklimatisere seg til huset i ca 3 dager.
3. Trening til selv dosering av narkotika-peanøttsmør
- Planlegg og velg den optimale tiden på dagen for legemiddeladministrasjonen.
- Spol musene i 24 timer og sørg for at IACUC-godkjenning er mottatt for den valgte fastevarigheten.
- Ta formen ut av fryseren, la gummiformen myke slik at pelletsene lett kan ekstruderes ut av formen. All trening kan fullføres ved hjelp av placebo kontroll pellets.
- Plasser en placebo kontroll peanøttsmør pellet på veggen av buret ca 1,5 inches fra basen. På den første dagen kan det ta omtrent 1 time for musen å konsumere peanøttsmørpellet på grunn av nyhet.
- Etter treningsøkten gi ad libitum tilgang til mat og vann.
- Påfølgende dag legger du peanøttsmørpellet på veggen av buret på samme sted for videre trening på ikke-faste mus.
- Gjenta treningen i matede mus i ca. 3 dager. Tiden det tar å konsumere peanøttsmøret vil være mindre enn 30 minutter innen den tredje treningsdagen.
4. Eksperimentere
- Randomiser mus til behandlingsgrupper basert på kroppsvekt, slik at gruppene har samme gjennomsnittlige kroppsvekt før behandling.
- Planlegg å administrere peanøttsmørpillene (behandling eller placebo) til musene samtidig som de ble opplært til å motta peanøttsmørpellets.
- Vei mat og mus og registrer verdiene.
- Sørg for at peanøttsmørpillene (behandling eller placebo) plasseres på samme sted i buret som etablert under trening.
- Fortsett doseringsprosedyren daglig så lenge eksperimentet varer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I eksemplet som presenteres her, ble peanøttsmør brukt til å levere risperidon til mus daglig i 14 dager.
Denne studien viser kronisk levering av risperidon via denne metoden letter svært reproduserbar økning i matinntak og kroppsvekt sammenlignet med kontroll (Figur 1a,b). I tillegg resulterer denne leveringsmåten i svært konsistente data sammenlignet med alternative, mer stressende leveringsmetoder som intraperitoneale injeksjoner (Figur 1c,d).
Figur 1. Effekten av leveringsmetoder for legemidler på matinntak og vektøkning hos mus. C57BL/6J kvinnelige mus ble behandlet med risperidon (3 mg/kg) i en peanøttsmørpellet eller placebokontrollpellet daglig kl. 08.00 i 14 dager. Mus behandlet med risperidon i peanøttsmør hadde betydelig høyere daglig matinntak (a) og fikk betydelig mer vekt (b) sammenlignet med kontrollbehandling. Intraperitoneal tilførsel av risperidon (3 mg/kg) hadde heller ikke så robuste effekter på matinntaket (c) eller vektøkning (d) sammenlignet med selvlevering i peanøttsmør. Data uttrykkes som gjennomsnittlig ± SEM og ble analysert ved student t-test. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Når du gjennomfører denne protokollen, er det viktig å være i samsvar med nøyaktigheten av målingene av matinntak og kroppsvekt og tidspunktet for legemiddeladministrasjon gjennom hele studien. Selv om denne selvadministrasjonsmetoden krever en betydelig treningsfase, er dette spesielt viktig for å akklimatisere musene til nyheten om peanøttsmøret og sikre at mus forbruker stoffet på det tidspunktet som er gitt. Når det er etablert, tilbyr det også stor eksperimentell fleksibilitet og kan modifiseres og tilpasses for å levere legemidler flere ganger per dag ved ulike doser. Denne teknikken fungerer best når mus bruker normal chow som sin viktigste næringskilde. Når mus blir matet svært velsmakende høyt fett, høyt sukker dietter, kan dette gjøre treningsfasen mer utfordrende, da noen mus er mindre motiverte til å konsumere peanøttsmøret under disse forholdene og kan være en begrensning av denne teknikken.
Sammenlignet med eksisterende metoder som injeksjoner eller oral gavage, forårsaker denne metoden for selvlevering av legemidler minimal stress og resulterer i robuste og konsistente data relatert til legemiddelinduserte effekter på metabolske fenotyper, inkludert matinntak og kroppsvekt. Fremtidige anvendelser av denne teknikken inkluderer studier i tidspunktet for legemiddellevering på matinntak og vektøkning i sammenheng med døgnrytme og metabolsk helse10.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingen interessekonflikter å erklære.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av National Institutes of Health grant R01DK117872 tildelt OO og Larry L Hillblom Foundation Fellowship tildelt RCZ.
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
- de Meijer, V. E., Le, H. D., Meisel, J. A., Puder, M. Repetitive orogastric gavage affects the phenotype of diet-induced obese mice. Physiology and Behavior. 100 (4), 387-393 (2010).
- Perez-Gomez, A., et al. A phenotypic Caenorhabditis elegans screen identifies a selective suppressor of antipsychotic-induced hyperphagia. Nature Communications. 9 (1), 5272 (2018).
- Corbett, A., McGowin, A., Sieber, S., Flannery, T., Sibbitt, B. A method for reliable voluntary oral administration of a fixed dosage (mg/kg) of chronic daily medication to rats. Laboratory Animal. 46 (4), 318-324 (2012).
- Teixeira-Santos, L., Albino-Teixeira, A., Pinho, D. An alternative method for oral drug administration by voluntary intake in male and female mice. Laboratory Animal. 55 (1), 76-80 (2021).
- Zhang, L. Method for voluntary oral administration of drugs in mice. STAR Protocols. 2 (1), 100330 (2021).
- Cope, M. B., et al. Risperidone alters food intake, core body temperature, and locomotor activity in mice. Physiology and Behaviour. 96 (3), 457-463 (2009).
- Barton, B. B., Segger, F., Fischer, K., Obermeier, M., Musil, R. Update on weight-gain caused by antipsychotics: a systematic review and meta-analysis. Expert Opinion in Drug Safety. 19 (3), 295-314 (2020).
- Cope, M. B., et al. Antipsychotic drug-induced weight gain: development of an animal model. International Journal of Obesity. 29 (6), 607-614 (2005).
- Domecq, J. P., et al. Clinical review: Drugs commonly associated with weight change: a systematic review and meta-analysis. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 100 (2), 363-370 (2015).
- Wei, H., et al. Dopamine D2 receptor signaling modulates pancreatic beta cell circadian rhythms. Psychoneuroendocrinology. 113, 104551 (2020).
