Summary
Det övergripande målet med detta förfarande är att beskriva en metod för självadministration av läkemedel som kan användas i musmodeller av utfodring och fetma.
Abstract
Prekliniska studier på möss förlitar sig ofta på invasiva protokoll, såsom injektioner eller oral sondmatning, för att leverera läkemedel. Dessa stressiga administreringsvägar har betydande effekter på viktiga metabola parametrar inklusive matintag och kroppsvikt. Även om ett attraktivt alternativ att kringgå detta är att förvärra läkemedlet i gnagaremat eller lösa upp det i vatten, har dessa metoder också begränsningar eftersom de påverkas av läkemedelsstabilitet vid rumstemperatur under längre tidsperioder, läkemedlets löslighet i vatten och att dosering är mycket beroende av tidpunkten för mat- eller vattenintag. Den ständiga tillgången på läkemedlet begränsar också translationell relevans för hur läkemedel administreras till patienter. För att övervinna dessa begränsningar kan droger blandas med mycket välsmakande mat, såsom jordnötssmör, så att möss kan själv administrera föreningar. Möss konsumerar på ett tillförlitligt och reproducerbart sätt läkemedlet / jordnötssmörpellet på kort tid. Detta tillvägagångssätt underlättar en leveransmetod med minimal stress jämfört med en injektion eller sondmatning. Detta protokoll visar tillvägagångssättet för läkemedelspreparat, djuracklimatisering till placeboleverans och läkemedelsleverans. Konsekvenserna av detta tillvägagångssätt diskuteras i studier relaterade till tidpunkten för läkemedelsadministration och dygnsrytmen.
Introduction
Målet med denna metod är att leverera läkemedel hos möss via ett icke-invasivt, minimalt stressigt förfarande. Prekliniska studier på möss förlitar sig ofta på stressiga, invasiva vägar för läkemedelsadministration som kan ha betydande inverkan på metabola parametrar. Till exempel kan repetitiv daglig oral sondmatning avsevärt minska kaloriintaget och viktökning hos möss1. Dessutom kan oral sondmatning vara tekniskt utmanande och har potential att orsaka skador. Som ett alternativ kan möss själv administrera föreningar som blandas i maten eller löses upp i deras dricksvatten 2. Detta tillvägagångssätt har dock en stor begränsning, vilket är att det förlitar sig på den naturliga dygnsrytmtiden för mat- eller vattenintag. Dessutom kan läkemedelsstabilitet eller löslighet i vatten vara stora problem när kroniskt levereras på detta sätt. För att övervinna dessa begränsningar kan droger blandas med mycket välsmakande livsmedel, såsom kakdeg 3,gelé 4,5 eller jordnötssmör 6 för att uppmuntra självadministration hos möss vid en angiven tidpunkt. Detta tillvägagångssätt har fördelen att underlätta läkemedelsleverans med minimal stress jämfört med en injektion eller daglig sondmatning1. Denna procedur kan anpassas för att leverera ett brett utbud av läkemedel till möss. Detta protokoll visar processen med läkemedelspreparat, träning, följt av läkemedelsleverans i mycket välsmakande mat. Som ett exempel används denna metod för att administrera antipsykotiska läkemedlet risperidon till C57BL/6J kvinnliga möss. Risperidon är välkänt för att ha potenta hyperfagiska och viktökningseffekter hos patienter 7 som är väl modellerade hos gnagare 6,8. Detta administrationssystem underlättar en mycket translationell modell som skulle kunna användas för att studera en mängd olika läkemedel och deras effekter på vägar som reglerar födointag och kroppsvikt 9.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla försök som involverar djurförsök har godkänts av Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) vid University of California, San Diego.
1. Göra drog-jordnötssmör pellet
- Beräkna mängden läkemedel som behövs för att göra önskad dos av läkemedel i en pellet av jordnötssmör och skala till storleken på den sats som krävs för ett experiment. Viktigt är att pellets kan hållas vid -80 °C, beroende på läkemedelsstabilitet.
- Pulverisera läkemedelstabletterna med en mortel och mortel.
- Väg den beräknade mängden jordnötssmör som krävs genom att placera den i en vägbåt på en tjärad skala.
- Placera jordnötssmöret över en bägare varmt vatten tills det smält.
- Tillsätt den önskade mängden pulveriserat läkemedel i den smälta jordnöten och blanda noggrant.
- Låt blandningen av läkemedels-jordnötssmör svalna så att den lätt kan placeras i gummiformarna.
- Placera jordnötssmör-drogblandningen i en form. Den som används här är en gummi kortikosteron pellets mögel och skapar cirka ~ 100 mg jordnötssmör pellets. Justering av förhållandet mellan läkemedel och jordnötssmör kan vara nödvändigt för att säkerställa smaklighet.
- Upprepa dessa steg med enbart jordnötssmör för att göra placebopellets.
- Frys formen vid -20 °C eller -80 °C (beroende på läkemedelsstabilitet) så att jordnötssmöret kan härda tills det används.
2. Mus inställning
- Singly hus möss i vanliga musburar. Linje med mycket absorberande papperssängkläder och berikning, inklusive pappershanddukar och huskupol. Detta papperssängmedel underlättar noggranna mätningar av matintaget genom att möjliggöra kvantifiering av spilld mat från avföring och sängkläder.
OBS: ENsure IACUC-godkännande för att på ett fördriska inhysa möss har erhållits. - Ge ad libitum mat och vatten och låt mössen acklimatisera sig till huset i cirka 3 dagar.
3. Utbildning till självdosering av drog-jordnötssmör
- Planera och välj den optimala tiden på dagen för läkemedelsadministrationen.
- Snabb musen i 24 timmar och se till att IACUC-godkännande har erhållits för vald fasta.
- Ta ut formen ur frysen, låt gummiformen mjukna så att pelletsen lätt kan extruderas ut ur formen. All träning kan slutföras med placebokontrollpellets.
- Placera en placebokontroll jordnötssmörpellet på burväggen cirka 1,5 tum från basen. På den första dagen kan det ta ungefär 1 timme för musen att konsumera jordnötssmörpellet på grund av nyhet.
- Efter träningspasset ger ad libitum tillgång till mat och vatten.
- Nästa dag placerar du jordnötssmörpellet på burväggen på samma plats för vidare träning på icke-fastade möss.
- Upprepa träningen hos matade möss i cirka 3 dagar. Den tid det tar att konsumera jordnötssmöret kommer att vara mindre än 30 minuter vid den tredje träningsdagen.
4. Experimentera
- Randomisera möss till behandlingsgrupper baserat på kroppsvikt så att grupperna har samma genomsnittliga kroppsvikt före behandlingen.
- Planera att administrera jordnötssmörpiller (behandling eller placebo) till mössen samtidigt som de utbildades för att få jordnötssmörpellets.
- Väg maten och musen och registrera värdena.
- Se till att jordnötssmörpiller (behandling eller placebo) placeras på samma plats i buret som fastställts under träningen.
- Fortsätt dosproceduren dagligen under experimentets varaktighet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I exemplet som presenteras här användes jordnötssmör för att leverera risperidon till möss dagligen i 14 dagar.
Denna studie visar att kronisk leverans av risperidon via denna metod underlättar en mycket reproducerbar ökning av födointag och kroppsvikt jämfört med kontroll (figur 1a,b). Dessutom resulterar denna leveransmetod i mycket konsekventa data jämfört med alternativa, mer stressiga leveransmetoder som intraperitoneal injektioner(figur 1c, d).
Figur 1. Effekten av drug delivery-metoder på matintag och viktökning hos möss. C57BL/6J honmöss behandlades med risperidon (3 mg/kg) i en jordnötssmörpellet eller placebokontrollpellet dagligen vid 8 AM i 14 dagar. Möss som behandlades med risperidon i jordnötssmör hade betydligt högredagligtmatintag ( a ) och fick betydligt mervikt ( b) jämfört med kontrollbehandling. Intraperitoneal leverans av risperidon (3 mg/kg) hade inte heller sådana robusta effekter på födointag( c) eller viktökning(d) jämfört med självleverans i jordnötssmör. Data uttrycks som ± SEM och analyserades av studentens t-test. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
När du genomför detta protokoll är det viktigt att vara konsekvent med noggrannheten i mätningarna av matintag och kroppsvikt och tidpunkten för läkemedelsadministration under hela studien. Medan denna självadministrationsmetod kräver en betydande träningsfas, är detta särskilt viktigt för att acklimatisera mössen till jordnötssmörets nyhet och se till att möss konsumerar läkemedlet vid den angivna tiden. När det väl har etablerats erbjuder det också stor experimentell flexibilitet och kan modifieras och anpassas för att leverera läkemedel flera gånger per dag vid olika doser. Denna teknik fungerar bäst när möss konsumerar normal mat som sin huvudsakliga näringskälla. När möss matas mycket välsmakande höga fetthaltiga, höga sockerdieter, kan detta göra träningsfasen mer utmanande eftersom vissa möss är mindre motiverade att konsumera jordnötssmöret under dessa förhållanden och kan vara en begränsning av denna teknik.
Jämfört med befintliga metoder som injektioner eller oral sondmatning orsakar denna metod för självleverans av läkemedel minimal stress och resulterar i robusta och konsekventa data relaterade till läkemedelsinducerade effekter på metaboliska fenotyper inklusive matintag och kroppsvikt. Framtida tillämpningar av denna teknik inkluderar studier av tidpunkten för läkemedelsleverans på matintag och viktökning i samband med dygnsrytmen och metabolisk hälsa10.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inga intressekonflikter att deklarera.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes av National Institutes of Health Grant R01DK117872 som tilldelades OO och Larry L Hillblom Foundation Fellowship som tilldelades 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).
