Summary
Het algemene doel van deze procedure is om een methode voor zelftoediening van geneesmiddelen te beschrijven die kan worden gebruikt in muismodellen van voeding en obesitas.
Abstract
Preklinische studies bij muizen vertrouwen vaak op invasieve protocollen, zoals injecties of orale gavage, om medicijnen af te leveren. Deze stressvolle toedieningsroutes hebben significante effecten op belangrijke metabolische parameters, waaronder voedselinname en lichaamsgewicht. Hoewel een aantrekkelijke optie om dit te omzeilen is om het medicijn in knaagdiervoer te maken of op te lossen in water, hebben deze benaderingen ook beperkingen omdat ze gedurende langere tijd worden beïnvloed door medicijnstabiliteit bij kamertemperatuur, de oplosbaarheid van het medicijn in water en dat de dosering sterk afhankelijk is van de timing van voedsel- of waterinname. De constante beschikbaarheid van het geneesmiddel beperkt ook de translationele relevantie voor de manier waarop geneesmiddelen aan patiënten worden toegediend. Om deze beperkingen te overwinnen, kunnen medicijnen worden gemengd met zeer smakelijk voedsel, zoals pindakaas, waardoor muizen zelf verbindingen kunnen toedienen. Muizen consumeren het medicijn /pindakaaskorrel betrouwbaar en reproduceerbaar in een kort tijdsbestek. Deze aanpak vergemakkelijkt een leveringsbenadering met minimale stress in vergelijking met een injectie of gavage. Dit protocol toont de aanpak van medicijnvoorbereiding, dierlijke acclimatisatie tot placebo-levering en medicijnafgifte. De implicaties van deze aanpak worden besproken in studies met betrekking tot de timing van de toediening van geneesmiddelen en het circadiane ritme.
Introduction
Het doel van deze methode is om medicijnen bij muizen te leveren via een niet-invasieve, minimaal stressvolle procedure. Preklinische studies bij muizen vertrouwen vaak op stressvolle, invasieve routes van toediening van geneesmiddelen die aanzienlijke effecten kunnen hebben op metabole parameters. Repetitieve dagelijkse orale gavage kan bijvoorbeeld de calorie-inname en gewichtstoename bij muizen aanzienlijk verminderen1. Bovendien kan orale gavage technisch uitdagend zijn en kan het verwondingen veroorzaken. Als alternatief kunnen muizen zelf verbindingen toedienen die in hun voedsel worden gemengd of opgelost in hun drinkwater 2. Deze aanpak heeft echter een grote beperking, namelijk dat het afhankelijk is van de natuurlijke circadiane timing van voedsel- of waterinname. Bovendien kan medicijnstabiliteit of oplosbaarheid in water grote problemen zijn wanneer chronisch op deze manier wordt geleverd. Om deze beperkingen te overwinnen, kunnen medicijnen worden gemengd met zeer smakelijk voedsel, zoals koekjesdeeg 3,gelei 4,5 of pindakaas 6 om zelftoediening bij muizen op een bepaald tijdstip aan te moedigen. Deze aanpak heeft het voordeel dat het de levering van geneesmiddelen met minimale stress kan worden vergemakkelijkt in vergelijking met een injectie of dagelijkse gavage1. Deze procedure kan worden aangepast om een breed scala aan medicijnen aan muizen te leveren. Dit protocol demonstreert het proces van medicijnbereiding, training, gevolgd door medicijnafgifte in zeer smakelijk voedsel. Als voorbeeld, deze methode wordt gebruikt om het antipsychoticum risperidon toe te dienen aan C57BL/6J vrouwelijke muizen. Risperidon is bekend om krachtige hyperfagische en gewichtstoename effecten te hebben bij patiënten 7 die goed gemodelleerd is bij knaagdieren 6,8. Dit toedieningssysteem vergemakkelijkt een zeer translationeel model dat kan worden gebruikt om een breed scala aan geneesmiddelen en hun effecten op trajecten die de voedselinname en het lichaamsgewicht reguleren te bestuderen 9.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle procedures met betrekking tot dieronderwerpen zijn goedgekeurd door het Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) van de Universiteit van Californië, San Diego.
1. Het maken van de drug-pindakaas pellet
- Bereken de hoeveelheid medicijn die nodig is om de gewenste dosis medicijn in een pellet pindakaas te maken en schaal naar de grootte van de batch die nodig is voor een experiment. Belangrijk is dat pellets op -80 °C kunnen worden bewaard, afhankelijk van de stabiliteit van het medicijn.
- Verpulver de medicijntabletten met behulp van een mortier en stamper.
- Weeg de berekende hoeveelheid pindakaas die nodig is door deze in een weegboot op een geteerde weegschaal te plaatsen.
- Leg de pindakaas over een beker warm water tot het gesmolten is.
- Voeg de benodigde hoeveelheid verpulverd medicijn toe aan de gesmolten pinda en meng grondig.
- Laat het medicijn-pindakaasmengsel afkoelen, zodat het gemakkelijk in de rubberen mallen kan worden geplaatst.
- Doe de pindakaas-drugsmix in een mal. Degene die hier wordt gebruikt is een rubber corticosteron pellet schimmel en creëert ongeveer ~ 100 mg pindakaas pellets. Aanpassing van de verhouding tussen geneesmiddel en pindakaas kan nodig zijn om de smakelijkheid te garanderen.
- Herhaal deze stappen alleen met pindakaas om placebokorrels te maken.
- Vries de mal in bij -20 °C of -80 °C (afhankelijk van de stabiliteit van het medicijn) om de pindakaas te laten uitharden tot gebruik.
2. Muis instellen
- Singly huis muizen in standaard muizenkooien. Lijn met zeer absorberend papieren beddengoed en verrijking, inclusief papieren handdoeken en woonkoepel. Dit papieren beddengoed vergemakkelijkt nauwkeurige voedselinnamemetingen door kwantificering van gemorst voedsel uit uitwerpselen en beddengoed mogelijk te maken.
OPMERKING: ENsure IACUC-goedkeuring voor het zingen van muizen is verkregen. - Geef ad libitum voedsel en water en laat de muizen ongeveer 3 dagen wennen aan de behuizing.
3. Training tot zelfdosering van drug-pindakaas
- Plan en selecteer het optimale tijdstip van de dag voor de toediening van geneesmiddelen.
- Vast de muizen gedurende 24 uur en zorg ervoor dat IACUC-goedkeuring is ontvangen voor de gekozen vastenduur.
- Haal de mal uit de vriezer, laat de rubberen mal zacht worden zodat de pellets gemakkelijk uit de mal kunnen worden geëxtrudeerd. Alle training kan worden voltooid met behulp van placebo controle pellets.
- Plaats een placebo-controle pindakaaskorrel op de wand van de kooi op ongeveer 1,5 inch van de basis. Op de eerste dag kan het ongeveer 1 uur duren voordat de muis de pindakaaskorrel consumeert vanwege nieuwigheid.
- Na de training ad libitum toegang geven tot voedsel en water.
- Plaats de volgende dag de pindakaaskorrel op dezelfde plaats op dezelfde locatie voor verdere training op niet-nuchtere muizen.
- Herhaal de training bij gevoede muizen gedurende ongeveer 3 dagen. De tijd die nodig is om de pindakaas te consumeren zal minder dan 30 minuten zijn op de derde trainingsdag.
4. Experimenteer
- Randomiseer muizen naar behandelingsgroepen op basis van lichaamsgewicht, zodat de groepen hetzelfde gemiddelde lichaamsgewicht hebben vóór de behandeling.
- Plan om de pindakaaspillen (behandeling of placebo) toe te dienen aan de muizen op hetzelfde moment dat ze werden opgeleid om de pindakaaskorrels te ontvangen.
- Weeg het voedsel en de muis en noteer de waarden.
- Zorg ervoor dat de pindakaaspillen (behandeling of placebo) op dezelfde locatie in de kooi worden geplaatst als tijdens de training.
- Ga dagelijks door met de doseringsprocedure voor de duur van het experiment.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
In het hier gepresenteerde voorbeeld werd pindakaas gebruikt om dagelijks 14 dagen risperidon aan muizen te leveren.
Deze studie toont aan dat de chronische toediening van risperidon via deze methode een zeer reproduceerbare toename van voedselinname en lichaamsgewicht mogelijk maakt in vergelijking met controle (figuur 1a, b). Bovendien resulteert deze toedieningsmethode in zeer consistente gegevens in vergelijking met alternatieve, meer stressvolle toedieningsbenaderingen zoals intraperitoneale injecties (figuur 1c, d).
Figuur 1. Het effect van methoden voor medicijnafgifte op voedselinname en gewichtstoename bij muizen. C57BL/6J vrouwelijke muizen werden gedurende 14 dagen dagelijks om 8 uur behandeld met risperidon (3 mg/kg) in een pindakaaskorrel of placebocontrolekorrel. Muizen die met risperidon in pindakaas werden behandeld, hadden een significant hogere dagelijkse voedselinname (a) en kregen aanzienlijk meer gewicht (b) in vergelijking met controlebehandeling. Bovendien had intraperitoneale toediening van risperidon (3 mg/kg) niet zulke robuuste effecten op de voedselinname (c) of gewichtstoename (d) in vergelijking met zelfafgifte in pindakaas. Gegevens worden uitgedrukt als gemiddelde ± SEM en werden geanalyseerd door student t-test. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bij het uitvoeren van dit protocol is het belangrijk om consistent te zijn met de nauwkeurigheid van de metingen van voedselinname en lichaamsgewicht en de timing van toediening van geneesmiddelen tijdens het onderzoek. Hoewel deze zelftoedieningsmethode een aanzienlijke trainingsfase vereist, is dit vooral belangrijk om de muizen te wennen aan de nieuwigheid van de pindakaas en ervoor te zorgen dat muizen het medicijn op het gegeven moment consumeren. Eenmaal vastgesteld, biedt het ook een grote experimentele flexibiliteit en kan het worden aangepast en aangepast om geneesmiddelen op meerdere tijdstippen per dag in verschillende doses te leveren. Deze techniek werkt het beste wanneer muizen normale chow consumeren als hun belangrijkste voedingsbron. Wanneer muizen zeer smakelijke vetrijke, suikerrijke diëten krijgen, kan dit de trainingsfase uitdagender maken, omdat sommige muizen minder gemotiveerd zijn om de pindakaas onder deze omstandigheden te consumeren en een beperking van deze techniek kunnen zijn.
In vergelijking met bestaande methoden zoals injecties of orale gavage, deze methode van zelfafgifte van geneesmiddelen veroorzaakt minimale stress en resulteert in robuuste en consistente gegevens met betrekking tot drug-geïnduceerde effecten op metabole fenotypes met inbegrip van voedselinname en lichaamsgewicht. Toekomstige toepassingen van deze techniek omvatten studies naar de timing van de levering van geneesmiddelen op voedselinname en gewichtstoename in de context van circadiaanse ritmes en metabole gezondheid10.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben geen belangenconflicten te verklaren.
Acknowledgments
Dit werk werd ondersteund door de National Institutes of Health grant R01DK117872 toegekend aan OO en de Larry L Hillblom Foundation Fellowship toegekend aan 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).
