Construcción de cámaras de vapor utiliza para exponer los ratones al alcohol durante el equivalente de los tres trimestres del Desarrollo Humano
Summary
Se demuestra la construcción de cámaras de vapor de alcohol utilizando materiales fácilmente disponibles que albergan simultáneamente 6 jaulas de ratón. Se describe aún más su uso en un modelo de ratón de la exposición fetal de alcohol equivalente a los 3 trimestres del embarazo humano. Este paradigma expone los animales durante la gestación y después del parto 1-12 días.
Abstract
La exposición al alcohol durante el desarrollo puede dar lugar a una constelación de anormalidades morfológicas y de comportamiento que se conocen colectivamente como trastornos del espectro alcohólico fetal (TEAF). En el extremo más grave del espectro es el síndrome de alcoholismo fetal (FAS), que se caracteriza por retraso del crecimiento, dismorfología craneofacial, y los déficits neuroconductuales. Los estudios con modelos animales, incluidos los roedores, se han dilucidado muchos mecanismos moleculares y celulares implicados en la fisiopatología de los FASD. Administración de etanol a los roedores gestantes se ha utilizado para modelar la exposición humana durante el primer y segundo trimestres del embarazo. Tercer trimestre el consumo de etanol en los seres humanos ha sido modelado usando roedores neonatales. Sin embargo, son pocos los estudios en roedores han caracterizado el efecto de la exposición de etanol durante el equivalente a los tres trimestres del embarazo humano, un patrón de exposición que es común en las mujeres embarazadas. Aquí, se muestra cómo construir cámaras de vapor de fácil omateriales btainable que cada uno puede alojar hasta seis jaulas de ratón estándar. Se describe un paradigma cámara de vapor que puede ser utilizado para modelar la exposición al etanol, con una mínima manipulación, durante los tres trimestres. Nuestros estudios demuestran que las presas embarazadas desarrollaron tolerancia metabólica significativa a etanol. Sin embargo, los ratones recién nacidos no se desarrolló tolerancia metabólica y el número de fetos, el peso del feto, el peso de la placenta, el número de crías / camada, número de crías muertas / camada, y peso de las crías no se vieron afectados significativamente por la exposición de etanol. Una ventaja importante de este paradigma es su aplicabilidad a estudios con ratones genéticamente modificados-. Además, este paradigma minimiza la manipulación de los animales, un factor de confusión importante en la investigación del alcoholismo fetal.
Introduction
Beber alcohol durante el embarazo puede dañar al feto, causando alteraciones persistentes en muchos órganos y sistemas que disminuyen significativamente la calidad de vida de las personas afectadas y sus familias. Se estima que aproximadamente el 10-30% de las mujeres beben durante el embarazo en los EE.UU., con 1-8% de beber en un 1,2 patrón de atracones. El rango de los efectos producidos por la exposición al etanol durante el desarrollo fetal se conoce colectivamente como trastornos del espectro alcohólico fetal (TEAF). Estimaciones recientes indican que TEAF son un importante problema de salud pública con una prevalencia de hasta el 2-5% en los EE.UU. 3. Cuanto más grave manifestación de TEAF es el Síndrome de Alcohol Fetal (FAS), que se caracteriza por retraso del crecimiento, anomalías craneofaciales, y los déficits neuroconductuales, incluyendo problemas de aprendizaje. La prevalencia de la FAS ha sido estimada en 0,2-0,7% en los EE.UU. 3. Los tratamientos actualmente disponibles para los FASD son sólo parcialmente eficacesy el desarrollo de tratamientos más eficaces se ve limitada por la falta de comprensión de las bases celulares y moleculares de este complejo espectro de trastornos.
Datos de los Defectos de Nacimiento Nacionales Prevention Study (NBDPS) indican que las mujeres embarazadas con más frecuencia beben durante el 1 º trimestre del embarazo, antes de que el embarazo ha sido detectado, seguido de la abstinencia durante las últimas etapas de gestación 2. El NBDPS también encontró que el segundo patrón más común de consumo de etanol durante la gestación implica beber a través de todos los trimestres del embarazo 2. Las razones de esto son la falta de conciencia acerca de los efectos potencialmente nocivos de la exposición fetal etanol (incluso a dosis bajas), el acceso limitado a la atención prenatal, la historia positiva de los trastornos neuropsiquiátricos, y abuso o dependencia de etanol 4. Curiosamente, el NBDPS informó de que el tercer patrón más común de consumo involucrado abstinencia durante la 1 <sup> ª y 2 ª trimestres seguidos de consumo durante el 3er trimestre, cuando a menudo se supone que la bebida es seguro porque la organogénesis se ha completado en su mayoría. Sin embargo, el 3 º trimestre es un período de alta susceptibilidad a daños en el sistema nervioso inducido por etanol porque se trata de un período en que los circuitos neuronales sufren profunda refinamiento 2. El NBDPS también identificó otros patrones menos frecuentes de consumo de alcohol que se producen durante el embarazo, incluyendo el consumo a lo largo de la 1 ª y 2 ª trimestres seguidos de abstinencia durante el 3 º trimestre 2.
En un intento de modelar los diferentes patrones de consumo de etanol observados en mujeres embarazadas, un número de paradigmas de desarrollo de exposición etanol haber establecido mediante diversas especies animales, con ratas y ratones que son 5,6 más común. La duración de la gestación en estos animales normalmente lasct aproximadamente 3 semanas, lo que corresponde a la 1 ª y 2 ª trimestre del embarazo humano. Muchos estudios en roedores han evaluado el impacto de diferentes dosis y pautas de exposición a etanol durante este período. Los ejemplos de los métodos utilizados frecuentemente para administrar etanol a ratones y ratas preñadas incluyen la administración a través de dietas líquidas 7,8, adición de etanol al agua de bebida 9,10, beber voluntaria de soluciones sacarina endulzadas con 11, sonda gástrica 12, la inhalación de vapor 13 , y la inyección subcutánea o intraperitoneal 14. Los resultados de estos estudios han recapitulado varias de las deficiencias observadas en los seres humanos con TEAF, lo que demuestra que la exposición durante las primeras etapas del embarazo es suficiente para dañar los circuitos neuronales a través del cerebro (revisado en 6,15).
Los experimentos con roedores también han demostrado que la exposición durante el equivalente a la 3 ª </sup> Trimestre del embarazo humano, lo que corresponde aproximadamente a las primeras 1-2 semanas de vida postnatal en ratas y ratones, puede afectar de manera significativa el desarrollo del cerebro. La exposición durante este período se ha modelado mediante la administración de etanol a ratas o ratones neonatales. El etanol se ha administrado a estos animales usando una variedad de métodos, incluyendo la alimentación por gastrostomía en animales criados artificialmente-16-18, intubación intragástrica 19, la inyección subcutánea 20, y la inhalación de vapor de 21,22. Estos estudios han demostrado de forma convincente que la aceleración del crecimiento del cerebro es un período de gran vulnerabilidad a los efectos del desarrollo de etanol 6.
Como se mencionó anteriormente, el consumo durante todos los trimestres del embarazo es un patrón común de consumo de etanol en las mujeres 2. Sin embargo, relativamente pocos estudios han evaluado el impacto de este modelo de exposición utilizando modelos animales. Algunos de estos estudios han tenido advantagE de grandes animales donde se produce la 3 ª trimestre equivalente en el útero en lugar de el período neonatal como en el caso de ratas y ratones. Estos modelos animales incluyen primates no humanos 23,24 y ovejas 25-27. Sin embargo, estos modelos animales no han sido ampliamente utilizado en la investigación FASD, en parte, debido al alto costo y la necesidad de instalaciones de atención especializada. Los roedores se han utilizado más comúnmente para caracterizar el efecto de la exposición de etanol todos trimestre sobre el desarrollo fetal 5. Los conejillos de indias han sido particularmente ventajoso a este respecto dado su desarrollo prenatal extensa y similitudes en la maduración del cerebro a la de los seres humanos 28,29. Con los conejillos de indias, que ha sido posible caracterizar el efecto de la exposición de etanol en el útero que incluye el período de desarrollo equivalente de la humana 3 ª trimestre. El comparativamente alto coste de estos animales, así como la duración relativamente larga de su embarazo(~ 67 días), ha limitado su uso a unos pocos laboratorios que trabajan en la investigación TEAF.
Debido a su uso rentabilidad y amplia en la investigación biomédica, los investigadores han utilizado ratas para modelar la exposición al etanol durante todos los trimestres del embarazo. En los estudios iniciales, las ratas fueron expuestas durante el embarazo a través de dietas líquidas seguidas por la administración de etanol a través de gastrostomía para criar artificialmente a los recién nacidos (día postnatal (P) 1-10) resulta en niveles de etanol en sangre de pico (BEC) en los embalses de 0,08 g / dl y en las crías de 0,16 g / dl. Este paradigma causó alteraciones duraderas en la mielinización del nervio óptico y redujo el número de fibras de glía de Bergmann en el cerebelo 30-32. Del mismo modo, Maier y colaboradores utilizando condiciones de cría artificial administrados etanol para ratas madres embarazadas de manera compulsiva, como a través de la intubación intragástrica seguido de la administración neonatal durante parte del 3er trimestre equivalente (P4-9) 33,34. PBEC maternas y las crías EAK fueron 0,3 g / dl en dos días de gestación 20 y P6. Este paradigma de la exposición todos trimestre resultó en el retraso del crecimiento que fue significativamente mayor que la observada en cachorros expuestos durante períodos seleccionados de gestación 33. Además, las ratas expuestas a etanol durante el equivalente a todos los trimestres mostraron una reducción en el número de células granulares que fue mayor que el observado en los animales expuestos durante otros períodos 34 de Purkinje del cerebelo y. Las reducciones en el número de células del hipocampo También se informó con este paradigma, pero estos efectos parecen ser principalmente una consecuencia de la exposición durante el tercer trimestre 3-equivalente 35. Un método que consiste en la administración de etanol a través de sonda intragástrica a ratas embarazadas y ratones recién nacidos también se ha utilizado para modelar toda la exposición trimestre 36. Este método, que cedió BEC de 0,13 g / dl en los embalses (día gestacional 17) y 0,24 g / dl en las crías P6, lon inducidaalteraciones g duración de los niveles de neurotransmisores de monoamina en el hipocampo y el hipotálamo, y el aumento de expresión de DNA methyltransferases y metil CpG proteína 2 de unión en el hipocampo 37,38. El uso de un paradigma exposición similar (BEC = 0,14 a 0,2 g / dl en presas y 0,2 g / dl en cachorros), Gil-Mohapel et al. 39 detecta un aumento en el número de nuevas neuronas inmaduras en el giro dentado de ratas adultas que puede representar un mecanismo compensatorio al daño neuronal inducido por etanol o una alteración en la maduración de las neuronas adultas-nacido. Asimismo, los investigadores han tratado de modelar toda la exposición de etanol trimestre mediante la exposición de las presas a través de dietas líquidas o agua potable durante el embarazo y la lactancia 9,40. Sin embargo, la utilidad de la exposición de las crías a través de la leche de su madre es limitada, ya que normalmente se traduce en BEC bajos cachorros (por ejemplo, ,002-,05 g / dl; 41,42).
Los ratones también se han utilizado extensIVELY para caracterizar los efectos de la exposición del desarrollo de etanol. Este modelo animal comparte muchas de las ventajas descritas anteriormente para el modelo animal de rata, con la ventaja adicional de que muchas cepas de ratón genéticamente modificados están disponibles 5. Los ratones se han utilizado con éxito para caracterizar los efectos del etanol durante la 1 ª, 2 ª o 3 ª trimestre del embarazo 43,44. Sin embargo, el impacto de toda la exposición trimestre en estos animales no ha sido bien caracterizado porque es técnicamente más difícil de exponer a los ratones durante el equivalente a todos los trimestres de embarazo humano. Por ejemplo, la cría artificial y sonda gástrica, que se han utilizado con éxito en ratas, requieren procedimientos más especializados en ratones 45. A lo mejor de nuestro conocimiento, sólo un estudio hasta la fecha ha tratado de estudiar el efecto de toda la exposición de etanol trimestre utilizando ratones; estos animales fueron expuestos a una solución de etanol en agua potable during embarazo y la lactancia 46. BEC maternas fueron 0,07 g / dl y las crías BEC no fueron determinadas, pero espera que sea una fracción de los de las presas.
Aquí se describe un nuevo modelo para la exposición de etanol toda trimestre de los ratones en el que se administró alcohol a ambas presas embarazadas y los recién nacidos a través de cámaras de inhalación de vapores. Cámaras de vapor fueron construidas sobre la base de un diseño previo 47. Proporcionamos instrucciones detalladas sobre la forma de construir las cámaras de inhalación y llevar a cabo los procedimientos de exposición. También ofrecemos información sobre las CEBs que se pueden lograr y los efectos de la exposición sobre la supervivencia de las crías y el crecimiento.
Protocol
Representative Results
Discussion
A continuación, describimos en detalle los métodos para la construcción de cámaras de inhalación de vapores. Los materiales y las herramientas requeridas para construir las cámaras están fácilmente disponibles a partir de un número de proveedores comerciales y los pasos para la construcción de las cámaras son relativamente sencillos. El sistema que se describe aquí no contiene válvulas de retención en línea para evitar el reflujo y la mezcla. No fue posible medir cualquier etanol detectable en el aire só…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Apoyada por los Institutos Nacionales de Salud subvenciones R01-AA015614, R01-AA014973, AA014127 y T32-K12-GM088021. Los autores agradecen a Samantha L. Blomquist para la asistencia técnica y los Dres. Kevin Caldwell y Donald Partridge para evaluar críticamente el manuscrito y video.
Materials
| Item | Company | Cat # | Qty | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Polycarbonate 1/4" clear 48" x 24" | McMaster-Carr | 8574K23 | 10 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Foam Rubber bulb seal 3/8"w x 7/32"h | McMaster-Carr | 93085K67 | 10ft | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Weld-on #16 | McMaster-Carr | 7515A11 | 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Piano hinge 12" long | McMaster-Carr | 1658A11 | 2 x 1ft | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Hold-down toggle clamps standard | McMaster-Carr | 5126A26 | 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PEX tubing 1/2" | McMaster-Carr | 51275K88 | 10ft | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Barbed Tee tube fitting (Black) Pkg 10 | McMaster-Carr | 5463K608 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Barbed plug fitting (Black) Pkg 10 | McMaster-Carr | 5462K79 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Barbed Elbow tube fitting (Black) Pkg 10 | McMaster-Carr | 5463K596 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3/8" Through-Wall Adapters, Tube to Threaded Pipe | McMaster-Carr | 5463K851 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Phillips Machine screw 4-40 | McMaster-Carr | 91772A112 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Machine screw hex nut 4-40 | McMaster-Carr | 90480A005 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Panel-mount flowmeter 2-20 | McMaster-Carr | 41945K76 | 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| FLASK, FILTER 1000ML 6/PACK | VWR | 89001-800 | 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Precision Seal Septa | VWR | 89084-490 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| VWR Black Rubber Stopper #8 1-hole | VWR | 59581-367 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TUBE TYGON R3603 3/8X9/16 50' | VWR | 89068-556 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TUBE TYGON R3603 1/4X11/16 50' | VWR | 89068-502 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aerator Stone P2120 | VWR | 32573-007 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3/8" T-connectors Pk of 20 | VWR | 46600-060 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| VWR Disconnectors tapered Pk of 10 | VWR | 46600-110 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3/8 Hose Barb valved in-line coupling | Colder Products Company | HFCD17612 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Air pump medium capacity | LMI Manufacturers | DB60L | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nexelate Wire Shelving 36"W X 24"D X 63"H | Global industrial | T9A990135 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Stem Casters Set of (4) 5" Polyurethane Wheel | Global industrial | T9A500591 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Breathalyzer Alco-Sensor III | Intoximeters, Inc. | ASIII | 1
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