Construction des chambres de vapeur utilisée pour exposer des souris à l'alcool pendant l'équivalent de toutes trois trimestres de développement humain

Summary

Nous démontrons la construction des chambres à vapeur de l'alcool à l'aide de matériaux facilement disponibles qui abritent simultanément 6 cages de souris. Nous décrivons en outre leur utilisation dans un modèle de souris de l'exposition d'alcoolisation fœtale équivalent à tous les trois trimestres de la grossesse humaine. Ce paradigme expose des animaux pendant la gestation et après la naissance 1-12 jours.

Abstract

L'exposition à l'alcool pendant le développement peut entraîner une constellation d'anomalies morphologiques et comportementales qui sont collectivement connus comme des troubles causés par l'alcoolisation fœtale (ETCAF). A la fin la plus sévère du spectre est le syndrome d'alcoolisation fœtale (SAF), caractérisé par un retard de croissance, une dysmorphie cranio-faciale, et les déficits neurocomportementaux. Des études sur des modèles animaux, y compris les rongeurs, ont permis d'élucider de nombreux mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans la physiopathologie de l'ETCAF. administration de l'éthanol à des rongeurs enceintes a été utilisé pour modéliser l'exposition humaine au cours des premier et deuxième trimestres de la grossesse. Troisième trimestre de la consommation d'éthanol chez l'homme a été modélisée à l'aide rongeurs nouveau-nés. Cependant, quelques études sur des rongeurs ont caractérisé l'effet de l'exposition à l'éthanol pendant l'équivalent de trois trimestres de la grossesse humaine, un modèle d'exposition qui est commun chez les femmes enceintes. Ici, nous montrons comment construire des chambres de vapeur de facilement omatériaux btainable qui peuvent chacune accueillir jusqu'à six cages de souris standard. Nous décrivons un paradigme de la chambre de vapeur qui peut être utilisé pour modéliser une exposition à l'éthanol, avec un minimum de manipulation, pendant les trois trimestres. Nos études montrent que les barrages enceintes développées tolérance métabolique importante à l'éthanol. Cependant, les souris néonatale n'a pas développé la tolérance métabolique et le nombre de fœtus, le poids du fœtus, le poids du placenta, le nombre de chiots / portée, le nombre de morts chiots / portée, et du poids des petits n'ont pas été significativement affectée par l'exposition à l'éthanol. Un avantage important de ce modèle est son applicabilité à des études sur des souris génétiquement modifiées. De plus, ce paradigme minimise la manipulation des animaux, un facteur de confusion important dans la recherche d'alcoolisme foetal.

Introduction

Boire pendant la grossesse peut nuire au fœtus, causant des altérations persistantes dans de nombreux organes et systèmes qui réduisent de manière significative la qualité de vie pour les personnes touchées et leurs familles. On estime qu'environ 10-30% des femmes boivent pendant la grossesse aux États-Unis, avec 1-8% de boire dans un ^1,2 motif de frénésie. La gamme des effets produits par l'exposition à l'éthanol au cours du développement du fœtus est collectivement connu sous le nom de troubles du spectre de l'alcoolisation foetale (ETCAF). Des estimations récentes indiquent que ETCAF est un problème majeur de santé publique avec une prévalence aussi élevée que 2-5% aux États-Unis ^3. La manifestation la plus grave de FASDs est le syndrome d'alcoolisation fœtale (SAF), qui se caractérise par un retard de croissance, des anomalies cranio-faciales, et des déficits neurocomportementaux, y compris les troubles d'apprentissage. La prévalence du SAF a été estimée à 0,2-0,7% aux États-Unis ^3. Les traitements actuellement disponibles pour FASDs sont que partiellement efficaceset le développement de traitements plus efficaces est limitée par la mauvaise compréhension des fondements moléculaires et cellulaires de ce spectre complexe de troubles.

Les données des anomalies congénitales nationales Prevention Study (NBDPS) indiquent que les femmes enceintes boivent plus souvent au cours du 1 ^er trimestre, avant la grossesse a été détectée, suivie par l'abstinence durant les derniers stades de gestation ^2. Le NBDPS également constaté que le deuxième modèle le plus courant de la consommation d'éthanol pendant la gestation implique potable dans tous les trimestres de la grossesse ^2. Les raisons en sont le manque de sensibilisation sur les effets potentiellement nocifs de l'exposition du fœtus à l'éthanol (même à faibles doses), l'accès limité à des soins prénatals, l'histoire positive pour les troubles neuropsychiatriques, et l'abus de dépendance ou à l'éthanol ^4. Fait intéressant, le NBDPS indiqué que le troisième modèle le plus courant de la consommation impliqué l'abstinence pendant la 1 <sup> Ère et 2 ^ème trimestres suivis par le secteur au cours de la 3 ^ème trimestre, quand on suppose souvent que l'alcool est sûr parce que l'organogenèse a été presque complétée. Cependant, le 3 ^ème trimestre est une période de forte sensibilité à des lésions du système nerveux induite par l'éthanol-parce que c'est une période où les circuits neuronaux subissent profond raffinement ^2. Le NBDPS également identifié d'autres modèles, moins fréquentes de la consommation d'alcool qui se produisent pendant la grossesse, y compris la consommation tout au long de la 1 ^ère et 2 ^ème trimestres suivis par l'abstinence pendant la 3 ^e trimestre ^2.

Dans une tentative pour modéliser les différents modes de consommation d'éthanol observés chez les femmes enceintes, un certain nombre de paradigmes de développement d'exposition à l'éthanol ont été établies au moyen de diverses espèces animales, des rats et des souris étant ^5,6 plus courante. La durée de la grossesse chez ces animaux généralement lasct environ 3 semaines, ce qui correspond à la 1 ^ère et 2 ^ème trimestres de la grossesse humaine. De nombreuses études sur des rongeurs ont évalué l'impact de différentes doses et les modes d'exposition à l'éthanol au cours de cette période. Des exemples de procédés fréquemment utilisés pour administrer de l'éthanol à des souris et des rats enceintes comprennent l'administration par l'intermédiaire d'une alimentation ^{de 7,8,} l'addition d'éthanol à l'eau de boisson ^9,10, boire volontaire des solutions sucrées ¹¹ saccharine, gavage gastrique ^{12, 13} l'inhalation des vapeurs de liquides , et sous-cutanée ou injection intrapéritonéale ^14. Les résultats de ces études ont récapitulé plusieurs des déficits observés chez l'homme avec FASDs, démontrant que l'exposition durant les premiers stades de la grossesse est suffisante pour endommager les circuits neuronaux dans le cerveau (revue dans ^6,15).

Des expériences avec des rongeurs ont également démontré que l'exposition au cours de l'équivalent de la 3 ^ème </sup> Trimestre de la grossesse humaine, ce qui correspond à peu près aux 1-2 premières semaines de vie postnatale chez le rat et la souris, peut altérer de manière significative le développement du cerveau. L'exposition au cours de cette période a été modélisé par l'administration de l'éthanol à des rats ou des souris néonatales. L'éthanol a été administré à ces animaux en utilisant une variété de méthodes, y compris par l'intermédiaire de l'alimentation par gastrostomie chez les animaux élevés artificiellement, ^16-18 intubation intra-gastrique ^{19, 20} injection sous-cutanée, l'inhalation de vapeurs et ^21,22. Ces études ont démontré de manière convaincante que la poussée de croissance du cerveau est une période de grande vulnérabilité aux effets sur le développement de l'éthanol ^6.

Comme mentionné ci-dessus, de boire pendant tous les trimestres de la grossesse est un motif commun de la consommation d'éthanol chez les femmes ^2. Cependant, relativement peu d'études ont évalué l'impact de ce type d'exposition en utilisant des modèles animaux. Certaines de ces études ont pris Advantage des animaux de grande taille où la ^3ème trimestre équivalent se produit in utero au lieu de la période néonatale, comme dans le cas des rats et des souris. Ces modèles animaux comprennent les primates non humains, les moutons ^23,24 et ^{25 à 27.} Cependant, ces modèles animaux n'ont pas été largement utilisé dans la recherche de FASDs, en partie, à cause du coût élevé et la nécessité pour les établissements de soins spécialisés. Rongeurs ont été le plus souvent utilisé pour caractériser l'effet de tout trimestre exposition à l'éthanol sur le développement foetal ^5. Les cobayes ont été particulièrement avantageuse à cet égard compte tenu de leur vaste développement prénatal et similitudes dans la maturation du cerveau à celle des humains ^28,29. Avec cobayes, il a été possible de caractériser l'effet de l'exposition à l'éthanol in utero qui comprend la période de développement équivalent de la ^troisième trimestre humaine 3. Le coût relativement élevé de ces animaux, ainsi que la durée relativement longue de leur grossesse(~ 67 jours), a limité leur utilisation à quelques laboratoires travaillant sur la recherche ETCAF.

En raison de leur rapport coût-efficacité et une large utilisation dans la recherche biomédicale, les chercheurs ont utilisé des rats pour modéliser l'exposition à l'éthanol pendant tous les trimestres de la grossesse. Dans les études initiales, les rats ont été exposés pendant la grossesse par les régimes alimentaires liquides suivies par l'administration d'éthanol par gastrostomie à élevés artificiellement les nouveau-nés (jours après la naissance (P) 1-10) résultant en des niveaux de production d'éthanol dans le sang de pointe (BEC) dans les barrages de 0,08 g / dl et dans les chiots 0,16 g / dl. Ce paradigme a provoqué des modifications durables dans la myélinisation du nerf optique et réduit le nombre de fibres gliales Bergmann dans le cervelet ^30-32. De même, Maier et collaborateurs utilisant des conditions d'élevage artificiels administrés éthanol aux barrages de rats enceintes de manière excessive comme par intubation intragastrique suivie par l'administration néonatale pendant une partie de la 3 ^ème trimestre équivalent (P4-9) ^33,34. PBEC maternelle et chiot EAK ont été de 0,3 g / dl à la fois jour de gestation 20 et P6. Cette exposition paradigme de tout-trimestre a entraîné un retard de croissance était significativement supérieure à celle observée chez les petits exposés pendant des périodes sélectionnées de gestation ^33. De plus, les rats exposés à de l'éthanol au cours de l'équivalent de tous les trimestres de la grossesse ont présenté une réduction dans le nombre de Purkinje du cervelet et les cellules granulaires qui était supérieure à celle observée chez les animaux exposés pendant ³⁴ autres périodes. La réduction du nombre de cellules de l'hippocampe ont également été signalés avec ce paradigme, mais ces effets semblent être principalement une conséquence de l'exposition au cours de la 3 ^ème trimestre équivalent ^35. Une méthode qui implique l'administration d'éthanol par gavage intragastrique pour les rats et les souris enceintes néonatale a également été utilisé pour modéliser toute exposition de trimestre ^36. Cette méthode, qui a abouti à CAE de 0,13 g / dl dans les barrages (de jour de gestation 17) et 0,24 g / dl chez les petits P6, lon induitealtérations g durables dans les niveaux de neurotransmetteurs monoamines dans l'hippocampe et l'hypothalamus, et une expression accrue d'ADN méthyltransférases de méthyle et de CpG protéine 2 de liaison de l'hippocampe ^37,38. L'utilisation d'un paradigme d'exposition similaire (BEC = 0,14 à 0,2 g / dl dans les barrages et 0,2 g / dl chez les petits), Gil-Mohapel et al. ³⁹ a détecté une augmentation du nombre de nouveaux neurones immatures dans le gyrus denté de rats adultes que peut représenter un mécanisme de compensation pour une lésion neuronale induite par l'éthanol ou une altération de la maturation des neurones adultes de souche. Les enquêteurs ont également tenté de modéliser toute exposition trimestre de l'éthanol en exposant barrages par les régimes alimentaires liquides ou l'eau potable durant la grossesse et l'allaitement ^9,40. Cependant, l'utilité de l'exposition des chiots par le lait de leur mère est limitée car elle se traduit généralement dans les CEB faible chiot (par exemple, de 0,002 à 0,05 g / dl; ^41,42).

Les souris ont également été utilisés extensvement à caractériser les effets de l'exposition à l'éthanol de développement. Ce modèle animal de nombreuses actions des forces décrites ci-dessus pour le modèle animal de rat, avec l'avantage supplémentaire que de nombreuses souches de souris génétiquement modifiées sont disponibles ^5. Souris ont été utilisés avec succès pour caractériser les effets de l'éthanol au cours de la 1 ^ère, 2 ^ème ou 3 ^ème trimestres de la grossesse ^43,44. Cependant, l'impact de toute exposition de trimestre sur ces animaux n'a pas été bien caractérisée, car il est techniquement plus difficile à exposer des souris pendant l'équivalent de tous les trimestres de la grossesse humaine. Par exemple, l'élevage artificiel et gavage gastrique, qui ont été utilisés avec succès chez le rat, nécessitent des procédures plus spécialisées dans les souris ^45. Au meilleur de notre connaissance, une seule étude à ce jour a tenté d'étudier l'effet de toute exposition trimestre de l'éthanol en utilisant des souris; ces animaux ont été exposés à une solution d'éthanol dans de l'eau potable During grossesse et l'allaitement ^46. BEC maternels étaient de 0,07 g / dl et chiot BEC n'ont pas été déterminées, mais devrait être une fraction de ceux dans les barrages.

Ici, nous décrivons un nouveau modèle pour l'exposition tout trimestre éthanol de souris où l'alcool est administré à deux barrages enceintes et les nouveau-nés par des chambres d'inhalation de vapeurs. chambres de vapeur ont été construits sur la base d'une conception précédente ^47. Nous fournissons des instructions détaillées sur la façon de construire les chambres d'inhalation et d'appliquer les procédures d'exposition. Nous fournissons également des informations sur les CAE qui peuvent être obtenus et l'impact de l'exposition sur la survie des nouveau-nés et de la croissance.

Protocol

Toutes les procédures d'animaux ont été approuvés par l'Université du Nouveau Mexique Sciences-santé Centre institutionnel de protection des animaux et l'utilisation Comité. 1. Assemblée Chambre de vapeur Feuilles coupe en polycarbonate avec une scie circulaire ou une scie sauteuse pour les dimensions indiquées dans la vidéo pour le haut, en bas, devant, derrière, sur les côtés et la porte (figure 1 et tableau 1). <li…

Representative Results

La figure 2A montre que les souris enceintes et les enfants nouveau-nés ont été exposés à des concentrations de vapeur d'éthanol relativement stables dans les chambres. Celles-ci vont entre 4-6 g / dl. Figure 2B montre les BEC obtenus chez les souris enceintes en fonction du temps. CAE ont été mesurées en utilisant un alcool déshydrogénase standard basé d'essai 48. Au G5, CAE a augmenté rapidement à ~ 60 mM de 2 heures après le début de l'expositio…

Discussion

Ici, nous décrivons en détail les méthodes pour la construction de chambres d'inhalation de vapeurs. Les matériaux et les outils nécessaires pour construire les chambres sont disponibles à partir d'un certain nombre de fournisseurs commerciaux et les étapes de la construction des chambres sont relativement simples. Le système que nous décrivons ici ne contient pas les vannes de ligne de contrôle pour prévenir le refoulement et le mixage. Nous n'avons pas pu mesurer toute l'éthanol détectable…

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 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