Bouw van Vapor Chambers gebruikt om muizen bloot te stellen aan alcohol tijdens het equivalent van alle drie trimesters van Menselijke Ontwikkeling

Summary

We tonen de bouw van alcohol damp kamers met behulp van gemakkelijk beschikbare materialen die tegelijk huisvesten 6 muis kooien. We gebruik ervan verder te beschrijven in een muismodel van foetale blootstelling aan alcohol gelijk aan alle 3 trimesters van de zwangerschap bij de mens. Dit paradigma bloot dieren tijdens de dracht en postnatale dagen 1-12.

Abstract

Blootstelling aan alcohol tijdens de ontwikkeling kan resulteren in een constellatie van morfologische en gedragsafwijkingen die gezamenlijk bekend staan ​​als Foetaal Alcohol Spectrum Disorders (FASDs). Bij de meest ernstige einde van het spectrum foetaal alcoholsyndroom (FAS), gekenmerkt door groeiachterstand, craniofaciale dysmorphology en neuro tekorten. Onderzoeken met diermodellen, zoals knaagdieren, hebben vele moleculaire en cellulaire mechanismen die betrokken zijn bij de pathofysiologie van FASDs toegelicht. Ethanol toediening aan zwangere knaagdieren is gebruikt om menselijke blootstelling model tijdens het eerste en tweede trimester van de zwangerschap. Derde trimester ethanol verbruik bij de mens is gemodelleerd met behulp van neonatale knaagdieren. Er zijn echter weinig studies met knaagdieren het effect van blootstelling aan ethanol tijdens het equivalent van de drie trimesters van de zwangerschap bij de mens, een patroon van blootstelling dat gebruikelijk is bij zwangere vrouwen gekarakteriseerd. Hier laten we zien hoe damp kamers bouwen van gemakkelijk obtainable materialen die elk plaats bieden aan maximaal zes standaard muis kooien. We beschrijven een dampkast paradigma dat kan worden gemodelleerd blootstelling aan ethanol, met minimaal hanteren gedurende drie trimesters. Onze studies tonen aan dat zwangere dammen ontwikkeld significante metabole tolerantie voor ethanol. Echter, neonatale muizen niet ontwikkelen metabole tolerantie en het aantal foetussen, foetus gewicht, placenta gewicht, aantal jongen / nest, aantal dode jongen / nest, en gewicht van de jongen werd niet significant beïnvloed door blootstelling aan ethanol. Een belangrijk voordeel van dit paradigma is de toepasbaarheid studies met genetisch gemodificeerde muizen. Bovendien, dit paradigma minimaliseert de omgang met dieren, een belangrijke verwarren in foetaal alcohol onderzoek.

Introduction

Drinken tijdens de zwangerschap kan de foetus schaden, waarbij een aanhoudende veranderingen in vele organen en systemen die de kwaliteit van leven voor de getroffen individuen en hun families aanzienlijk zal dalen. Geschat wordt dat ongeveer 10-30% van de vrouwen drinken tijdens zwangerschap in de VS, met 1-8% drinken in een binge patroon ^1,2. Het bereik van de effecten veroorzaakt door blootstelling aan ethanol tijdens de foetale ontwikkeling is gezamenlijk bekend als foetale alcohol spectrum stoornissen (FASDs). Recente schattingen geven aan dat FASDs zijn een belangrijk probleem voor de volksgezondheid met een prevalentie zo hoog als 2-5% in de VS ^3. De meer ernstige manifestatie van FASDs is Foetaal Alcohol Syndroom (FAS), die wordt gekenmerkt door groeiachterstand, craniofaciale afwijkingen en neurobehavioral tekorten, waaronder leerstoornissen. De prevalentie van FAS geschat 0,2-0,7% en in de VS ^3. De momenteel beschikbare behandelingen voor FASDs slechts ten dele doeltreffenden ontwikkeling van effectievere behandelingen wordt beperkt door de slechte begrip van de cellulaire en moleculaire onderbouwing van deze complexe spectrum van aandoeningen.

Gegevens van de Nationale Aangeboren afwijkingen Prevention Study (NBDPS) geven aan dat zwangere vrouwen het meest drinken tijdens het 1 ^e trimester, vóór de zwangerschap is gedetecteerd, gevolgd door onthouding tijdens de latere stadia van de zwangerschap ^2. De NBDPS vond ook dat de tweede meest voorkomende patroon van ethanol consumptie tijdens de dracht gaat drinken in alle trimesters van de zwangerschap ^2. De redenen hiervoor zijn gebrek aan bewustzijn over de mogelijke schadelijke effecten van foetale blootstelling aan ethanol (zelfs bij lage doses), beperkte toegang tot prenatale zorg, positieve geschiedenis voor neuropsychiatrische aandoeningen, en misbruik van of afhankelijkheid van ethanol ^4. Interessant is dat de NBDPS gemeld dat de derde meest voorkomende consumptiepatroon betrokken onthouding tijdens de 1 <sup> ^E en 2 ^e trimester gevolgd door het verbruik in het ^3e trimester, wanneer het wordt vaak aangenomen dat het drinken is veilig omdat organogenese is grotendeels afgerond. Echter, het 3 ^e trimester is een periode van hoge gevoeligheid voor ethanol veroorzaakte schade aan het zenuwstelsel, want dit is een periode waarin neuronale circuits ondergaan ingrijpende verfijning ^2. De NBDPS identificeerde ook andere, minder frequente patronen van alcoholgebruik die zich voordoen tijdens de zwangerschap, met inbegrip van het verbruik gedurende de 1 ^e en 2 ^e trimester gevolgd door onthouding tijdens het ^3e trimester ^2.

In een poging om de verschillende patronen ethanol consumptie waargenomen bij zwangere vrouwen model, een aantal ontwikkelings blootstelling ethanol paradigma uitgeoefend aan verschillende diersoorten, ratten en muizen zijn meest ^5,6. De duur van de zwangerschap bij deze dieren meestal lasts ongeveer 3 weken, wat overeenkomt met de ^1e pt ^2e trimester van de zwangerschap. Veel knaagdieren studies hebben het effect van verschillende doses en patronen van de blootstelling ethanol in deze periode geëvalueerd. Voorbeelden van de methoden vaak gebruikt om ethanol te dienen aan zwangere muizen en ratten omvatten toediening via vloeibare diëten ^7,8 toevoeging van ethanol aan het drinkwater ^9,10, vrijwillige inname van sacharine gezoete oplossingen ^11, maag sonde ^12, dampinademingstoxiciteit ¹³ en subcutane of intraperitoneale injectie ^14. Resultaten van deze studies hebben verscheidene van de waargenomen bij mensen met FASDs tekorten samengevat, tonen dat blootstelling tijdens de vroege stadia van de zwangerschap is voldoende neuronale circuits beschadigen in de hersenen (beoordeeld in ^6,15).

Experimenten met knaagdieren hebben ook aangetoond dat blootstelling gedurende het equivalent van de ^3e </sup> Trimester van de zwangerschap, die ongeveer overeenkomt met de eerste 1-2 weken na de geboorte bij ratten en muizen, kan aanzienlijk afbreuk hersenontwikkeling. Blootstelling tijdens deze periode is gemodelleerd door het toedienen van ethanol tot neonatale ratten of muizen. Ethanol werd toegediend aan de dieren met behulp van verschillende methoden, waaronder voeden via gastrostomie in kunstmatig opgefokt ^16-18, intragastrische intubatie ^19, subcutane injectie ²⁰ en dampinademingstoxiciteit ^21,22. Deze studies hebben overtuigend aangetoond dat de hersenen groeispurt is een periode van grote kwetsbaarheid voor de effecten op de ontwikkeling van ethanol ^6.

Zoals hierboven vermeld, het drinken tijdens alle trimesters van de zwangerschap is een gemeenschappelijk patroon van ethanol consumptie bij vrouwen ^2. Er zijn echter relatief weinig studies die het effect van dit patroon van blootstelling met behulp van diermodellen beoordeeld. Sommige van deze studies hebben advantag genomene van grote dieren waar de ^3e trimester equivalent voorkomt in utero dan de neonatale periode bij ratten en muizen. Deze diermodellen, zoals niet-menselijke primaten ^23,24 en schapen ^25-27. Echter, deze diermodellen niet op grote schaal gebruikt in FASDs onderzoek, gedeeltelijk vanwege de hoge kosten en de behoefte aan gespecialiseerde zorginstellingen. Knaagdieren zijn vaker gebruikt om het effect van al-trimester ethanol blootstelling op de foetale ontwikkeling ⁵ karakteriseren. Cavia's zijn bijzonder voordelig zijn in dit verband gezien hun uitgebreide prenatale ontwikkeling en overeenkomsten in het brein met die van mensen ^28,29. Bij cavia's, is het mogelijk om het effect van blootstelling ethanol karakteriseren in utero dat het equivalent ontwikkelingsperiode van de menselijke ^3e trimester omvat. De relatief hoge kosten van deze dieren, alsook de relatief lange duur van de zwangerschap(~ 67 dagen), heeft het gebruik ervan beperkt tot enkele laboratoria aan FASDs onderzoek.

Vanwege hun kosteneffectiviteit en breed gebruik in biomedisch onderzoek, hebben onderzoekers gebruikt ratten model blootstelling aan ethanol tijdens alle trimesters van de zwangerschap. In eerste studies werden ratten blootgesteld tijdens dracht via vloeibare diëten gevolgd door toediening van ethanol via gastrostomie kunstmatig gekweekte pasgeborenen (postnatale dagen (P) 1-10) waardoor piekbloed ethanol levels (BEC) in de dam van 0,08 g / dl en de pups 0,16 g / dl. Dit paradigma veroorzaakt langdurige veranderingen in de oogzenuw myelinisatie en vermindering van het aantal Bergmann glia vezels in het cerebellum ^30-32. Evenzo, Maier en medewerkers met behulp van kunstmatige kweekomstandigheden toegediend ethanol aan zwangere dammen rat in een binge-achtige manier via de maag intubatie gevolgd door neonatale toediening gedurende een deel van het ^3e trimester equivalent (P4-9) ^33,34. PEAK moeder en pup Becs waren 0,3 g / dl bij zowel een zwangerschapsduur van 20 en P6. Deze alles-trimester blootstelling paradigma leidde tot groeivertraging die aanzienlijk groter is dan die waargenomen bij pups blootgesteld tijdens bepaalde periodes van de zwangerschap ³³ was. Bovendien ratten blootgesteld aan ethanol tijdens hetzelfde voor alle trimester vertoonde een vermindering van het aantal cerebellaire Purkinje cellen en granule die groter dan waargenomen bij dieren blootgesteld tijdens andere perioden ³⁴ was. Verlagingen van de hippocampus cel aantallen werden ook gemeld met dit paradigma, maar deze effecten lijken vooral het gevolg van blootstelling tijdens het ^3e trimester-equivalent ^35. Werkwijze die ethanol toediening omvat via intragastrische sonde zowel zwangere ratten en neonatale muizen werd ook gebruikt om alle trimester blootstelling ³⁶ model. Deze methode, die BEC van 0,13 g / dl bij de moederdieren (zwangerschapsduur van 17) en 0,24 g / dl in P6 pups geïnduceerde lon leverdeg blijvende veranderingen in monoamine neurotransmitter niveaus in de hippocampus en hypothalamus, en verhoogde expressie van DNA-methyl en methyl-CpG-bindend eiwit 2 in de hippocampus ^37,38. Met een vergelijkbare blootstelling paradigma (BEC = 0,14-0,2 g / dl in dammen en 0,2 g / dl in jongen), Gil-Mohapel et al.. ³⁹ gedetecteerd een toename van het aantal nieuwe onrijpe neuronen in de dentate gyrus van volwassen ratten die kan een compensatiemechanisme vertegenwoordigen ethanol geïnduceerde neuronale schade of een wijziging van de rijping van volwassen geboren neuronen. Onderzoekers hebben ook geprobeerd om alle trimester blootstelling aan ethanol te modelleren door het blootstellen van dammen via vloeibare voeding of drinkwater tijdens de zwangerschap en tijdens het geven van borstvoeding ^9,40. Echter, het nut van het blootstellen van de pups via de moedermelk is beperkt, omdat het resulteert meestal in lage pup Becs (bijv. ,002-,05 g / dl; ^41,42).

Muizen zijn ook gebruikt Extenstend de effecten van ontwikkelingsstoornissen ethanol blootstelling karakteriseren. Dit diermodel heeft veel van de hierboven beschreven voor de rat diermodel, met het bijkomende voordeel dat veel sterke genetisch gemodificeerde muizenstammen beschikbaar ^5. Muizen zijn met succes gebruikt om de effecten van ethanol karakteriseren tijdens de ^{1e, 2e} of ^3e trimester van de zwangerschap ^43,44. Het effect van trimester blootstelling van deze dieren is niet goed gekarakteriseerd omdat het technisch moeilijker om muizen blootstellen bij het equivalent van alle trimester van de zwangerschap. Bijvoorbeeld, kunstmatige kweek en maag maagsonde, die met succes gebruikt bij ratten, vereisen meer gespecialiseerde procedures in muizen ^45. Aan het beste van onze kennis, maar een studie tot nu toe heeft geprobeerd om het effect van alle trimester blootstelling aan ethanol met behulp van muizen te bestuderen; deze dieren werden blootgesteld aan ethanoloplossing in drinkwater During zwangerschap en borstvoeding ^46. Maternale Becs waren 0,07 g / dl en pup Becs werden niet bepaald, maar zal naar verwachting een fractie van die in de dammen zijn.

Hier beschrijven we een nieuw model voor alle trimester ethanol blootstelling van muizen waar alcohol wordt toegediend aan zowel zwanger dammen en pasgeborenen via damp inhalatiekamers. Vapor kamers werden gebouwd op basis van een eerder ontwerp ^47. Wij bieden gedetailleerde instructies over hoe de inhalatiekamers bouwen en het uitvoeren van de procedures blootstelling. We bieden ook informatie over de Becs die kunnen worden bereikt en het effect van blootstelling op overleving van de jongen en groei.

Protocol

Alle dierlijke procedures werden goedgekeurd door de Universiteit van New-Mexico Health Sciences Center Institutional Animal Care en gebruik Comite. 1. Vapor Chamber Vergadering Cut polycarbonaat platen met een cirkelzaag of decoupeerzaag aan de afmetingen die in de video voor de bovenkant, onderkant, voorkant, achterkant, zijkanten en de deur (figuur 1 en tabel 1). Met een cirkelzaag of decoupeerzaag, snijd een opening 8 cm hoog met 16 …

Representative Results

Figuur 2A laat zien dat zowel de zwangere muizen en neonatale nakomelingen werden blootgesteld aan relatief stabiel ethanol damp concentraties in de kamers. Deze varieerde van 4-6 g / dl. Figuur 2B toont de resultaten van de zwangere muizen als een functie van de tijd BEC. BEC werden gemeten met een standaard alcoholdehydrogenase gebaseerde test 48. Op G5, Becs snel steeg tot ~ 60 mM 2 uur na de start van de blootstelling en piekte op het einde van de 4 uur blootstelling peri…

Discussion

Hier beschrijven we in detail de werkwijzen voor de constructie van damp inhalatiekamers. De materialen en gereedschappen die nodig zijn om de kamers te bouwen zijn verkrijgbaar bij een aantal commerciële leveranciers en de stappen voor de bouw van de kamers zijn relatief eenvoudig. Het systeem dat we hier beschrijven heeft geen in-line terugslagkleppen bevatten een back-flow en menging te voorkomen. We konden geen detecteerbare ethanol te meten in de lucht slechts kamers te suggereren dat we geen vermenging of terugst…

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