Konstruktion af Vapor Chambers Bruges til Expose Mus til alkohol i Equivalent af alle tre trimestre af Human Development

Summary

Vi viser konstruktionen af ​​alkohol damp kamre ved hjælp af let tilgængelige materialer, der samtidig huser 6 mus bure. Vi beskriver deres anvendelse yderligere i en musemodel af føtal alkohol eksponering svarende til alle 3 trimester af graviditet. Dette paradigme udsætter dyr under drægtighed og postnatale dage 1-12.

Abstract

Indtagelse af alkohol under udvikling kan resultere i en konstellation af morfologiske og adfærdsmæssige abnormiteter, der er kollektivt kendt som Føtalt Alkohol Spectrum Disorders (FASDs). På det mest alvorlige ende af spektret er Føtalt Alkohol Syndrom (FAS), kendetegnet ved væksthæmning, craniofacial dysmorfologi og neurobehavioral underskud. Undersøgelser med dyremodeller, herunder gnavere, har belyst mange molekylære og cellulære mekanismer involveret i patofysiologien af ​​FASDs. Ethanol administration til gravide gnavere er blevet brugt til at modellere menneskelig eksponering under første og andet trimester af graviditeten. Tredje trimester ethanol forbrug i mennesker er blevet modelleret ved hjælp af neonatale gnavere. Imidlertid har nogle gnavere karakteriseret effekten af ​​ethanol eksponering under den svarer til alle tre trimester af graviditet, et mønster af eksponering, der er almindelig hos gravide kvinder. Her viser vi, hvordan man opbygger damp kamre fra let obtainable materialer, der kan hver rumme op til seks standard mus bure. Vi beskriver en damp kammer paradigme, der kan bruges til at modellere udsættelse for ethanol, med minimal håndtering, i alle tre trimester. Vores undersøgelser viser, at gravide dæmninger udviklet stor metabolisk tolerance over for ethanol. Men neonatale mus ikke udvikle metabolisk tolerance og antallet af fostre, fosterets vægt, placenta vægt, antal unger / kuld, antal døde unger / kuld, og ungerne blev ikke signifikant påvirket af ethanol eksponering. En vigtig fordel ved dette paradigme er dens anvendelighed til studier med genetisk modificerede mus. Derudover dette paradigme minimerer håndtering af dyrene, en stor forvirre i føtal alkohol forskning.

Introduction

Drinking under graviditeten kan skade fosteret, der forårsager vedvarende ændringer i mange organer og systemer, der væsentligt nedsætter livskvaliteten for de berørte personer og deres familier. Det anslås, at cirka 10-30% af kvinder drikker under graviditeten i USA, med 1-8% drikke i en binge mønster ^1,2. Rækken af ​​virkningerne af ethanol eksponering under fosterudviklingen er kollektivt kendt som føtale alkohol spektrum forstyrrelser (FASDs). De seneste skøn viser, at FASDs er et stort problem for folkesundheden med en prævalens så højt som 2-5% i US ^3. De mere alvorlige manifestation af FASDs er Føtalt Alkohol Syndrom (FAS), som er karakteriseret ved væksthæmning, craniofaciale abnormiteter, og neurobehavioral underskud, herunder indlæringsvanskeligheder. Forekomsten af FAS er blevet anslået til at være 0,2-0,7% i US ^3. De aktuelt tilgængelige behandlinger af FASDs kun er delvis effektiveog udvikling af mere effektive behandlinger er begrænset af dårlig forståelse af de cellulære og molekylære fundament af denne komplekse spektrum af lidelser.

Data fra de nationale Fødselsdefekter Prevention Study (NBDPS) viser, at gravide kvinder oftest drikker i løbet af ^1. trimester, før graviditeten er blevet opdaget, efterfulgt af afholdenhed under senere stadier af drægtighedsperioden ^2. Den NBDPS fandt også, at den anden mest almindelige mønster af ethanol forbrug under svangerskabet indebærer drikke i alle trimester af graviditeten ^2. Årsagerne hertil er bl.a. mangel på bevidsthed om de potentielt skadelige virkninger af føtal ethanol eksponering (selv ved lave doser), begrænset adgang til prænatal pleje, positiv historie for neuropsykiatriske lidelser, og misbrug af eller afhængighed af ethanol ^4.. Interessant NBDPS rapporterede, at den tredje mest almindelige forbrugsmønster involverede afholdenhed i 1 <sup> Og ^2. trimester efterfulgt af forbruget i ^3. trimester, da det antages ofte, at drikke er sikkert, fordi organogenesis har været det meste afsluttet. Men den ^3. trimester er en periode med høj følsomhed over for ethanol-induceret beskadigelse af nervesystemet, fordi dette er en periode, hvor neuronale kredsløb undergår dybtgående raffinement ^2. Den NBDPS identificerede også andre, mindre hyppige mønstre af alkoholforbrug, der opstår under graviditeten, herunder forbrug i hele ^1. og ^2. trimester efterfulgt af afholdenhed i løbet af ^3. trimester ^2.

I et forsøg på at modellere de forskellige mønstre for ethanol forbrug observeret hos gravide kvinder, er der etableret en række udviklingsmæssige ethanol eksponering paradigmer bruge forskellige dyrearter, med rotter og mus bliver mest almindelige ^5,6. Varigheden af ​​graviditet i disse dyr typisk lasts cirka 3 uger, hvilket svarer til ^1. og ^2. trimester af graviditet. Mange gnavere har vurderet effekten af ​​forskellige doser og mønstre af ethanol eksponering i denne periode. Eksempler på metoder, der ofte anvendes til at administrere ethanol til drægtige mus og rotter inkluderer administration via flydende kost ^7,8, tilsætning af ethanol til drikkevandet ^9,10 frivillig indtagelse af saccharin-sødede løsninger ¹¹ mavesonde ^12, damp indånding ¹³ og subkutan eller intraperitoneal injektion ^14. Resultaterne af disse undersøgelser har gentaget flere af de underskud, der observeres i mennesker med FASDs, viser, at eksponeringen i de tidlige stadier af graviditeten er tilstrækkelig til at ødelægge neuronale kredsløb på tværs af hjernen (revideret i ^6,15).

Forsøg med gnavere har også vist, at eksponering under svarende til ^3. </sup> Trimester af graviditet, hvilket svarer omtrent til de første 1-2 uger af postnatal liv i rotter og mus, kan væsentligt svækker hjernens udvikling. Eksponering i denne periode er blevet modelleret ved at administrere ethanol til neonatale rotter eller mus. Ethanol er blevet administreret til dyrene ved hjælp af en række fremgangsmåder, herunder fodring via gastrostomi med kunstigt opdrættede dyr ^16-18, intragastrisk intubation ^19, subkutan injektion ²⁰ og indånding dampe ^21,22. Disse undersøgelser har overbevisende demonstreret, at hjernen vækstspurt er en periode med høj sårbarhed over for de udviklingsmæssige effekter af ethanol ^6.

Som nævnt ovenfor, drikke i alle trimester af graviditeten er et fælles mønster af ethanol forbrug i kvinder ^2. Imidlertid har forholdsvis få undersøgelser vurderet virkningen af ​​dette mønster af eksponering ved hjælp af dyremodeller. Nogle af disse undersøgelser har taget advantage store dyr, hvor ^3. trimester-ækvivalent forekommer i livmoderen snarere end den neonatale periode, som i tilfælde af rotter og mus. Disse dyremodeller inkluderer ikke-menneskelige primater ^23,24 og får ^25-27. Men disse dyremodeller har ikke været meget anvendt i FASDs forskning, dels på grund af høje omkostninger og behovet for specialiserede pasningsmuligheder. Gnavere er blevet mere almindeligt anvendt til at karakterisere effekten af alle trimester ethanol eksponering på fosterudviklingen ^5.. Marsvin har været særligt fordelagtig i denne henseende givet deres omfattende prænatale udvikling og ligheder i hjernen modning til menneskers ^28,29. Marsvin, har det været muligt at karakterisere virkningen af ethanol eksponering i livmoderen, der omfatter den tilsvarende periode menneskets udvikling ^3. trimester. Den forholdsvis høje pris på disse dyr, samt den relativt lange varighed af deres graviditet(~ 67 dage), har begrænset deres brug til nogle få laboratorier, der arbejder på FASDs forskning.

På grund af deres omkostningseffektivitet og bred anvendelse inden for biomedicinsk forskning, har efterforskere brugte rotter til at modellere eksponering til ethanol i alle trimestre af graviditeten. I indledende undersøgelser blev rotter eksponeret under graviditeten via flydende kost efterfulgt af administration af ethanol via gastrostomi kunstigt opdrættet nyfødte (postnatal dag (P) 1-10) resulterer i peak blod ethanol niveauer (BEC) i dæmningen 0,08 g / dl og hvalpene 0,16 g / dl. Dette paradigme forårsagede langvarige ændringer i synsnerven myelination og reduceret antallet af Bergmann glia fibre i lillehjernen ^30-32. Tilsvarende Maier og samarbejdspartnere at bruge kunstige opdrætsforhold administreret ethanol til gravide rotte dæmninger i en binge-lignende måde via intragastrisk intubation efterfulgt af neonatal administration i en del af ^3. trimester tilsvarende (P4-9) ^33,34. PEAK mødre og unger BECs var 0,3 g / dl ved både svangerskabsuge dag 20 og P6. Denne alt-trimester paradigme resulterede i væksthæmning, der var betydeligt større end hos unger udsat i udvalgte perioder af drægtighedsperioden ^33.. Desuden rotter udsat for ethanol under svarer til alle trimester udviste en reduktion i antallet af cerebellare Purkinje og granulceller, der var større end hos dyr, der udsættes i andre perioder ^34. Reduktioner i hippocampus celletal blev også rapporteret med dette paradigme, men disse virkninger synes at være primært en følge af eksponering i løbet af ^3. trimester-ækvivalent ^35. En fremgangsmåde, der involverer ethanol administration via intragastrisk sonde både drægtige rotter og neonatale mus er også blevet anvendt til at modellere alle trimester ^36. Denne metode, som gav BEC af 0,13 g / dl hos moderdyrene (gestationel dag 17) og 0,24 g / dl i P6 unger, induceret long-varige ændringer i monoamin neurotransmitter niveauer i hippocampus og hypothalamus, og forøget ekspression af DNA-methyltransferaser og methyl-CpG-binding protein 2 i hippocampus ^37,38. Ved hjælp af en lignende eksponering paradigme (BEC = 0,14-0,2 g / dl i dæmninger og 0,2 g / dl hos hvalpe), Gil-Mohapel et al. ³⁹ registreret en stigning i antallet af nye umodne neuroner i dentatgyrus af voksne rotter, der kan repræsentere en udligningsmekanisme til ethanol-induceret neuronal skade eller en ændring i modningen af ​​voksen-fødte neuroner. Efterforskere har også forsøgt at modellere alle trimester ethanol eksponering ved at udsætte dæmninger via flydende kost eller drikkevand under både graviditet og amning ^9,40. Men nytten af at udsætte hvalpene via deres mors mælk er begrænset, fordi det typisk resulterer i lave pup BEC (fx 0,002-0,05 g / dl, ^41,42).

Mus er også blevet anvendt extenstivt at karakterisere effekten af ​​udviklingsmæssige ethanol eksponering. Denne dyremodel deler mange af de styrker, der er beskrevet ovenfor for rotte-dyremodel, med den yderligere fordel, at mange genetisk modificerede musestammer er tilgængelige ^5. Mus med succes er blevet brugt til at karakterisere effekten af ethanol under den ^{1., 2.} eller ^3. trimester af graviditeten ^43,44. Men virkningen af ​​al trimester på disse dyr er ikke blevet godt karakteriseret, fordi det er teknisk sværere at udsætte musene under den svarer til alle trimester af graviditet. For eksempel kunstig opdræt og mavesonde, som har været anvendt med succes i rotter, kræver mere specialiserede procedurer i mus ^45. Til de bedste af vores viden, har kun én undersøgelse til dato forsøgt at undersøge effekten af ​​alle trimester ethanol eksponering hjælp mus; disse dyr blev udsat for ethanol-opløsning i drikkevand during graviditet og amning ^46. Maternal BEC var 0,07 g / dl og pup BECs var ikke fastlagt, men forventes at være en brøkdel af dem i dæmninger.

Her beskriver vi en ny model for alle trimester ethanol eksponering af mus, hvor alkohol er administreret til både drægtige moderdyr og nyfødte via damp indånding kamre. Vapor kamre blev bygget på grundlag af et tidligere design ^47. Vi giver detaljerede instruktioner om, hvordan at bygge indånding kamre og udføre procedurerne for eksponering. Vi giver også oplysninger om de BECs der kan opnås, og virkningerne af eksponering på ungernes overlevelse og vækst.

Protocol

Alle Animal procedurer blev godkendt af University of New Mexico-Health Sciences Center Institutional Animal Care og brug Udvalg. 1.. Vapor Chamber Assembly Cut polycarbonat plader med en rundsav eller stiksav til dimensionerne, der er fastsat i videoen for top, bund, front, ryg, sider og dør (figur 1 og tabel 1). Med en rundsav eller stiksav, skæres en åbning 8 inches høj med 16 inches lang i midten af ​​frontpanelet. …

Representative Results

Figur 2A viser, at både gravide mus og neonatal afkom blev udsat for relativt stabile ethanoldamp koncentrationer i kamrene. Disse varierede mellem 4-6 g / dl. Figur 2B viser BECs opnået i drægtige mus som en funktion af tiden. BEC blev målt ved hjælp af en standard alkoholdehydrogenase baseret assay 48.. På G5 BECs steg hurtigt til ~ 60 mM 2 timer efter start af eksponering og toppede i slutningen af ​​4 hr eksponeringsperioden. BECs gradvist faldet til ~ 12 mM eft…

Discussion

Her beskriver vi i detaljer metoder til konstruktion af damp indånding kamre. De materialer og redskaber, der er nødvendige for at opbygge kamrene er let tilgængelige fra en række kommercielle leverandører, og de skridt til opførelse af kamrene er forholdsvis ligetil. Det system, vi beskriver her ikke indeholder in-line kontraventiler til at forhindre tilbage strømning og blanding. Vi var i stand til at måle nogen påviselig ethanol i luften kun kamre tyder på, at vi ikke har nogen blanding eller tilbagestrømn…

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