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Medicine

人間開発の3つのすべての学期の等価時にはアルコールにマウスを公開するために使用蒸気チェンバースの建設

Published: July 13, 2014
doi:
10.3791/51839
, , ,
1Department of Neurosciences, School of Medicine,University of New Mexico Health Sciences Center

Summary

我々は、同時に6マウスのケージを収容し、容易に入手可能な材料を用いてアルコール蒸気室の構成を示す。我々はさらに、人間の妊娠のすべての3学期に相当胎児性アルコール暴露のマウスモデルでの使用を記載している。このパラダイムは、妊娠や出産後の日1月12日の間、動物を公開します。

Abstract

開発中のアルコールへの暴露をまとめて胎児性アルコールスペクトラム障害（FASDs）として知られており、形態学的および行動異常の星座になることがあります。スペクトラムの最も深刻な終わりに発育遅延、頭蓋顔面異形学、および神経行動赤字が特徴胎児性アルコール症候群（FAS）が、ある。げっ歯類を含む動物モデルを用いた研究は、FASDsの病態に関与する多くの分子·細胞メカニズムを解明した。妊娠中のげっ歯類のエタノール投与は、妊娠の第一および第二の妊娠期にヒトへの暴露をモデル化するために使用されている。ヒトでの妊娠後期のエタノール消費は、新生児げっ歯類を用いてモデル化されています。しかし、いくつかの齧歯類の研究は、ヒトの妊娠、妊娠中の女性に共通しているエクスポージャーのパターンの全3学期に相当時のエタノール曝露の効果を特徴としている。ここでは、O容易からの蒸気室を構築する方法を示してそれぞれが6つの標準のマウスのケージに収容することができbtainable材料。我々は、すべての3つの学期中に、最小の取り扱いで、エタノールへの曝​​露をモデル化するために使用することができる蒸気室パラダイムを記載している。我々の研究は、妊娠中のダムがエタノールに重要な代謝の耐性を開発したことを示している。しかし、新生仔マウスは、代謝寛容と胎児の数、胎児体重、胎盤重量、子犬/リットルの数、死者の子犬/リットルの数を開発していない、と子犬重量が大幅にエタノール曝露による影響を受けなかった。このパラダイムの重要な利点は、遺伝子組み換えマウスを用いた研究への適用である。さらに、このパラダイムは、動物の取り扱い、胎児性アルコール研究の主要な交絡を最小限に抑えます。

Introduction

妊娠中に飲むと有意な影響を受けた個人とその家族の生活の質を低下させる多くの臓器やシステムに永続的な変化を引き起こし、胎児に害を与えることができます。それは、女性の約百分の10から30までは、どんちゃん騒ぎパターン1,2 1-8％の飲用で、米国では妊娠中に飲んでいると推定されている。胎児の発育中にエタノール曝露によって生じる効果の範囲は、集合的に胎児性アルコールスペクトラム障害（FASDs）として知られている。最近の推定値はFASDs米国3 2-5％と高い有病率との公衆衛生上の大きな問題であることを示している。 FASDsのより深刻な症状は発育遅延、頭蓋顔面異常、および学習障害などの神経行動障害、ことを特徴としている胎児性アルコール症候群（FAS）、である。 FASの有病率は、米国で3 0.2から0.7パーセントであると推定されている。 FASDsに現在利用可能な治療は部分的にのみ有効であるより効果的な治療法の開発は、障害のこの複雑なスペクトルの細胞および分子基盤の理解不足によって制限されます。

妊娠は妊娠2の後の段階の間に、検出された禁欲続いてきた前に、国民の先天異常の予防研究（NBDPS）からのデータは、妊娠中の女性は、最も一般的に1 番目の学期中に飲むことを示している。 NBDPSも妊娠中のエタノール消費の第二の最も一般的なパターンは、妊娠2のすべての学期全体の飲酒を伴うことがわかった。この理由は、胎児のエタノール曝露（たとえ低線量で）、妊婦管理へのアクセスが制限され、精神神経疾患のための肯定的な歴史、および虐待またはエタノール4への依存の潜在的に有害な影響についての意識の欠如が含まれています。興味深いことに、NBDPSは、消費の3番目の最も一般的なパターンは1時に禁欲を関与することが報告<supそれは多くの場合、器官形成はほとんど完了しているため飲用が安全であることを想定している>セントと3 番目の学期中に消費に続く2 番目の学期。これは神経回路が深い洗練2を受ける期間であるので、 第3学期は、エタノール誘発神経系の損傷に対する高い感受性の周期である。 NBDPSも1 番目と3 番目の学期中に2禁欲続く2 回目の学期を通して消費を含め、妊娠中に発生するアルコール消費量の他、それほど頻繁なパターンを同定した。

妊娠中の女性で観察されたエタノール消費の異なるパターンをモデル化する試みにおいて、発達エタノール曝露パラダイムの数が最も一般的であり、5,6、ラットおよびマウスで、多様な動物種を使用して確立されている。これらの動物における妊娠期間、通常、ラス人間の妊娠の1 番目と2 番目の学期に相当し、約3週間と、TS。多くのげっ歯類の研究では、この期間中の様々な用量およびエタノール曝露のパターンの影響を評価している。頻繁に妊娠したマウスやラットにエタノールを投与するために使用される方法の例としては、流動食7,8を経由して投与を含む、飲料水9,10、サッカリン甘くソリューション11の自発的な飲酒、胃強制経口投与12、蒸気の吸入13にエタノールを加えて、および皮下または腹腔内注射14。これらの研究の結果は、妊娠の初期段階での暴露は（6,15に概説されている）、脳全体に神経回路を損傷するのに十分であることを実証し、FASDsとヒトで観察赤字のいくつかをで要約している。

げっ歯類を用いた実験も証明されていることを第 3と同等の間の暴露</sup>約ラットとマウスでは出生後の最初の1〜2週間に相当し、人間の妊娠の学期は、かなり脳の発達を損なう可能性があります。この期間中の曝露は、新生児ラットやマウスにエタノールを投与することによってモデル化されています。エタノールは、人工飼育動物16-18、胃内挿管19、皮下注射瘻孔20内を介して供給することを含む様々な方法、および蒸気吸入21,22を使用して、これらの動物に投与されている。これらの研究は、説得力のある脳の成長のスパートがエタノール6の発達への影響に対する高い脆弱性の周期であることを実証した。

上述したように、妊娠のすべての学期中に飲酒は、女性2におけるエタノール消費の一般的なパターンです。しかしながら、比較的少数の研究は、動物モデルを用いて露光のこのパターンの影響を評価している。これらの研究のいくつかはadvantagをとっている第3学期と同等のラットおよびマウスの場合と同様に、 子宮内ではなく、新生児期に発生した大規模な動物のE。これらの動物モデルは、ヒト以外の霊長類23,24と羊25〜27が含まれています。しかしながら、これらの動物モデルが広くコスト高と専門医療施設の必要性、部分的には、FASDs研究に使用されていない。げっ歯類は、より一般的に胎児の発育5に全三半期のエタノール曝露の効果を特徴付けるために使用されてきた。モルモットは、人間28,29のそれに脳の成熟に彼らの大規模な出生前の開発との類似点が与えられ、この点で特に有利で ​​あった。モルモットでは、ヒト第3三半期の等価開発期間を含む子宮内エタノール曝露の効果を特徴付けることが可能であった。これらの動物の比較的高いコスト、ならびにそれらの妊娠の比較的長い持続時間（〜67日）、FASDs研究に取り組んでいくつかの研究室にその使用を制限している。

そのため、生物医学研究での費用対効果と幅広い用途のため、研究者らは、妊娠のすべての妊娠期にエタノールへの暴露をモデル化するために、ラットを用いてきた。初期の研究では、ラットを0.08グラム/デシリットルのダムのピーク血中エタノール濃度（BEC）、その結果胃人工的に飼育する新生児（出生後日数（P）1月10日）を経てエタノールを投与し、続いて流動食を経由して、妊娠中に暴露したそして子犬0.16グラム/デシリットル中。このパラダイムは視神経髄鞘に長期的な変化を引き起こし、小脳30〜32におけるバーグマングリア繊維の数を減少させた。 第3トリメスター相当（P4-9）33,34の一部の間新生児政権が続く胃内挿管を経由してどんちゃん騒ぎ状に妊娠したラットのダムにエタノールを投与した人工的な飼育条件を使用して同様に、マイヤーとの共同研究。 PEAK母体およびPUP BECはは妊娠20日目及びP6の両方で0.3グラム/デシリットルた。この全学期の露出パラダイムは、妊娠33の選択された期間中に公開されるの仔で観察されるものよりも有意に大きかった成長遅延をもたらした。さらに、すべての三半期の間に相当のエタノールに暴露したラットは、小脳プルキンエそれ以外の期間34中に暴露した動物で観察されたものより大きかった顆粒細胞の数の減少を示した。海馬細胞数の減少もこのパラダイムで報告したが、これらの効果は35学期相当の3 回目の間に、主に暴露の結果であると思われた。妊娠ラットおよび新生児マウスの両方に胃内胃管栄養法を介して、エタノール投与することを含む方法は、すべての妊娠初期露光36をモデル化するために使用されている。ダムでの0.13グラム/デシリットル（妊娠17日目）およびP6の仔での0.24グラム/ DLの前記下部電極が得られ、この方法は、誘発されLON海馬と視床下部におけるモノアミン神経伝達物質レベルのG-持続的変化、および海馬37,38で結合タンパク質2 DNAメチルトランスフェラーゼとメチル化CpGの発現を増加させた。同じような露出パラダイム（ダムや子犬での0.2グラム/デシリットル中のBEC = 0.14〜0.2グラム/デシリットル）を使用して、ギル·Mohapel ら 39は、成体ラットの歯状回における新しい未熟な神経細胞の数の増加を検出したことをエタノール誘発神経損傷または成人生まれのニューロンの成熟の変化に代償機構を表すことができる。捜査官はまた、流動食を経由してダムを公開するか、妊娠中や授乳9,40の両方の間に水を飲むことによって、すべての学期エタノール曝露をモデル化しようとしました。それは、典型的には、低子犬BECは（; 41,42 例えば 、0.002〜0.05グラム/デシリットル）になるので、自分の母乳を経由して子犬を暴露の有用性は限られている。

マウスもextensを使用されている発達エタノール曝露の影響を特徴づけるためにively。この動物モデルの多くの遺伝子改変されたマウス系統が5利用可能な付加的な利点を、ラット動物モデルのため、上記の強みの多くの株式。マウスは正常に1 番目 、2 番目または妊娠43,44の第3三半期中にエタノールの効果を特徴付けるために使用されてきた。それはヒトの妊娠三半期のすべてに相当する時にマウスを露出させるために技術的に困難であるので、これらの動物のすべての妊娠初期暴露の影響は、十分に特徴付けられていない。例えば、ラットで成功裡に使用されている人工飼育し、胃の強制経口投与では、マウス45でのより専門的な手順が必要です。我々の知る限り、これまでの唯一の研究では、マウスを使用して、すべての学期エタノール曝露の効果を研究しようとしました。これらの動物を、飲料水デュリエタノール溶液に曝露した妊娠·授乳46 ng の 。母親のBECはは0.07グラム/デシリットルと子犬前記下部電極が決まったが、ダムのものの割合であることが期待されていないでした。

ここでは、アルコールは蒸気吸入室を経由して、妊娠中のダムや新生児の両方に投与されたマウスの全ての三半期のエタノール曝露のための新しいモデルを説明します。蒸気室は従来の設計47に基づいて建設された。私たちは、吸入室を構築し、露出手続きを行う方法についての詳細な手順を提供する。また、達成することができBECはと仔の生存と成長に暴露の影響に関する情報を提供します。

Protocol

すべての動物の手続きは、ニューメキシコ州 – 健康科学大学センター施設内動物管理使用委員会によって承認された。 1。蒸気商工総会上、下、前、後、サイド、ドア（ 図1、表1）のためのビデオで提供さ寸法に丸鋸やジグソーで切断のポリカーボネートシート。 丸鋸やジグソーで、フロントパネルの中央にある幅の広い16インチ×8インチの高…

Representative Results

図2Aは、妊娠マウスおよび新生児の子孫の両方が室内の比較的安定したエタノール蒸気の濃度に暴露されたことを示している。これらの4-6グラム/デシリットルの範囲であった。 図2Bは、前記下部電極は、時間の関数として妊娠マウスで達成を示しています。前記下部電極は、標準的なアルコール脱水素酵素ベースのアッセイ48を使用して測定した。 G5で、​?…

Discussion

ここでは、詳細に蒸気吸入室の構築のための方法を記載する。チャンバーを構築するために必要な材料とツールは、商業的供給者の数から容易に入手可能であり、チャンバーの建設のための手順は比較的簡単です。我々はここで説明するシステムは、逆流や混合を防止するために、任意のインラインチェックバルブが含まれていません。私たちは、空気中に私たちはどんな混合または空気中?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

国立衛生研究所によってサポートされているR01-AA015614、R01-AA014973、T32-AA014127およびK12-GM088021を付与します。著者は、技術支援とDRSのためにサマンサL. Blomquistに感謝します。批判的に原稿やビデオを評価するためのケビン·コールドウェル、ドナルドパートリッジ。

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
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References

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Morton, R. A., Diaz, M. R., Topper, L. A., Valenzuela, C. F. Construction of Vapor Chambers Used to Expose Mice to Alcohol During the Equivalent of all Three Trimesters of Human Development. J. Vis. Exp. (89), e51839, doi:10.3791/51839 (2014).
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