Murin dricka modeller i utvecklingen av läkemedelsbehandlingar för alkoholism: dricka i mörka och två-flaska valet
Summary
Alkohol användning Disorder (AUD) är ett stort nationellt hälsoproblem och utvecklingen av effektivare behandlingar krävs för att kompensera behoven hos denna patientgrupp. I detta syfte använder följande protokoll tredjeparts två enkla gnagare dricka modeller för att bedöma den prekliniska effekten av anti alkohol blyföreningar.
Abstract
Alkohol användning Disorder (AUD) är ett stort problem med mer än uppskattningsvis 76 miljoner människor världen över uppfyller de diagnostiska kriterierna. Nuvarande behandlingar är begränsade till tre FDA-godkända läkemedel som är i stort sett verkningslösa även i kombination med psykosociala interventioner, såsom framgår av höga återfallsfrekvens. Som sådan, representerar sökandet efter fler nya behandlingar en viktig folkhälsan mål. Därför följande protokoll använder tredjeparts två enkla gnagare dricka modeller för att bedöma den prekliniska effekten av anti alkohol blyföreningar: två-flaska val (TBC) och dricka i mörkret (DID). Den förstnämnda kan möss att frivilliga dricka med måtta medan den senare inducerar möss till frivillig konsumerar stora mängder alkohol under en kort period som härmar berusningsdrickande. Enkel och hög genomströmning arten av båda dessa paradigm tillåter för snabb screening av farmakologiska medel eller för att identifiera stammar av möss som uppvisar vissa frivilliga dryckesbeteende.
Introduction
Under senaste 25 plus år, betydande ansträngning har lagts för att utveckla läkemedel för behandling av alkohol användning Disorder (AUD)1. Trots många framsteg har gjorts, AUD är fortfarande ett stort folkhälsoproblem, som påverkar över 18 miljoner amerikaner, och kostar över $220 miljarder årligen2,3. För närvarande finns det endast tre FDA-godkända läkemedel, disulfiram, naltrexon och acamprosate, varav alla har gett inkonsekventa resultat i kliniska prövningar och begränsad framgång även i kombination med psykosociala interventioner i inställningarna för kliniken 4 , 5 , 6 , 7.
En primär anledning till misslyckanden av nuvarande AUD terapi är kopplad till AUD8heterogen karaktär. Medan både miljömässiga och genetiska faktorer bidrar till utvecklingen av AUD, står ärftlighet för uppskattningsvis 50-60% av risken för debut9. Liknar behandling av depression, är det allmänt accepterat att patienter som lider av AUD behöver en mängd mediciner som är skräddarsydda för att möta behoven hos varje patient10.
Klart, det finns ett brådskande behov av effektivare behandlingar som skulle underlättas om redan mödosam och tidskrävande processen för läkemedelsutveckling var strömlinjeformad3. Därför visar följande protokoll prekliniska tillämpligheten av två dricka djurmodeller används för att undersöka den neurobiologiska grunden för AUD11. Mer specifikt metoden infördes häri kan bedöma effekten av kandidat föreningar minska alkohol konsumtion i både ”lagom” och ”berusningsdrickande” scenarier utnyttja två-flaska valet (TBC) och dricka i mörka (DID) paradigm, respektive. Båda paradigmer undersöka icke-operant etanol självadministrering, whereby möss äter etanol muntligt och helst, och därför illustrera hög ansikte och konstruera giltighet som en modell av mänskliga alkoholism11.
I TBC dricka, även känd som fritt val dricka, preferens dricka, eller sociala dricka, är två flaskor av lösning kontinuerligt tillgänglig i buren. En flaska innehåller vatten och den andra innehåller en utspädd lösning av etanol, whereby koncentrationen av etanol kan varieras (t.ex., 5-30% v/v)11,12. Mössen har konstant tillgång till både flaskor och därför kan välja hur mycket att dricka ur flaskan.
Denna modell bedömer etanol förbrukningen av varje mus (g/kg), samt etanolhalten till preferens (volym av etanol konsumeras ÷ totala volym vätska förbrukas). Det används rutinmässigt att jämföra dricka nivåer mellan olika stammar av möss, eller efter en specifik genetisk manipulation (t.ex., gen knockout eller knockdown) och resultat i etanol blodkoncentration (grundstrategi) liknar vad som finns hos människor när dricka i måtta13,14.
I DID procedur 3 h efter starten av den mörka cykeln, är buren flaska vatten utbytt med en flaska 20% (v/v) etanol lösning för en begränsad åtkomst som dricka session. Dricka sessioner uppstå som en följd 4-dagars cykel, varaktig 2 h på dagarna 1-3 och 4 h på dag 4. 1-3 dagar tjäna som en alkohol-tillvänjning tid före testning på dag 4. Följaktligen, möss på ett tillförlitligt sätt förbrukar tillräckligt etanol för att uppnå grundstrategi > 100 mg/dL och därför uppvisar beteendemässiga effekter av berusning hittade hos människor som är omåttlig alkoholkonsumtion13,14,15. Tillgång till vatten finns på alla tider än dricka sessionen.
I området i närheten finns det flera varianter av begränsad tillgång till dricka. Till exempel i intermittent tillgång modellen får möss två flaskor (en med vatten och den andra som innehåller 20% (v/v) etanolen) endast på måndag, onsdag och fredag med en karenstid på 24 och 48 timmar på vardagar och helger, respektive16. Efter flera veckor av intermittent tillträde, mössen kommer gradvis och eskalera frivilligt dricka nivåer, att så småningom uppnå Grundstrategi liknar vad som observerats i DID modellen. DID, verkar dock vara den vanligaste modellen att bedöma binge-liknande dryckesbeteende. Finns andra modeller av intermittent dricksvatten, men de förlita sig på att begränsa tillgången till mat eller ånga kammaren som inducerade ökningar av frivilliga självförvaltning, vilket gör dem mindre representativa frivilliga mänskliga alkohol konsumtion16.
Protocol
Representative Results
Discussion
Världsomspännande uppskattningar tyder på att så många som 76 miljoner människor uppfyller kriterierna för att motivera en diagnos för alkohol användning Disorder (AUD). Tyvärr för närvarande farmaceutiska behandlingar är i hög grad ineffektivt och vidareutveckling är nödvändigt för att kompensera denna kliniska befolkningen20behov. Därför följande protokoll syftar till att underlätta detta arbete av exemplifierar två av de mest grundläggande gnagare dricka paradigm: två-f…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete fick stöd, delvis genom forskning ger SC CTSI NIH/NCRR/NCATS–UL1TR000130 (D.L.D.), AA022448 (D.L.D.) och USC School av apoteket.
Materials
| 1 L graduated cylinder | VWR | https://us.vwr.com/store/product/20935285/marisco-single-scale-cylinder-graduates-john-m-maris-co | To prepare ethanol solution. |
| 1 L glass bottle | Pyrex (Fisher Scientific) | https://www.fishersci.com/shop/products/pyrex-reusable-media-storage-bottles-12/p-42752 | To prepare ethanol solution. |
| 100 mL graduated cylinder | Fisher Scientific | https://www.fishersci.com/shop/products/kimble-chase-kimax-class-a-to-contain-graduated-cylinders-8/p-4369311 | To prepare ethanol solution. |
| Analox | One potential method of analyzing DID blood samples is by using the analox machine | ||
| ball-bearing sipper tubes | Ancare Corp. | http://www.ancare.com/products/watering-equipment/open-drinking-tubes/straight-tubes-ball-point | Length: 2.5 inches, Diameter: 5/16 inches, Model: TD100 |
| C57BL/6J Mice | Jackson lab | https://www.jax.org/strain/000664 | May also come from internal breeding colony |
| disposable serological pipets | VWR International (VWR) | https://us.vwr.com/store/product/4760455/vwr-disposable-serological-pipets-polystyrene-sterile-plugged | 10 mL, 18 mL, or 25 mL |
| ethanol, pure, 190 proof (95%), USP, KOPTEC | Decon Labs (VWR) | https://us.vwr.com/store/product/4542412/ethanol-pure-190-proof-95-usp-koptec | — |
| heat gun | Master Appliances Corp. | http://www.masterappliance.com/master-heat-guns-kits/ | |
| heat shrink tubing | — | — | Diameter: 3/8 inches |
| industrial knife/blade | — | — | — |
| metal cage plate | — | — | Should be available through the university/institutional vivarium |
| mouse RO water | — | — | Should be available through the university/institutional vivarium |
| portable electronic scale | Ohaus (VWR) | https://us.vwr.com/store/product/4789377/portable-electronic-cs-series-scales-ohaus | — |
| red light headlamp | nyteBright (Amazon) | https://www.amazon.com/LED-Headlamp-Flashlight-Red-Light/dp/B00R0LMMF8/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1499591137&sr=8-1-spons&keywords=red+lamp+headlamp&psc=1 | — |
| silicone stoppers | Fisher | — | — |
| thermometer | Fisher Scientific | https://www.fishersci.com/shop/products/fisher-scientific-hygro-thermometer-clock-large-display-2/p-4077232 | — |
| weigh boat | VWR International (VWR) | https://us.vwr.com/store/product/16773534/vwr-pour-boat-weighing-dishes | The lid from a pipete tip box is an appropriate alternative |
References
- Litten, R. Z., Falk, D. E., Ryan, M. L., Fertig, J. B. Discovery, Development, and Adoption of Medications to Treat Alcohol Use Disorder: Goals for the Phases of Medications Development. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 40 (7), 1368-1379 (2016).
- Grant, B. F., Dawson, D. A., Stinson, F. S., Chou, S. P., Dufour, M. C., Pickering, R. P. The 12-month prevalence and trends in DSM-IV alcohol abuse and dependence: United States, 1991-1992 and 2001-2002. Drug and Alcohol Dependence. 74 (3), 223-234 (2004).
- Sacks, J. J., Gonzales, K. R., Bouchery, E. E., Tomedi, L. E., Brewer, R. D. National and State Costs of Excessive Alcohol Consumption. American Journal of Preventive Medicine. 49 (5), 73-79 (2015).
- Litten, R. Z., et al. Medications development to treat alcohol dependence: a vision for the next decade. Addiction Biology. 17 (3), 513-527 (2012).
- . Johnson Medication Treatment of Different Types of Alcoholism. American Journal of Psychiatry. 167 (6), 630-639 (2010).
- Litten, R. Z., Wilford, B. B., Falk, D. E., Ryan, M. L., Fertig, J. B. Potential medications for the treatment of alcohol use disorder: An evaluation of clinical efficacy and safety. Substance Abuse. 37 (2), 286-298 (2016).
- Litten, R. Z., Ryan, M. L., Falk, D. E., Reilly, M., Fertig, J. B., Koob, G. F. Heterogeneity of Alcohol Use Disorder: Understanding Mechanisms to Advance Personalized Treatment. Alcoholism: Clinical and Experimental. Research. 39 (4), 579-584 (2015).
- Schuckit, M. A., et al. A Genome-Wide Search for Genes That Relate to a Low Level of Response to Alcohol. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 25 (3), 323-329 (2001).
- Batki, S. L., Pennington, D. L. Toward Personalized Medicine in the Pharmacotherapy of Alcohol Use Disorder: Targeting Patient Genes and Patient Goals. American Journal of Psychiatry. 171 (4), 391-394 (2014).
- Koob, G. F. Theoretical frameworks and mechanistic aspects of alcohol addiction: alcohol addiction as a reward deficit disorder. Current topics in behavioral neurosciences. 13, 3-30 (2013).
- Yoneyama, N., Crabbe, J. C., Ford, M. M., Murillo, A., Finn, D. A. Voluntary ethanol consumption in 22 inbred mouse strains. Alcohol. 42 (3), 149-160 (2008).
- Rhodes, J. S., Best, K., Belknap, J. K., Finn, D. A., Crabbe, J. C. Evaluation of a simple model of ethanol drinking to intoxication in C57BL/6J mice. Physiology & Behavior. 84 (1), 53-63 (2005).
- Thiele, T. E., Navarro, M. “Drinking in the dark” (DID) procedures: A model of binge-like ethanol drinking in non-dependent mice. Alcohol. 48 (3), 235-241 (2014).
- Crabbe, J. C., Spence, S. E., Brown, L. L., Metten, P. Alcohol preference drinking in a mouse line selectively bred for high drinking in the dark. Alcohol. 45 (5), 427-440 (2011).
- Sprow, G. M., Thiele, T. E. The neurobiology of binge-like ethanol drinking: Evidence from rodent models. Physiology & Behavior. 106 (3), 325-331 (2012).
- Neasta, J., Hamida, B., Yowell, Q., Carnicella, S., Ron, D. Role for mammalian target of rapamycin complex 1 signaling in neuroadaptations underlying alcohol-related disorders. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107 (46), 20093-20098 (2010).
- Huynh, N., et al. Preclinical development of moxidectin as a novel therapeutic for alcohol use disorder. Neuropharmacology. 113, 60-70 (2017).
- Egli, M. Can experimental paradigms and animal models be used to discover clinically effective medications for alcoholism. Addiction Biology. 10 (4), 309-319 (2005).
- Huynh, N., Arabian, N., Lieu, D., Asatryan, L., Davies, D. L. Utilizing an Orally Dissolving Strip for Pharmacological and Toxicological Studies: A Simple and Humane Alternative to Oral Gavage for Animals. Journal of Visualized Experiments. (109), (2016).
- Yardley, M. M., et al. Ivermectin reduces alcohol intake and preference in mice. Neuropharmacology. 63 (2), 190-201 (2012).
- Parasuraman, S., Raveendran, R., Kesavan, R. Blood sample collection in small laboratory animals. Journal of Pharmacology and Pharmacotherapeutics. 1 (2), 87-93 (2010).
