小鼠饮酒模型在酒精中毒药物治疗发展中的应用: 黑暗中的饮酒和两瓶选择

摘要

酒精使用障碍 (aud) 是一个主要的国家健康问题, 需要开发更有效的治疗方法来抵消这些病人群体的需求。为此, 下面的协议使用两个简单的啮齿类动物饮酒模型来评估铅抗酒精化合物的临床前疗效。

摘要

酒精使用障碍 (aud) 是一个主要问题, 估计全世界有超过7600万人符合诊断标准。目前的治疗方法仅限于三种 fda 批准的药物, 即使与心理社会干预相结合, 这些药物也基本无效, 高复发率就证明了这一点。因此, 寻找更多的新治疗方法是一个重要的公共卫生目标。为此, 下面的协议使用两个简单的啮齿类动物饮酒模型来评估铅抗酒精化合物的临床前疗效: 两瓶选择 (tbc) 和在黑暗中饮酒 (did)。前者允许小鼠适度自愿饮酒, 而后者则诱导小鼠在短时间内自愿饮酒, 模仿暴饮暴食。这两种模式的简单和高吞吐量特性允许快速筛选药理制剂或识别表现出某些自愿饮酒行为的小鼠菌株。

引言

在过去的25年多时间里, 在开发治疗酒精使用障碍 (aud)¹的药物方面做出了巨大的努力。尽管取得了许多进展, 但澳元仍然是一个重大的公共卫生问题, 影响到 1 800多万美国人, 每年花费 2, 200多亿美元。目前只有三种 fda 批准的药物, 二硫酮、纳曲酮和阿卡莫酸, 所有这些药物在临床试验中都产生了不一致的结果, 即使与临床环境中的心理社会干预相结合, 也取得了有限的成功^{4 个,5,6,7}。

目前 aud 治疗失败的一个主要原因与 aud⁸的异质性有关。虽然环境和遗传因素都有助于澳元的发展, 但遗传力估计占发病风险的 50-60%.与抑郁症的治疗类似, 人们普遍认为, 患有澳元的患者将需要各种量身定制的药物, 以满足每个患者^{的需求 1 0.}

显然, 迫切需要更有效的治疗方法, 如果简化本已艰巨和耗时的药物发现过程³, 将有助于这种治疗。为此, 下面的协议证明了两种广泛用于检测 aud 11 的神经生物学基础的啮齿类动物饮酒模型的临床前适用性.更具体地说, 本文介绍的方法可以评估候选化合物在减少酒精消费的有效性, 在 "适度" 和 "暴饮暴食" 的情况下, 利用两瓶选择 (tbc) 和在黑暗中饮酒 (did) 的范式,分别。这两种范式都考察了非操作乙醇自我管理, 即小鼠口头和随意摄入乙醇, 从而说明了高脸和构建有效性作为人类酒精中毒的模型¹¹。

在 tbc 饮酒, 也被称为免费饮酒、偏好饮酒或社交饮酒, 两瓶溶液在家里的笼子里不断提供。一个瓶子含有水, 另一个含有稀释的乙醇溶液, 因此乙醇的浓度可以改变 (例如, 5-30% v/v)¹¹,¹²。老鼠可以不断地接触到这两个瓶子, 因此, 可以选择从每个瓶子里喝多少酒。

该模型评估每只小鼠的乙醇消费量 (g/kg), 以及乙醇偏好比 (乙醇消费量; 总液体消费量)。它通常被用来比较不同品种小鼠的饮酒水平, 或者在特定的基因操纵 (如基因敲除或敲除) 之后, 导致血液乙醇浓度 (bec) 类似于在人类身上发现的水平。适量、^14岁。

在 did 过程中, 在黑暗循环开始3小时后, 用 20% (v/v) 的乙醇溶液交换家庭笼瓶, 以进行有限的饮用。饮酒是连续4天的周期, 在4-day 持续 2小时, 第4天持续4小时。第4天作为第4天测试前的酒精适应期。因此, 小鼠将可靠地消耗足够的乙醇, 以达到 bec & gt;100 mg/dl, 因此, 表现出中毒的行为影响, 在人类中发现的暴饮暴食 13^,14,^15.除饮酒场所之外, 任何时候都可以获得水。

有限的获取饮料有几种变化。例如, 在间歇性访问模型中, 老鼠仅在周一、周三和周五收到两瓶 (一瓶含有20% 的水, 另一瓶含有20% 乙醇), 平日和周末分别有24小时和48小时的戒断期, 为 16.经过几个星期的间歇性访问, 小鼠将逐渐和自愿上升的饮酒水平, 最终达到相关的 dod 模型中观察到的 beck。然而, did 似乎是评估暴饮暴食行为最常用的模型。其他间歇性饮酒的模式也存在, 但它们依赖于限制获得食物或蒸汽室导致自愿自我管理增加的情况, 这使得它们对自愿饮酒的代表性降低了¹⁶。

研究方案

这里描述的所有程序都已得到南加州大学健康科学校区动物护理和使用机构委员会的批准。

1. 实验设置和组装

1. 在研究开始前获取以下所有用品和化学品: 小鼠、cages/金属笼上衣、床上用品、食物、水、乙醇、钢琴、拉链、收缩包装、实用刀、拉链、胶带、bunsen 燃烧器、秤、头灯。
2. 从商业来源或内部群体获得 c57bl/6j 小鼠, 请记住, 小鼠可以被分组, 直到测试时间。
   注: 采购的小鼠总数取决于实验设计的复杂性。计划每组容纳大约12-15 头小鼠, 每组试验研究不小于5-7 头小鼠。在下面显示的代表性结果中, 我们使用了一个简单的两组设置来评估使用药物的单个剂量 (5mg/2 kg) 的因果关系。
3. 按照下面的步骤组装瓶子¹⁸。
   1. 用本森燃烧器加热实用刀。
   2. 使用这把刀, 从塑料18毫升血清学管道的顶部和底部切下大约一英寸。
      1. 请注意, 较小的体积移 (即10 毫升) 也可用于提高测量精度。
   3. 用热枪加热管道。
   4. 将滚珠轴承吸管插入管的 "底部" 端 (换句话说, 最接近18毫升仪表线的开口)。
   5. 用市售的收缩包枪用收缩包包密封的填充管的位置。
   6. 用硅胶塞子把另一个开口盖好。

2. 动物习惯

1. 至少在实验开始日期前1周开始, 将小鼠转移到进行实验程序的房间, 使它们能够适应畜牧业条件 (包括环境温度 (21±1°c) 和12小时反向光/黑暗循环, 中午12点关灯)。在将动物从一个地点转移到另一个地方之前, 一定要遵循机构的指导原则, 并通知适当的渠道。
   1. 如果老鼠从一个标准的光/黑暗周期转移, 允许2周的额外适应时间。
2. 把新做的瓶子灌满水。确保瓶盖牢固地关闭, 并且没有任何气泡或从喷口泄漏。如果解决方案泄漏, 请重新固定瓶盖。只需敲击瓶子, 即可去除任何气泡, 使空气能够从管子中排出。
3. 到达目的地后, 单户每只老鼠在标准的聚碳酸酯/聚磺酸保持架上, 配有床上用品和金属网格笼顶;取下保持架盖, 因为它将不再使用。
   1. 提供食物和水瓶.
   2. 将每个瓶子固定在笼子的顶部, 方法是在每个瓶子周围包裹一个塑料拉链, 将其固定在原地。修剪拉链领带上多余的塑料, 以确保它不会突出到笼子里。
      注: 在黑暗 (did) 过程中饮用, 只需一瓶水。然而, 对两瓶选择 (tbc) 范式的习惯要求笼子的设置包括两瓶水。如果所提供的金属网格料斗设计为只容纳一瓶溶液, 请轻轻弯曲其棒材, 为额外的盘子创造空间, 以容纳 tbc 的第二瓶。
4. 设置至少3个鼠标自由控制保持架。这将允许监测因瓶子蒸发或溢出而造成的任何液体损失, 这只是在保持架上和笼子外放置笼子时自然发生的事情 (请参见步骤2.6.3、3.6.1 和方程 4.6.1)。
5. 从1周单壳适应的第4天开始, 使用秤 (以克为单位) 以及进水口, 使用倒置瓶旁的蚀刻来记录每只老鼠的日常身体和食物重量, 记录下的最高点。半月板 (毫升)。
   1. 虽然阅读凹面半月板的最低点是标准的科学惯例, 但由于瓶子在测量过程中保持倒置位置, 记录半月板的最高点。
6. 使用以下公式评估2.5 的参数:
   1. 测量体重变化 (g): 当前日期的重量 (g)-前一天 (g) 的重量。
   2. 测量食物摄入量 (g): 前一天的食物重量 (g)----当天的食物重量 (g)。
   3. 测量进水量 (ml): [当前日的水量 (ml)-前一天的水量 (ml)]-所有控制保持架 (ml) 的平均水分损失。
7. 连续重复步骤 2.5, 在第5-7天, 以便确定在引入乙醇之前的三天的基线。如果无法收集连续的记录, 请延长适应期, 以便对基线测量进行评估。
8. 一旦水的摄入量从过去3天的平均值稳定到±10% 的变异性, 就可以使用 tbc (无限制获取) 或 did (有限的获取) 开始乙醇访问。
   注: 在极少数情况下, 被试可能需要一到两天的额外时间来实现这种稳定性;如果需要额外的时间才能显示值与过去3天的平均值相比的±10% 的可变性, 请不要惊慌。

3. 24小时双瓶选择 (tbc)

注意:图 1中编写了示意图。

1. 加入190粒抗粮乙醇 (~ 95% 乙醇) 至 447.35 ml h2o, 以500毫升的体积制备 10% (v/v) 乙醇溶液;一定要彻底动摇。考虑到乙醇蒸发迅速, 每3-4天更换一次溶液。
   注: 其他浓度的乙醇也可以使用, 但作者建议该模型的浓度为10%。
2. 在 tbc 的第一天, (最早第8天) 清空2个水瓶中的 1个, 在每个笼子里, 然后用新鲜准备的乙醇溶液将其灌满边缘。鉴于乙醇和水在视觉上难以区分, 因此应清楚地标明瓶子及其相应的内容。只需在瓶子上涂上一块遮罩胶带, 并在瓶子上贴上标记或直接写在瓶子上的标签即可。
3. 根据需要在水瓶中添加更多的溶液。
4. 将瓶子放回笼子里, 确保所有瓶盖都安全地关闭, 没有任何气泡或从喷口泄漏。如果解决方案泄漏, 请重新固定瓶盖。只需轻敲瓶子, 即可去除任何气泡, 使空气能够从瓶子中逃脱。
5. 在饮酒活动中, 每隔一天交替瓶子的位置, 为被适应的地方偏好相关的影响进行纠正 (参见讨论为更多)。
6. 除了一直在进行的2.5 和2.6 的每日测量外, 还开始阅读和记录乙醇摄入量。使用以下公式分析10% 的乙醇摄入量和偏好比率:
   1. 测量10% 乙醇摄入量 (ml): [当天乙醇的体积 (ml)-前一天的乙醇体积 (ml)]-从所有控制保持架 (ml) 的平均乙醇损失。
   2. 测量10% 乙醇摄入量 (g/kg): [10% 乙醇摄入量 (ml) x 0.07893 g/ml]/体重 (公斤)。
   3. 测量偏好%: [10% 乙醇摄入量 (ml)/水 (ml)] x 100。
7. 一旦乙醇摄入量稳定, 在日常测量过程中, 对每只老鼠进行一次控制 (生理盐水) 腹腔内注射 (0.01 mlg 体重)。这样, 研究对象就习惯了注射本身。
   1. 稳定性被定义为与过去3天的平均值相比的±10% 的变异性 (与第2.8 节相同)。
      注: 乙醇水平稳定可能需要长达1周的时间。如果老鼠被从以前的实验中重新使用, 并且以前接触过乙醇, 情况尤其如此。控制只是用来溶解药物的溶剂。
8. 一旦重新建立了具有低变异性的乙醇基线, 将小鼠分成使用乙醇摄入量值的剂量组, 以便所有组的平均乙醇摄入量值大致相似。
   1. 指定一组为对照组 (继续接受盐水), 另一组为实验 (即注射以 0.01 ml/为体重 0.01 ml/的药物)。开始每日给药, 无论是急性或多日的时间。随后, 可以重新引入控制, 以测试药物后效果 (可选)。
      注: 由于饮酒是在24小时长的时间内监测的, 所以给药的时间并不取决于黑暗周期。

4. 在黑暗中饮酒 (did)

注:示意图在图 3中进行了绘制。

1. 在每天预定的乙醇获取 (第1-4天) 记录测量, 以体积, 食物摄入量, 体重, 并执行药物剂量。在根据药物的药代动力学选择的光周期内的预选时间内执行此操作, 以便化合物在饮酒期间达到或接近大脑的最大浓度。
   注: 记住第1-3天是为了简单地适应小鼠在短时间内饮用大量的乙醇。虽然小鼠没有达到与人类0.08 相当的 bec 水平;这些 "训练" 天确保在第4天, 在稍长的饮酒过程中, 他们实际上会饮酒到这个水平。
   1. 在1-3 天给所有老鼠控制 (生理盐水), 在第4天给所有老鼠服用控制 (盐水)。这种 did 程序发生在3周的时间里, 包括药物前 (第1周)、药物 (第2周) 和药物后 (第4周) 饮酒。
   2. 注: 注意, 在药物剂量周期间, 第3天乙醇摄入量用于将小鼠分配给对照组或药物组, 在这种情况下, 两组的乙醇摄入量均具有最小的变异性。这与 tbc 不同, tbc 根据3天平均值分配组。
2. 在500ml 体积的情况下, 将190种证明谷物乙醇 (~ 95% 乙醇) 加入190个乙醇 (~ 95% 乙醇), 再加入20ml 的乙醇溶液 (20e), 加入 h2o 的394.75 ml;一定要彻底动摇。
3. 在饮用开始前灌满乙醇瓶, 以便一旦 did 开始, 就可以简单地将水瓶换成酒精瓶。
4. 在整个 did 会话 (步骤 4.5-4.8) 中, 使用红灯前大灯, 以免打扰动物。
5. 在 ded 饮用环节开始时, 计划从进入黑暗周期3小时开始, 记录每只老鼠的水量。然后, 用一瓶 2 0e 溶液更换每个水瓶, 记录起乙醇的体积。
6. 2小时后, 在1-3 天和第4天4小时后的饮酒时段结束时, 阅读并记录最后的乙醇量。使用以下公式分析20% 的乙醇摄入量。
   1. 测量20% 乙醇摄入量 (ml): [饮用时段结束时乙醇的体积 (ml)-饮用时段 (ml) 开始时乙醇的体积]-从所有控制保持架 (ml) 的平均乙醇损失。
   2. 测量20% 乙醇摄入量 (g/kg): [20% 乙醇摄入量 (ml) x 0.15786 g/ml]/体重 (公斤)。
7. 仅在第4天, 在记录乙醇体积后立即, 并在重新引入水的访问之前, 收集血液来评估每只老鼠的血液乙醇浓度 (可选)。
   注: 任何非终末采血方法都可以使用, 例如眼眶后窦采血或隐静脉采血。有关有用的协议, 请参阅对 parasuraman等人的引用.²¹和 yardley等人^20岁。
   1. 使用各种方法 (包括 lcms 或市售机械) 进行分析 (参见材料表)。
8. 用水瓶代替所有乙醇瓶, 并记录水量。

结果

在以下具有代表性的调查中, 采用两瓶选择 (tbc) 范式对社交饮酒进行了建模。简单地说, 老鼠可以接触到两瓶溶液, 其中一瓶含有水, 另一瓶含有 10% (vv) 乙醇溶液。研究对象随后被分割并均匀地分配给药物治疗组, 莫西丁 (mox) 与盐水控制, 因此每个组的平均乙醇摄入量水平将以最小的变化。

最初基线10e 摄入量在24小时期间稳定?...

讨论

全世界的估计表明, 多达7600万人符合酒精使用障碍 (aud) 诊断的标准。不幸的是, 目前可用的药物治疗基本无效, 需要进一步发展, 以抵消这一临床人群^的需求20。为此, 以下协议旨在通过举例说明两种最基本的啮齿类动物饮酒模式来促进这一努力: 双瓶选择 (tbc) 和黑暗中饮酒 (did)。这两种模型都测量乙醇的非操作性自管理, 即小鼠口服乙醇。在 tbc 范式中, 乙醇 (10% vv) 和水都是连续?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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