Method Article
In diesem Artikel wird beschrieben, wie Sie ein Gerät zusammenbauen, mit dem Milch von Labormäusen gesammelt werden kann. Dieses Gerät ist erschwinglich, tragbar und ermöglicht eine Entnahme von 0,1 bis 0,5 ml Milch durch eine geschulte Person. Ein detailliertes Melkprotokoll ist ebenfalls enthalten.
Nagetiermodelle werden in der Biologie seit dem frühen 20. Jahrhundert häufig verwendet, um grundlegende physiologische und biochemische Mechanismen zu untersuchen. In der Laktations- und Neugeborenenentwicklungsforschung besteht die Notwendigkeit, Milchproben zu nehmen, um die Zusammensetzung und die Art und Weise, wie Milch durch experimentelle Manipulationen beeinflusst werden kann, was sich auf die Entwicklung von Neugeborenen auswirkt. Das Sammeln von Bioflüssigkeiten in ausreichenden Mengen von kleinen Nagetieren kann schwierig sein. Mehrere Studien haben verschiedene Techniken zur Gewinnung von Milch von Mäusen gezeigt. Für diese Techniken sind jedoch oft mindestens zwei geschulte Mitarbeiter erforderlich, was in einigen Fällen eine Herausforderung darstellen kann.
Hier demonstrieren wir eine modifizierte Milchprobenahmetechnik, die auf einer 2009 veröffentlichten Methode basiert. Mit dieser erschwinglichen und einfach zu montierenden Methode kann eine geschulte Person routinemäßig 0,1–0,5 ml Milch von einem Muttertier unter Narkose in weniger als 10 Minuten gewinnen. Mit dieser Methode sammelten wir am 2. Tag nach der Entbindung (PD2) und am 10. Tag nach der Entbindung (PD10) ausreichend Milch. Wir maßen die Bestandteile der Makronährstoffe der Milch und verglichen sie mit der vorhandenen Literatur, um unsere Entnahmemethode zu validieren.
Wir stellten fest, dass das Milchprotein bei PD2 durchschnittlich 70,1 ± 5,2 g/L, das Milchfett 174,4 ± 7,1 g/l und die Milchlaktose 12,3 ± 0,6 g/l betrug. Während Milchlaktose und Protein unter PD10 in ähnlichen Konzentrationen wie unter PD2 blieben, war das Milchfett signifikant höher (224,4 ± 17,1 g/L). Wir beobachteten auch, dass die relative Häufigkeit einzelner Milchproteine zwischen PD2 und PD10 variierte. Genauer gesagt waren αS1-Kasein und saures Molkenprotein höher, während β-Kasein bei PD10 im Vergleich zu PD2 niedriger war. Insgesamt demonstrieren wir eine effiziente Ein-Personen-Technik zur Milchprobenahme von Mäusen mit einem Gerät, das leicht mit gängigen Laborgeräten zusammengebaut werden kann.
Vergleichende Medizin bezieht sich auf die Idee, dass Menschen und andere Tiere Ähnlichkeiten in Anatomie und Physiologie aufweisen; So können Informationen, die von einer Art gelernt wurden, verwendet werden, um ähnliche Signalwege bei der anderen zu untersuchen 1,2. Seit dem frühen 20. Jahrhundert werden Nagetiere, insbesondere Mäuse und Ratten, in der biomedizinischen Forschung in großem Umfang eingesetzt, da die Genetik für die Entwicklung von Krankheitsmodellen relativ leicht manipuliert werdenkann 1,2. Darüber hinaus sind sie relativ klein; Daher werden im Vergleich zu anderen Nicht-Nagetiermodellen weniger Ressourcen für die Aufrechterhaltung von Kolonien benötigt2. Ihre geringen Körpergrößen bringen jedoch auch Herausforderungen mit sich. Bestimmte Eingriffe lassen sich nicht einfach an Mäusen durchführen. Zum Beispiel kann die arteriovenöse Differenztechnik an Ratten durchgeführt werden 3,4,5, aber sie kann bei Mäusen eine Herausforderung darstellen, da ihre kleinen Blutgefäße leicht reißen können 6,7. Auch die Menge an Gewebe, die einer Maus entnommen werden kann, ist begrenzt. Bei laktierenden Mäusen nimmt beispielsweise das viszerale Fettgewebe in der Größe 8,9 signifikant ab und in einigen Fällen auf fast nicht nachweisbare Mengen. Darüber hinaus ist die Menge der Probenahme von Bioflüssigkeit von Mäusen ebenfalls begrenzt. Je nach Technik kann die Menge der entnommenen Blutproben variieren, ist aber immer etwas begrenzt7, was die Anzahl der durchgeführten Analysen einschränkt.
In der Laktations- und Neugeborenenentwicklungsforschung besteht die Notwendigkeit, Milchproben zu nehmen, um die Zusammensetzung und die Milchleistung zu bewerten. In Studien an Mäusen werden aufgrund des begrenzten Milchvolumens häufig Proben von mehreren Muttertieren gepoolt, um eine ausreichende Menge zu erhalten10. Eine Reihe von Studien zeigt Techniken zur Entnahme ausreichender analytischer Mengen Milch von einer einzigen Maus 11,12,13. Diese Verfahren erfordern jedoch in der Regel zwei geschulte Personen11,12: eines, das das Tier beim manuellen Abpumpen der Milch hält, und eines, das die Milch mit einer Pipette auffängt; Oder sie benötigen Geräte und Werkzeuge, die in einem Labor nicht ohne weiteres verfügbar sind. Hier demonstrieren wir eine Modifikation einer Technik, die von DePeters und Hoveyentwickelt wurde 14. Das bei diesem Verfahren verwendete Gerät kann problemlos mit im Labor verfügbaren Geräten zusammengebaut oder einfach von gängigen Anbietern erworben werden. Mit diesem Gerät kann eine Person routinemäßig 0,1 bis 0,5 ml Mausmilch in weniger als 10 Minuten gewinnen, um sie für die meisten Analysen zu verwenden. Wir sammelten Milch am 2. Tag nach der Entbindung (PD2, frühe Laktation) und nach dem 10. Tag der Entbindung (PD10, Spitzenlaktation) und maßen die Makronährstoffe der Milch, um die Methode zu validieren.
Alle Tierpflege- und Versuchsverfahren folgten den Richtlinien des Bundes und erhielten die Genehmigung des Rutgers University Institutional Animal Care and Use Committee. Weibliche Mäuse (C57BL/6 Hintergrund) wurden im Alter von 8 Wochen verpaart. Sie wurden mit einem Standard-Brutfutter ad libitum gefüttert und unter einem regulären Hell-Dunkel-Zyklus von 12:12 Uhr gehalten. Der Tag der Lieferung wurde als Tag nach der Lieferung 1 (PD1) gezählt. An PD2 (Frühlaktation) und PD10 (Spitzenlaktation) wurde die Milch wie unten beschrieben beprobt.
1. Montage einer Melkvorrichtung
Abbildung 1: Die Melkvorrichtung. (A) Melkvorrichtung mit einer Vakuumpumpe, die über einen PVC-Schlauch an einer 18-G-Injektionsnadel befestigt ist. Die Nadel geht durch einen Septumstopfen, der an einem Auffangröhrchen der Mikrozentrifuge befestigt ist. Eine umgekehrte Pipettenspitze P-200, mit der Milch aus einem Sauger entnommen wird, wird durch eine Öffnung des Septumverschlusses eingeführt. (B) Schnittdiagramm der Melkvorrichtung. (C) Ein Muttertier, das nach der beschriebenen Methode gemolken wird. (D) Ein repräsentatives Aliquot (0,3 ml) Milch, die von einem Muttertier während der höchsten Laktation entnommen wurde. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
2. Trennung des Muttertiers von den Jungtieren
3. Anästhesie des Damms
4. Sammeln von Milch
5. Bergung des Muttertiers nach der Milchgewinnung
6. Milch-Analyse
Mit dieser Technik haben wir während einer 21-tägigen Laktation erfolgreich ausreichend Milch zu verschiedenen Zeitpunkten probiert. Wir betrachten den Tag der Entbindung als Tag 1 nach der Entbindung (PD1), und in dieser Arbeit haben wir Milchproben auf PD2 (Frühlaktation) und PD10 (Spitzenlaktation) genommen, jeweils n = 4. Wir erhielten bequem 0,1–0,5 ml Milch von jedem Muttertier (Abbildung 1D). Um diese Methode zu validieren, haben wir die Brutto-Makronährstoffzusammensetzung dieser Milchproben gemessen und die Unterschiede zwischen der Milch, die in der Frühlaktation und der Hochlaktation entnommen wurde, mit dem Student-t-Test verglichen.
Wir fanden heraus, dass die Laktosekonzentration in der Milch durchschnittlich 12,3 ± 0,6 g/l auf PD2 und 12,0 ± 0,9 g/l auf PD10 betrug (Tabelle 1). Der Milchfettanteil betrug 26,0 ± 1,0 % bzw. 33,4 ± 2,5 % bei PD2 bzw. PD10. Die Fettkonzentration betrug 174,4 ± 7,1 g/L auf PD2 und signifikant höher auf 224,4 ± 17,1 g/L auf PD10 (Tabelle 1). Die durchschnittlichen Proteingehalte betrugen 70,1 ± 5,2 g/l auf PD2 und 75,1 ± 2,6 g/l auf PD10 (Tabelle 1). Obwohl sich der Gesamtgehalt an Milchprotein zwischen PD2 und PD10 nicht unterschied, unterschied sich die relative Häufigkeit des einzelnen Milchproteins. Insbesondere waren αS1-Kasein und saures Molkenprotein in PD10-Milch höher als in PD2-Milch (p < 0,05), während β-Kasein (p < 0,05) eine höhere Häufigkeit in PD2 als in PD10 aufwies (Abbildung 2).
Abbildung 2: Milchproteinanalyse. (A) Coomassie Blue-gefärbte PAGE-Analyse von Milch, die an PD2 und PD10 gesammelt wurde. Die Proteinidentifizierung erfolgte wie zuvor beschrieben14. (B) Einzelne Proteinsignale wurden in ImageJ analysiert und auf das gefärbte Gesamtprotein normiert. Die Ergebnisse wurden als Durchschnitt mit Standardfehlerbalken und einzelnen Datenpunkten als Punkte ausgedrückt. Die durchschnittliche Häufigkeit jedes Proteins auf PD2 und PD10 wurde mit einem zweiseitigen Student's t-Test verglichen. *p < 0,05, n = 4. Abkürzungen: PAGE = Polyacrylamid-Gelelektrophorese; PDn = Tag nach der Lieferung n. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Durchschnitt | SEM | p-Wert | ||
Milchzucker (g/L) | PD2 | 12.3 | 0.6 | 0.75 |
PD10 | 12.0 | 0.9 | ||
Fett (g/L) | PD2 | 174.4 | 7.1 | 0.04 |
PD10 | 224.4 | 17.1 | ||
Protein (g/L) | PD2 | 70.1 | 5.2 | 0.42 |
PD10 | 75.1 | 2.6 |
Tabelle 1: Makronährstoffzusammensetzung von Milch, die bei PD2 und PD10 gesammelt wurde. Die Ergebnisse, ausgedrückt als durchschnittlicher und Standardfehler des Mittelwerts (SEM), wurden analysiert, um die Auswirkungen des Laktationstages auf die Milchzusammensetzung mit einem zweiseitigen Student's t-Test zu untersuchen, n = 4.
Wir haben eine modifizierte Melktechnik demonstriert, die von einer Person mit einem Gerät durchgeführt werden kann, das leicht zu montieren und zu transportieren ist. Traditionell wird Nagetiermilch mit Hilfe von Kapillarröhrchen10, 17, Pasteurpipettenaus Glas 12 oder Mikropipetten11 gesammelt. Bei diesen Methoden ist eine Person erforderlich, die das Muttertier festhält und die Milch manuell abpumpt, und eine andere, die Milch auffängt. Dies kann manchmal eine Herausforderung sein, insbesondere wenn die Milchprobenahme an Wochenenden oder Feiertagen stattfindet. Die auf diese Weise gesammelte Milch muss in sterile Aufbewahrungsröhrchen umgefüllt werden. Da Nagetiermilch relativ fettreich ist (wie hier und in anderen Studiengezeigt 20,21) und daher viskos ist, führt der Prozess des Umfüllens von Milch wahrscheinlich zu einem Verlust des Milchvolumens, was die Mengen für Analysen einschränkt. Das hier beschriebene Gerät kann mit den im Labor vorhandenen Werkzeugen in unter 5 min montiert werden. Er kann problemlos von einer Person verwendet werden, um innerhalb von 10 Minuten eine ausreichende Milchmenge zu entnehmen. Der kontinuierliche, schonende Saugansatz, der mit dieser Methode verbunden ist, verringert das Problem des Probenverlusts durch den Transfer, da die Milch ständig direkt in ein Auffangröhrchen gezogen wird. Die Minimierung von Probenverlusten ist besonders wichtig, wenn bereits im PD2-Stadium Milch entnommen wird, da die Milchleistung in diesem Stadium bekanntermaßen relativ gering ist10. Darüber hinaus wurde das gleiche Gerät und Protokoll verwendet, um erfolgreich Milch von einem anderen Mausstamm (FVB/N-Hintergrund) zu sammeln, was darauf hindeutet, dass diese Methode wahrscheinlich bei Mausstämmen gleich gut funktioniert.
In dieser Studie haben wir auch beobachtet, dass der Zeitpunkt der Trennung je nach Laktationsstadium unterschiedlich sein kann. Frühere Studien berichten, dass Muttertiere mindestens 2 h und bis zu 16 h vor der Milchentnahme von ihren Jungtieren getrennt werden sollten, um ein ausreichendes Milchvolumen zu erhalten11,13. Bei der Anwendung dieser Methode stellten wir fest, dass es ausreichte, die Muttertiere in der Frühlaktation (PD2) und nur 30–45 Minuten in der Spitzenlaktation (PD10) von ihren Jungtieren zu trennen, um ein ausreichendes Milchvolumen zu erhalten. Da es zusätzliche Zeit braucht, bis sich das Muttertier von der Narkose erholt hat, verkürzt die Minimierung der Trennungsdauer nicht nur die Probenahmezeit, sondern verringert auch die potenziellen Auswirkungen, die dies auf das Muttertier und seine Jungtiere haben kann.
Darüber hinaus fanden wir heraus, dass das Sammeln von Milch bereits im PD2-Stadium das spätere Wachstum der Jungtiere aufgrund der langen Trennungs- und Erholungszeit des Muttertiers negativ beeinflussen kann, was zu einer Phase unzureichender Fütterung führt. Dies wurde nicht beobachtet, wenn die Milch in der höchsten Laktation (PD10) beprobt wurde. Wenn ein Untersucher daran interessiert ist, Milch zu verschiedenen Zeitpunkten während der 21-tägigen Laktationsperiode zu entnehmen, ist es daher ratsam, Frühlaktationsmilch von einem separaten Satz von Muttertieren zu nehmen. Die Milchentnahme kann jedoch mehrmals an derselben Hündin während der Hoch- und Spätlaktation für Längsschnittstudien durchgeführt werden.
Alternativ können sich die Forscher für andere Anästhetika entscheiden, um die Erholungszeit des Damms zu minimieren. Zum Beispiel kann die Inhalation von Isofluran dazu beitragen, die Erholungszeit zu verkürzen, da sich die Tiere nach Absetzen von Isofluran in der Regel schnell erholen22. Obwohl diese Wahl der Anästhesie von vielen durchgeführt wird 13,23, wird berichtet, dass die Isofluran-Inhalation das Volumen der gesammelten Milch negativ beeinflussen kann13. Darüber hinaus erfordert die Isofluran-Inhalation geeignete Geräte, um eine präzise Kontrolle der Dosierung zu gewährleisten. Die Forschung über die Auswirkungen von Anästhetika wie Ketamin/Xylazin und Isofluran auf die Laktation und die Milchzusammensetzung und deren mögliche Übertragung auf die Muttermilch ist begrenzt 24,25,26. Es wird daher empfohlen, die Interpretation der Daten sorgfältig durchzuführen, wenn Studien mit unterschiedlichen Anästhesieoptionen verglichen werden. Eine andere Alternative besteht darin, Milch ohne Anästhesie zu entnehmen, wie von anderen Forschern beschrieben 14,27,28,29. Dieses Verfahren kann jedoch möglicherweise zu übermäßigem Stress für das Muttertier führen und eine zusätzliche Person erfordern, um das Tier zu fixieren.
Diese Studie zeigte auch, dass Makronährstoff-Assays mit den Milchproben durchgeführt werden konnten, wobei für weitere Verfahren wie Omics-Analysen ein Überschuss übrig blieb. Der Laktose-, Protein- und Fettgehalt der Milch wurde gemessen und mit veröffentlichten Daten verglichen, um die beschriebene Methode zu validieren. Die Laktosekonzentration in der Milch machte ~1,2% der Milchkomponente aus, was der von Mäusen mit einer Kontrolldiät ähnelt, über die in anderen Studien berichtet wurde 30,31,32. Es wurde bestätigt, dass Mausmilch einen hohen Fettanteil hat, der zwischen 26 % und 33 % liegt, wie zuvor berichtet20,30. Die hier berichtete Gesamtproteinkonzentration war ähnlich wie die von Chen et al.30, aber niedriger als die in anderen Studien berichtete31,32. In Bezug auf die Veränderungen von der frühen bis zur höchsten Laktation stellten wir fest, dass der Laktose- und Proteingehalt relativ konstant blieb, der Milchfettanteil jedoch von der frühen bis zur maximalen Laktation anstieg. Dies steht im Widerspruch zu Ragueneau32, aber die Diskrepanz könnte auf Unterschiede in der Stichprobengröße zurückzuführen sein. Obwohl die Gesamtproteinkonzentration zwischen der frühen und der höchsten Laktation ähnlich war, fanden wir heraus, dass die individuelle Proteinhäufigkeit (αS1-Kasein, β-Kasein und saures Molkenprotein) variierte, was vermutlich Veränderungen in den Bedürfnissen der Neugeborenen in verschiedenen Entwicklungsstadien widerspiegelt.
Obwohl diese Technik keine Quantifizierung der Milchproduktion ermöglicht, kann sie mit dem von Falconer 1947 vorgeschlagenen Leistungsindex (IOP) berechnet werden33. Die Milchproduktion hängt stark von der Wurfgröße und dem Tag der Probenahme ab. Dieser Index kann als Maß für die Milchproduktion verwendet werden, wobei Unterschiede in der Wurfgröße berücksichtigt werden. So kann z.B. die gesamte Einstreu auf PD10 gewogen werden (wenn der Mutterkoffer für die Milchprobenahme getrennt wird). Der IOD einer Hündin wird dann berechnet, indem das Gewicht ihres Wurfes durch das mittlere Gewicht von Würfen gleicher Größe auf PD10 dividiert wird. Zusammenfassend demonstrieren wir eine effiziente Ein-Personen-Technik zur Milchprobenahme von Labormäusen unter Verwendung eines Geräts, das mit relativ kostengünstigen und leicht verfügbaren Geräten einfach zusammengebaut werden kann. Diese Technik ermöglicht eine konsistente Sammlung ausreichender Milchmengen für die meisten Analysen.
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Diese Arbeit wurde durch das NJAES Hatch Project 14190 und das NIH R21HD 108496 unterstützt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL cryogenic vials | Corning | 430658 | Preferred for early milk collection |
1 mL syringe | Exel | 26048 | |
2 mL microcentrifuge collecting tube | Fisher Scientific | 02-681-344 | Preferred for peak and late milk collection |
18 G hypodermic needle | BD PrecisionGlide | 305195 | |
27 G hypodermic needle | BD PrecisionGlide | 305109 | |
Alcohol prep wipe | Honeywell | 154818 | |
Bio-Rad Protein Assay Dye Reagent Concentrate | Bio-Rad | 5000006 | |
Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | A2153 | |
Immobilon -P PVDF Membrane | Immobilon | IPVH00010 | |
Ketamine | Dechra | 1000001250 | Purchased via Veternarian Office |
Laboratory labeling tape | VWR International | 89097 | |
Lactose Assay Kit | Sigma-Aldrich | MAK487 | |
Mini Barbed polypropylene fittings | Cole-Parmer Instrument Company | 6365-90 | |
Mouse diet | Lab Diet | 5015 | |
NuPAGE Bis-Tris Mini Protein Gels, 4–12% | Invitrogen | NP0335BOX | |
Optixcare Eye Lube | Aventix | N/A | Purchased via Veternarian Office |
Oxytocin | Bimeda | 1OXY015 | Purchased via Veternarian Office |
P200 pipette tips | Gilson | F1733001 | |
PVC tubing: 1/8'' ID | VWR International | MFLX07407-75 | |
PVC tubing: 5/32'' ID | VWR International | MFLX07407-77 | |
Septum stopper | Chemglass Life Sciences | CG-3022-91 | |
Vacuum pump | Drummond Scientific Co. | P-103635 | |
Xylazine | Akorn Animal Health | NDC 59399-110-20 | Purchased via Veternarian Office |
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