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Method Article
Ici, nous décrivons l’administration de médicaments guidée par micropipette (MDA) comme une méthode alternative au gavage oral qui incite l’animal de recherche à ingérer facilement les traitements avec un minimum de stress et d’inconfort.
Le gavage oral (OG) à l’aide d’une canule attachée à une seringue est l’une des méthodes les plus couramment utilisées pour administrer un dosage précis de composés à l’estomac des animaux de recherche. Malheureusement, cette méthode présente des difficultés tant pour l’opérateur que pour l’animal de recherche. Des études ont montré que l’OG peut entraîner des complications, notamment l’œsophagite, la perforation de l’œsophage et l’administration accidentelle de médicaments trachéaux. De plus, l’OG est associé à une augmentation des taux plasmatiques et fécaux de corticostérone (en raison du stress), à une altération de la pression artérielle et à une augmentation de la fréquence cardiaque, ce qui pourrait influencer négativement ou biaiser les résultats de l’étude. Une méthode alternative précédemment développée, appelée administration de médicaments guidée par micropipette (MDA), incite l’animal à consommer facilement des traitements de manière peu invasive. Ici, nous présentons des exemples de l’utilisation de la technique MDA avec des traitements reconstitués dans différents véhicules et démontrons l’efficacité de l’administration des traitements variés à plusieurs souches de souris différentes. Nous démontrons en outre que la MDA est une technique qui diminue le moment et le caractère invasif de l’administration des médicaments et n’affecte pas la composition du microbiome intestinal telle qu’évaluée par l’analyse quantitative des espèces microbiennes intestinales de base. Dans l’ensemble, la MDA peut offrir une alternative moins stressante et efficace à la GO.
L’administration de médicaments aux modèles de rongeurs se fait généralement par gavage oral (OG), qui consiste à administrer une préparation liquide directement dans l’estomac à l’aide d’une canule attachée à une seringue contenant la solution. Cette technique permet d’obtenir un dosage constant et précis du traitement à l’animal, mais comporte également de multiples inconvénients. L’OG a fait l’objet d’un examen minutieux pour ne pas avoir modélisé de manière adéquate les expositions alimentaires humaines 1,2. De plus, l’OG augmente le risque de lésions involontaires du système digestif supérieur (perforation de l’œsophage et de l’estomac), d’aspiration du traitement administré et de lésions des voies respiratoires3. L’OG est également associée à l’inconfort4, à l’augmentation de la pression artérielle et de la fréquence cardiaque5, ainsi qu’au stress 6,7 et parfois à la mort8 en raison d’une diminution de la tolérance au gavage par l’animal. Ces changements physiologiques peuvent interférer avec ou fausser les résultats expérimentaux ; Ainsi, de nouvelles procédures ont été explorées pour éviter ces effets secondaires. Des études ont utilisé des procédures alternatives à l’OG, telles que l’utilisation de gélatine comme véhicule médicamenteux9, des bandelettes dissolvantes par voie orale (SACO)10, des aiguilles de gavage enrobées de saccharose11, des sondes d’alimentation flexibles, des biscuits de blé12, du miel13 et des granulés de beurre d’arachide14. Malheureusement, ces modifications de la technique OG présentent des limites, notamment l’incompatibilité avec les médicaments insolubles dans l’eau, le temps de préparation plus long pour le traitement15, l’appétence et la stabilité du médicament15, et la familiarisation de l’animal avec la nourriture. De plus, il est possible que le dosage soit moins précis lorsque les animaux se nourrissent à volonté.
Scarborough et al.7 ont précédemment mis au point une méthode alternative de traitement oral chez la souris, qu’ils ont appelée administration de médicaments guidée par micropipette (MDA). Cette méthode d’administration est basée sur une solution de lait concentré sucré comme véhicule pour les substances pharmacologiques, ce qui motive les animaux de l’étude à consommer facilement le véhicule préparé et/ou les solutions médicamenteuses en distribuant la solution à l’aide d’une pipette monocanal et d’une pointe de pipette. Pour introduire cette technique, les rongeurs suivent une séance d’entraînement (minimum 2 jours) afin de raccourcir les temps de manipulation et de permettre à l’animal d’étude de se familiariser avec l’abreuvement de la pointe4 de la pipette. Les premières études de validation menées par Scarborough et coll.7 et Schalbetter et coll.16 suggèrent que la procédure d’AMM est facile à mettre en œuvre, rentable, peu invasive et moins stressante pour les animaux que les méthodes conventionnelles de gavage oral. Scarborough et al. ont introduit l’utilisation de la technique MDA dans un modèle murin d’activation immunitaire maternelle (MIA) des troubles neurodéveloppementaux7. Cette étude a démontré que les profils pharmacocinétiques des souris traitées avec l’antipsychotique rispéridone à l’aide de la MDA étaient comparables à l’utilisation de l’OG. De plus, la MDA n’a pas induit d’augmentation des niveaux de corticostérone (une hormone du stress) chez les souris, et le traitement chronique par rispéridone utilisant la technique MDA a conduit à une diminution dose-dépendante des déficits d’interaction sociale induits par la MIA et de l’hypersensibilité aux amphétamines7. D’autres études ont exploré l’efficacité de la MDA par rapport à l’OG dans des modèles de souris17 et de rat18 . La MDA a également été comparée à l’injection intrapéritonéale et s’est avérée aussi efficace pour administrer du N-oxyde de clozapine aux souris16. En raison du succès rapporté de la MDA dans la réduction du stress animal et de l’efficacité thérapeutique, nous visons maintenant à explorer davantage la technique MDA en tant que méthode efficace d’administration de médicaments en utilisant des modèles murins supplémentaires. Ici, nous décrivons la mise en œuvre de la méthode MDA pour traiter différentes souches de souris, y compris les souches FVB/NJ et C57BL/6J immunocompétentes et la souche immunodéprimée NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ (NSG) avec différents traitements oraux, y compris des bactéries vivantes, des composés expérimentaux administrés dans des solutions insolubles dans l’eau (huile de maïs) et des contrôles de véhicules. Nous avons évalué l’activité et la présence des différents traitements dans le sérum et les matières fécales, et nous avons évalué les altérations du microbiote intestinal central en relation avec la méthode MDA.
Toutes les études sur les animaux ont été réalisées conformément aux directives de l’établissement et aux protocoles approuvés par l’IACUC (Institutional Animal Care and Use Committee) de l’Université Johns Hopkins M021M197 et M023M195. Les souches de souris utilisées (souris mâles, âgées de 7 semaines) sont décrites dans la table des matières. L’utilisation de souris mâles était due à leur utilisation dans les études en cours sur le cancer de la prostate. La méthode MDA s’est déjà avérée efficace chez les souris femelles 7,17. Les souris ont été randomisées dans leurs cages/groupes de traitement respectifs. Les souris ont été traitées dans des cages et sans ordre particulier. L’expérimentateur qui administrait les traitements était aveugle au groupe de traitement. Le numéro attribué à une souris faisait référence à son identifiant et non à l’ordre dans lequel elle a été traitée. Les données ont été collectées tout au long de la chronologie de l’étude et analysées à la fin pour éviter tout biais. Les tests expérimentaux ont été mis à l’insu du groupe de traitement jusqu’à ce que toutes les données soient recueillies.
REMARQUE : Ce protocole a été modifié à partir de Scarborough et al.7.
1. Préparation des traitements
2. Séance de formation MDA
REMARQUE : Cette section décrit les modèles de souris ; cependant, la technique MDA pourrait être étendue au besoin avec des volumes/pointes de pipette plus importants pour les modèles de rongeurs plus grands.
3. Traitements chez la souris à l’aide de la méthode MDA
4. Expérience de validation #1 - administration orale de bactéries intestinales à des souris à l’aide de la MDA
REMARQUE : Cette section décrit l’utilisation de la méthode MDA pour administrer par voie orale des bactéries vivantes pour les études de colonisation intestinale chez la souris. Dans cette expérience pilote représentative, la bactérie à Gram positif Clostridium scindens est administrée à des souris C57BL/6J. Les souris ont été traitées avec des antibiotiques (céfoxitine) pendant deux jours consécutifs dans l’eau de boisson avant l’inoculation bactérienne avec MDA.
5. Expérience de validation #2 - administration expérimentale de médicaments à des souris à l’aide de la MDA
REMARQUE : Cette section décrit l’utilisation de la méthode MDA pour administrer un composé expérimental à des souris. Dans cette expérience pilote représentative, le métabolite du soja equol (S-equol) est administré à des souris NSG et FVB/NJ.
6. Mesurer l’effet du traitement à la MDA sur le microbiote intestinal central
REMARQUE : Cette section décrit l’utilisation de la qPCR pour mesurer les niveaux de microbiote intestinal central après un traitement MDA.
La MDA peut être utilisée dans l’administration orale de souches bactériennes dans des modèles murins. Les souris C57BL/6J ont été traitées avec des antibiotiques (céfoxitine dans l’eau potable) pendant 2 jours pour éliminer les communautés microbiennes commensales avant de commencer la séance d’entraînement MDA. La solution condensée sucrée de lait et d’eau a été administrée une fois par jour consécutivement pendant 3 jours avant l’administra...
La MO peut être une source importante de stress chez les animaux de recherche qui peut créer une variable confondante, comme l’ont déjà évalué plusieurs études 7,9,11,12,13,14,15,23. En raison de l’invasivité de...
Aucun.
Nous tenons à souligner le soutien à la recherche du programme de recherche sur le cancer de la prostate du ministère de la Défense W81XWH-20-1-0274 et du prix 16CHAL13 de la Fondation du cancer de la prostate. Nous tenons à remercier la Dre Michelle Rudek, le Dr Noushin Rastkari, la Dre Nicole Anders et Linping Xu de l’Analytical Pharmacology Shared Resource de Johns Hopkins pour leur aide avec equol LC/MS/MS.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
200 µL pipette tips | Mettler Toledo | 17005860 | |
AB SCIEX Triple QTRAP 5500 mass-spectrometric detector | Sciex | N/A | |
Akkermansia muciniphila strain muc genomic DNA | American Type Culture Collection | BAA-835D-5 | |
Ammonium acetate | Sigma–Aldrich | 5.43834 | |
C57BL/6J mice | Jackson Laboratories | Strain# 000664 | |
C. scindens strain 35704 | American Type Culture Collection | 35704 | |
Cefoxitin | Sagent | NDC25021-109-10 | |
Corn oil | MedChemExpress | HY-Y1888 | |
DMSO | Sigma-Aldrich | D2650 | |
ethanol | Fisher Scientific | AC611050040 | |
Formic acid | Sigma–Aldrich | 5.33002 | |
FVB/NJ mice | Jackson Laboratories | Strain# 001800 | |
Glycerol | Sigma–Aldrich | G5516 | |
Hexane | Fisher Scientific | 02-002-996 | |
LC-MS grade water | Fisher Scientific | 14-650-357 | |
Methanol | Fisher Scientific | 02-003-340 | |
Microtainer serum separator tube | Becton Dickinson | 02-675-185 | |
Molecular biology grade water | Corning | 46-000-CI | |
NSG mice | Jackson Laboratories | Strain# 005557 | |
PBS | Corning | 21-031-CV | |
Qubit DNA HS kit | Invitrogen | Q32851 | |
Racemic equol-d4 | Santa Cruz Biotechnology | sc-219827 | |
Reinforced Clostridial agar | Anaerobe Systems | AS-6061 | |
Reinforced Clostridial broth | Anaerobe Systems | AS-606 | |
S-equol | MedChemExpress | HY-100583 | |
S-equol reference standard for LC-MS | Cayman Chemical | 10010173 | |
Single channel pipette | Rainin | 17008652 | |
Streptococcus salivarius genomic DNA | American Type Culture Collection | BAA-1024D-5 | |
Sweetened condensed milk | California Farms | B09TGQ7WV8 | |
VSL#3 | VSL#3 | B07WX1LVHL | |
β-glucuronidase from Helix pomatia | Sigma–Aldrich | G7017 |
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