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ここでは、マイクロピペットガイド下薬物投与(MDA)を経口強制経口投与の代替方法として説明し、研究動物がストレスや不快感を最小限に抑えて治療を容易に摂取するように促します。
シリンジに取り付けられたカニューレを使用した経口強制経口(OG)は、研究動物の胃に化合物を正確に投与するために使用される最も一般的な方法の1つです。残念ながら、この方法はオペレーターと研究動物の両方にとって困難を伴います。研究によると、OGは食道炎、食道の穿孔、不注意による気管薬物投与などの合併症を引き起こす可能性があることが示されています。さらに、OGは血漿および糞便コルチコステロンレベルの上昇(ストレスによる)、血圧の変化、および心拍数の増加と関連しており、研究結果に悪影響を及ぼしたり、バイアスをかけたりする可能性があります。以前に開発されたマイクロピペット誘導薬物投与(MDA)と呼ばれる代替法は、動物が低侵襲な方法で治療を容易に摂取するように奨励します。ここでは、異なるビヒクルで再構成された処理によるMDA技術の使用例を示し、さまざまな処理を複数の異なるマウス系統に効果的に送達する方法を示します。さらに、MDAは、薬物投与のタイミングと侵襲性を低下させ、主要な腸内微生物種の定量分析によって評価されるように腸内細菌叢の組成に影響を与えない技術であることを示しています。全体として、MDAはOGに代わるストレスが少なく効果的な代替手段を提供する可能性があります。
げっ歯類モデルへの薬物投与は、通常、溶液を含む注射器に取り付けられたカニューレを使用して液体製剤を直接胃に投与することからなる経口強制経口(OG)によって達成されます。この技術は、動物への治療の一貫した正確な投与量をもたらしますが、複数の欠点も伴います。OGは、人間の食事曝露を適切にモデル化していないとして精査されています1,2。さらに、OGは、上部消化器系への意図しない損傷(食道と胃の穿孔)、投与された治療の誤嚥、および気道病変のリスクを高めます3。OGは、不快感4、血圧と心拍数5の増加5、ストレス6,7、そして時には動物による強制経口摂取に対する耐性の低下による死亡8にも関連しています。これらの生理学的変化は、実験結果を妨げたり、混乱させたりする可能性があります。したがって、これらの副作用を回避するための新しい手順が検討されています。研究では、薬物媒体としてのゼラチンの使用9、経口溶解ストリップ(ODS)10、ショ糖被覆強制針11、フレキシブル栄養チューブ、小麦クッキー12、蜂蜜13、ピーナッツバターペレット14など、OGの代替手順が利用されています。残念ながら、OG技術に対するこれらの変更には、水不溶性薬物との非適合性、治療のためのより長い調製時間15、薬物の嗜好性、および安定性15、および動物が食物に慣れ親しむことなどの制限がある。さらに、動物がアドリブで餌を与えると、投与量の精度が低下する可能性があります。
Scarboroughら7 は、以前にマウスで代替の経口治療方法を開発し、マイクロピペットガイド下薬物投与(MDA)と名付けました。この投与方法は、薬理学的物質のビヒクルとしての加糖練乳溶液に基づいており、研究動物が調製されたビヒクルおよび/または薬物溶液を消費するように動機付けます シングルチャネルピペットとピペットチップで溶液を分注することにより。この技術を導入するために、げっ歯類は、取り扱い時間を短縮し、研究動物がピペットチップ4からの飲酒に慣れることができるようにするためのトレーニングセッション(最低2日間)を受ける。Scarborough et al.7 と Schalbetter et al.16 による初期検証研究では、MDA 手順は従来の経口強制経口法よりも実装が容易で、費用対効果が高く、侵襲性が低く、動物にとってストレスが少ないことが示唆されています。Scarboroughらは、神経発達障害の母体免疫活性化(MIA)のマウスモデルでMDA技術の使用を紹介しました7。この研究では、抗精神病薬リスペリドンをMDAを用いて投与したマウスの薬物動態プロファイルがOGの使用と同等であることが示されました。さらに、MDAはマウスのコルチコステロン(ストレスホルモン)レベルの上昇を誘発せず、MDA技術を用いたリスペリドンによる慢性治療は、MIA誘発性社会的相互作用障害およびアンフェタミン過敏症の用量依存的な減少をもたらした7。追加の研究では、マウス17 モデルとラット18 モデルの両方でMDAとOGの有効性が調査されています。MDAはまた、腹腔内注射と比較されており、マウス16にクロザピン-N-オキシドを送達するのに同程度に効果的であることが示された。MDAが動物のストレスを軽減し、治療効果を発揮することに成功したと報告されていることから、私たちは現在、追加のマウスモデルを用いた効果的な薬物送達方法として、MDA技術をさらに探求することを目指しています。ここでは、免疫コンピテントなFVB/NJ株とC57BL/6J株、免疫不全の NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ(NSG)株など、さまざまなマウス系統を、生きた細菌、水不溶性溶液(コーン油)で送達される実験化合物、ビヒクルコントロールなどのさまざまな経口治療で治療するためのMDA法の実施について説明します。血清と糞便中のさまざまな治療の活性と存在を評価し、MDA法に関連してコア腸内細菌叢の変化を評価しました。
すべての動物実験は、施設のガイドラインに従い、ジョンズ・ホプキンス大学の施設内動物管理および使用委員会(IACUC)が承認したプロトコルM021M197およびM023M195に基づいて実施されました。使用したマウス系統(雄マウス、7週齢)は、材料表に記載されています。雄マウスの使用は、進行中の前立腺癌の研究におけるマウスの使用によるものでした。MDA法は、以前に雌マウスでも有効であることが示されている7,17。マウスは、それぞれのケージ/治療グループに無作為に割り付けられました。マウスはケージ内で治療され、順不同で治療されました。治療を実施した実験者は、治療群を知らされませんでした。マウスに割り当てられた番号は、マウスが治療された順序ではなく、マウスのIDを参照していました。データは、研究のタイムライン全体を通じて収集され、バイアスを避けるために最後に分析されました。実験的アッセイは、すべてのデータが収集されるまで、治療群を知らされませんでした。
注:このプロトコルは、Scarborough et al.7から変更されています。
1.治療の準備
2. MDA研修会
メモ: このセクションでは、マウスのモデルについて説明します。ただし、MDA技術は、より大きなげっ歯類モデル用の大容量/ピペットチップを使用して、必要に応じてスケールアップできます。
3. MDA法によるマウス治療
4. 検証実験#1 - MDAを用いたマウスへの腸内細菌の経口送達
注:このセクションでは、マウスの腸内コロニー形成研究のために生きた細菌を経口送達するためのMDA法の使用について説明します。この代表的なパイロット実験では、グラム陽性菌 Clostridium scindens をC57BL/6Jマウスに送達します。マウスは、MDAを細菌に接種する前に、飲料水で2日間連続して抗生物質(セフォキシチン)で治療されました。
5. 検証実験#2 - MDAを用いたマウスへの薬物送達実験
注:このセクションでは、MDA法を使用してマウスに実験化合物を送達する方法について説明します。この代表的なパイロット実験では、大豆代謝物エクオール(S-エクオール)をNSGマウスとFVB/NJマウスに送達します。
6. MDA治療が腸内コア微生物叢に及ぼす影響の測定
注:このセクションでは、qPCRを使用してMDA治療後のコア腸内細菌叢のレベルを測定する方法について説明します。
MDAは、マウスモデルにおける細菌株の経口送達に使用できます。 C57BL/6Jマウスを抗生物質(飲料水中のセフォキシチン)で2日間治療し、MDAトレーニングセッションを開始する前に、共生微生物群集を除去しました。加糖練乳/水溶液は、治療投与前の3日間、1日1回連続して投与されました。.マウスは、MDA治療投与中に穏やかな首筋によって一時的に拘束さ?...
OGは、研究動物におけるストレスの大きな原因となり得ることがあり、以前に複数の研究で評価されたように、交絡変数を作り出す可能性がある7,9,11,12,13,14,15,23。OGの...
何一つ。
Department of Defense Prostate Cancer Research Program Award W81XWH-20-1-0274およびProstate Cancer Foundation Challenge Award 16CHAL13からの研究支援に感謝いたします。ジョンズ・ホプキンス大学分析薬理学共有リソースのMichelle Rudek博士、Noushin Rastkari博士、Nicole Anders博士、Linping Xu氏に、エクオールLC/MS/MSのご協力に感謝いたします。
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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