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Method Article
여기에서는 연구 동물이 최소한의 스트레스와 불편함으로 치료제를 쉽게 섭취하도록 장려하는 구강 배당의 대체 방법으로 마이크로피펫 유도 약물 투여(MDA)를 설명합니다.
주사기에 부착된 캐뉼라를 사용하는 구강 위(OG)는 연구 동물의 위에 화합물을 정밀하게 투여하는 데 사용되는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 불행히도 이 방법은 작업자와 연구 동물 모두에게 어려움을 안겨줍니다. 연구에 따르면 OG는 식도염, 식도 천공, 부주의한 기관 약물 투여 등의 합병증을 유발할 수 있습니다. 또한 OG는 혈장 및 분변 코르티코스테론 수치 증가(스트레스로 인한), 혈압 변화 및 심박수 증가와 관련이 있으며, 이는 연구 결과에 부정적인 영향을 미치거나 편향될 수 있습니다. 이전에 개발된 마이크로피펫 유도 약물 투여(MDA)라는 대체 방법은 동물이 최소 침습적 방식으로 치료제를 즉시 섭취하도록 장려합니다. 본 명세서에서는 서로 다른 비히클에서 재구성한 처리와 함께 MDA 기법을 사용하는 예를 제시하고 여러 다른 마우스 균주에 다양한 처리물을 효과적으로 전달하는 것을 보여줍니다. 또한 MDA가 약물 투여의 시기와 침습성을 감소시키고 핵심 장내 미생물 종의 정량적 분석으로 평가된 장내 마이크로바이옴 구성에 영향을 미치지 않는 기술임을 입증합니다. 전반적으로 MDA는 OG에 대한 스트레스가 적고 효과적인 대안을 제공할 수 있습니다.
설치류 모델에 대한 약물 투여는 일반적으로 구강 위(OG)를 통해 이루어지며, 이는 용액이 들어 있는 주사기에 부착된 캐뉼라를 사용하여 위에 액체 제제를 직접 투여하는 것으로 구성됩니다. 이 기술은 동물에게 일관되고 정확한 투여량을 제공하지만 여러 가지 단점도 있습니다. OG는 인간의 식이 노출을 적절하게 모델링하지 않은 것에 대해 면밀히 조사되었습니다 1,2. 또한, OG는 상부 소화계의 의도하지 않은 손상(식도와 위의 천공), 투여 치료의 흡인, 호흡기 병변의 위험을 증가시킨다3. OG는 또한 불편함4, 혈압 및 심박수 증가5, 스트레스6,7,때로는 동물의 배설에 대한 내성 감소로 인한 사망8과 관련이 있다. 이러한 생리학적 변화는 실험 결과를 방해하거나 혼란스럽게 할 수 있습니다. 따라서 이러한 부작용을 피하기 위해 새로운 절차가 연구되었습니다. 연구에서는 젤라틴을약물 매개체9로 사용, 구강 용해 스트립(ODS)10, 자당으로 코팅된 가비지 바늘(gavage needles)11, 유연한 공급 튜브, 밀 쿠키(wheat cookies)12, 꿀(honey)13, 땅콩버터 펠릿(peanut butter pellets)14과 같은 OG의 대체 절차를 활용했다. 불행히도, OG 기법에 대한 이러한 수정에는 수불용성 약물과의 비호환성, 처리를 위한 긴 준비 시간15, 약물 기호성 및 안정성15, 동물이 식품에 익숙해지는 등의 한계가 있습니다. 또한, 동물이 즉석에서 먹이를 줄 때 덜 정확한 투여가 발생할 가능성이 있습니다.
Scarborough 등7 은 이전에 생쥐를 대상으로 한 대체 경구 치료 방법을 개발했는데, 이를 마이크로피펫 유도 약물 투여(MDA)라고 명명했습니다. 이 투여 방법은 약리학적 물질의 매개체로서 가당 연유 용액을 기반으로 하며, 연구 동물이 단일 채널 피펫 및 피펫 팁으로 용액을 분주하여 준비된 비히클 및/또는 약물 용액을 즉시 소비하도록 동기를 부여합니다. 이 기술을 소개하기 위해 설치류는 취급 시간을 단축하고 연구 동물이 피펫 팁4에서 마시는 것에 익숙해질 수 있도록 교육 세션(최소 2일)을 받습니다. Scarborough 등7 및 Schalbetter 등16 의 초기 검증 연구는 MDA 절차가 기존의 경구 위장 방법보다 구현하기 쉽고, 비용 효율적이며, 최소 침습적이고, 동물에게 스트레스가 적다는 것을 시사합니다. Scarborough 등은 신경 발달 장애의 모계 면역 활성화(MIA)에 대한 마우스 모델에서 MDA 기술의 사용을 소개했습니다7. 이 연구는 MDA를 사용하여 항정신병 약물 리스페리돈으로 치료받은 마우스의 약동학 프로파일이 OG의 사용과 유사하다는 것을 입증했습니다. 또한, MDA는 생쥐의 코르티코스테론(스트레스 호르몬) 수치 증가를 유도하지 않았으며, MDA 기법을 사용한 리스페리돈 만성 치료는 MIA로 인한 사회적 상호작용 결핍 및 암페타민 과민증의 용량 의존적 감소로 이어졌다7. 추가 연구에서는 마우스17 및 랫트18 모델 모두에서 MDA와 OG의 효능을 조사했습니다. MDA는 또한 복강내 주사와 비교되었으며 클로자핀-N-옥사이드를 마우스에 전달하는 데 효과적인 것으로 나타났습니다16. MDA가 동물 스트레스를 줄이고 치료 효능을 성공적으로 보인 것으로 보고됨에 따라, 이제 추가 쥐 모델을 사용하여 효과적인 약물 전달 방법으로서 MDA 기술을 더 자세히 탐구하는 것을 목표로 합니다. 여기에서는 살아있는 박테리아, 불용성 용액(옥수수 기름)으로 전달되는 실험 화합물 및 차량 대조군을 포함한 다양한 경구 치료제로 면역 기능이 저하된 FVB/NJ 및 C57BL/6J 균주와 면역 저하 NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ(NSG) 균주를 포함한 다양한 마우스 균주를 치료하기 위한 MDA 방법의 구현에 대해 설명합니다. 혈청과 대변에서 다양한 치료법의 활성과 존재를 평가하고, MDA 방법과 관련하여 핵심 장내 미생물총(core gut microbiota)에 대한 변화를 평가했습니다.
모든 동물 연구는 기관 지침에 따라 존스 홉킨스 대학 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)가 승인한 프로토콜 M021M197 및 M023M195에 따라 수행되었습니다. 사용 된 마우스 균주 (수컷 마우스, 7 주령)는 재료 표에 설명되어 있습니다. 수컷 마우스의 사용은 전립선 암의 진행중인 연구에 사용되었기 때문입니다. MDA 방법은 이전에 암컷 마우스에서도 효과적인 것으로 나타났습니다 7,17. 마우스는 각각의 케이지/치료 그룹에 무작위 배정되었습니다. 쥐는 케이지에서 특별한 순서 없이 처리되었습니다. 치료를 시행한 실험자는 치료 그룹에 대해 눈이 멀었습니다. 쥐에게 할당된 숫자는 치료된 순서가 아니라 ID를 나타냅니다. 데이터는 연구 타임라인 전반에 걸쳐 수집되었으며 편향을 피하기 위해 마지막에 분석되었습니다. 실험적 분석은 모든 데이터가 수집될 때까지 치료 그룹에 대해 맹검되었습니다.
참고: 이 프로토콜은 Scarborough et al.7에서 수정되었습니다.
1. 트리트먼트 준비
2. MDA 교육 세션
참고: 이 섹션에서는 마우스 모델에 대해 설명합니다. 그러나 MDA 기법은 더 큰 설치류 모델의 경우 더 큰 부피/피펫 팁을 사용하여 필요에 따라 확장할 수 있습니다.
3. MDA 공법을 이용한 마우스 치료
4. 검증 실험 #1 - MDA를 이용한 장내 세균을 마우스에 경구 투여
참고: 이 섹션에서는 마우스의 장내 집락화 연구를 위해 살아있는 박테리아를 경구로 전달하기 위한 MDA 방법의 사용에 대해 설명합니다. 이 대표적인 파일럿 실험에서는 그람 양성 박테리아인 클로스트리듐 신든스(Clostridium scindens) 를 C57BL/6J 마우스에 전달합니다. 마우스는 MDA로 박테리아를 접종하기 전에 식수에서 이틀 연속 항생제(세폭시틴)를 투여했습니다.
5. 검증 실험 #2 - MDA를 이용한 실험용 약물 투여
참고: 이 섹션에서는 MDA 방법을 사용하여 실험용 화합물을 마우스에 전달하는 방법에 대해 설명합니다. 이 대표적인 파일럿 실험에서는 대두 대사산물 에퀄(S-equol)을 NSG 및 FVB/NJ 마우스에 전달합니다.
6. MDA 치료가 핵심 장내 미생물총(Core Gut microbiota)에 미치는 영향 측정
참고: 이 섹션에서는 qPCR을 사용하여 MDA 처리 후 핵심 장내 미생물군 수준을 측정하는 방법에 대해 설명합니다.
MDA는 마우스 모델에서 박테리아 균주의 경구 전달에 사용할 수 있습니다. C57BL/6J 마우스는 MDA 교육 세션을 시작하기 전에 공생 미생물 군집을 제거하기 위해 2일 동안 항생제(음용수 내 세폭시틴)를 투여했습니다. 가당 연유/물 용액을 처리 투여 전 3일 동안 매일 1회 연속으로 투여하였다. 마우스는 MDA 치료 투여 중 부드러운 목덜미에 의해 잠시 제지되었습니?...
OG는 이전에 여러 연구에서 평가된 바와 같이 혼란스러운 변수를 생성할 수 있는 연구 동물의 중요한 스트레스 원인이 될 수 있습니다 7,9,11,12,13,14,15,23. OG의 침?...
없음.
미국 국방부 전립선암 연구 프로그램상(Department of Defense Prostate Cancer Research Program Award W81XWH-20-1-0274) 및 전립선암 재단 챌린지상(Prostate Cancer Foundation Challenge Award) 16CHAL13의 연구 지원에 감사드립니다. 존스 홉킨스(Johns Hopkins)의 분석 약리학 공유 리소스(Analytical Pharmacology Shared Resource)의 Michelle Rudek 박사, Noushin Rastkari 박사, Nicole Anders 박사, Linping Xu에게 equol LC/MS/MS에 대한 도움을 주신 것에 대해 감사의 말씀을 전합니다.
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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