Name: tobacco hornworm as an insect model system for cannabinoid pre-clinical studies
Uploaded: 2021-12-29T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Tobacco Hornworm as an Insect Model System for Cannabinoid Pre-clinical Studies at JoVE.com

تم دعم هذا البحث من قبل معهد أبحاث القنب في جامعة ولاية كولورادو - بويبلو ووزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات (2021-DD-UP-0379) ، ومدينة تشنتشون (القنب R & D والتصنيع ، 2020-2021).

1. إعداد الدودة القرنية وعلاج الكانابيديول
<ol><li>الحصول على 150-200 M قابلة للحياة. بيض السيكستا والوجبات الغذائية الاصطناعية القائمة على جرثومة القمح (انظر جدول المواد).</li>
	<li>ضع بيض الدودة القرنية في طبق بتري من البوليسترين مع طبقة نظام غذائي اصطناعي قائم على جرثو...

<ol>
	<li>Kaplan, J. S., Stella, N., Catterall, W. A., Westenbroek, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabidiol+attenuates+seizures+and+social+deficits+in+a+mouse+model+of+Dravet+syndrome.">Cannabidiol attenuates seizures and social deficits in a mouse model of Dravet syndrome.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (42), 11229-11234 (2017).</li><li>Leehey, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Safety+and+tolerability+of+cannabidiol+in+Parkinson+Disease:+An+open+label,+dose-escalation+study.">Safety and tolerability of cannabidiol in Parkinson Disease: An open label, dose-escalation study.</a> Cannabis and Cannabinoid Research. 5 (4), 326-336 (2020).</li><li>Al-Ghezi, Z. Z., Miranda, K., Nagarkatti, M., Nagarkatti, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combination+of+cannabinoids,+delta+9-+tetrahydrocannabinol+and+cannabidiol,+ameliorates+experimental+multiple+sclerosis+by+suppressing+neuroinflammation+through+regulation+of+miRNA-mediated+signaling+pathways.">Combination of cannabinoids, delta 9- tetrahydrocannabinol and cannabidiol, ameliorates experimental multiple sclerosis by suppressing neuroinflammation through regulation of miRNA-mediated signaling pathways.</a> Frontiers in Immunology. 10, 1921 (2019).</li><li>Seltzer, E. S., Watters, A. K., MacKenzie, D., Granat, L. M., Zhang, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabidiol+(CBD)+as+a+promising+anti-cancer+drug.">Cannabidiol (CBD) as a promising anti-cancer drug.</a> Cancers (Basel). 12 (11), 3203 (2020).</li><li>Garcia-Morales, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CBD+reverts+the+mesenchymal+invasive+phenotype+of+breast+cancer+cells+induced+by+the+inflammatory+cytokine+IL-1beta).">CBD reverts the mesenchymal invasive phenotype of breast cancer cells induced by the inflammatory cytokine IL-1beta).</a> International Journal of Molecular Sciences. 21 (7), 2429 (2020).</li><li>Jeong, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabidiol+promotes+apoptosis+via+regulation+of+XIAP/Smac+in+gastric+cancer.">Cannabidiol promotes apoptosis via regulation of XIAP/Smac in gastric cancer.</a> Cell Death and Disease. 10 (11), 846 (2019).</li><li>Devinsky, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Open-label+use+of+highly+purified+CBD+(Epidiolex&#174;)+in+patients+with+CDKL5+deficiency+disorder+and+Aicardi,+Dup15q,+and+Doose+syndromes.">Open-label use of highly purified CBD (Epidiolex&#174;) in patients with CDKL5 deficiency disorder and Aicardi, Dup15q, and Doose syndromes.</a> Epilepsy &amp; Behavior. 86, 131-137 (2018).</li><li>de la Harpe, A., Beukes, N., Frost, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CBD+activation+of+TRPV1+induces+oxidative+signaling+and+subsequent+ER+stress+in+breast+cancer+cell+lines.">CBD activation of TRPV1 induces oxidative signaling and subsequent ER stress in breast cancer cell lines.</a> Biotechnology and Applied Biochemistry. , (2021).</li><li>Gasparyan, A., Navarrete, F., Manzanares, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabidiol+and+sertraline+regulate+behavioral+and+brain+gene+expression+alterations+in+an+animal+model+of+PTSD.">Cannabidiol and sertraline regulate behavioral and brain gene expression alterations in an animal model of PTSD.</a> Frontiers in Pharmacology. 12, 694510 (2021).</li><li>Aso, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabidiol-enriched+extract+reduced+the+cognitive+impairment+but+not+the+epileptic+seizures+in+a+Lafora+disease+animal+model.">Cannabidiol-enriched extract reduced the cognitive impairment but not the epileptic seizures in a Lafora disease animal model.</a> Cannabis and Cannabinoid Research. 5 (2), 150-163 (2020).</li><li>Kadam, R. A., Borde, S. U., Madas, S. A., Salvi, S. S., Limaye, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+in+recruitment+and+retention+of+clinical+trial+subjects.">Challenges in recruitment and retention of clinical trial subjects.</a> Perspectives in Clinical Research. 7 (3), 137-143 (2016).</li><li>Kaur, G., Dufour, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+lines:+Valuable+tools+or+useless+artifacts.">Cell lines: Valuable tools or useless artifacts.</a> Spermatogenesis. 2 (1), 1-5 (2012).</li><li>Alves, P., Amaral, C., Teixeira, N., Correia-da-Silva, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabidiol+disrupts+apoptosis,+autophagy+and+invasion+processes+of+placental+trophoblasts.">Cannabidiol disrupts apoptosis, autophagy and invasion processes of placental trophoblasts.</a> Archives of Toxicology. , (2021).</li><li>. Trophoblast Available from: <a target="_blank" href="https://en.wikipedia.org/wiki/Trophoblast">https://en.wikipedia.org/wiki/Trophoblast</a> (2021)</li><li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabinoids+inhibited+pancreatic+cancer+via+P-21+activated+kinase+1+mediated+pathway.">Cannabinoids inhibited pancreatic cancer via P-21 activated kinase 1 mediated pathway.</a> International Journal of Molecular Sciences. 21 (21), 8035 (2020).</li><li>Jeong, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabidiol-induced+apoptosis+is+mediated+by+activation+of+Noxa+in+human+colorectal+cancer+cells.">Cannabidiol-induced apoptosis is mediated by activation of Noxa in human colorectal cancer cells.</a> Cancer Letters. 447, 12-23 (2019).</li><li>Capes-Davis, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+lines+as+biological+models:+Practical+steps+for+more+reliable+research.">Cell lines as biological models: Practical steps for more reliable research.</a> Chemical Research in Toxicology. 32 (9), 1733-1736 (2019).</li><li>Chuang, S. H., Westenbroek, R. E., Stella, N., Catterall, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+antiseizure+efficacy+of+cannabidiol+and+clonazepam+in+a+conditional+mouse+model+of+Dravet+syndrome.">Combined antiseizure efficacy of cannabidiol and clonazepam in a conditional mouse model of Dravet syndrome.</a> Journal of Experimental Neurology. 2 (2), 81-85 (2021).</li><li>Orvos, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+electrophysiological+effect+of+cannabidiol+on+hERG+current+and+in+guinea-pig+and+rabbit+cardiac+preparations.">The electrophysiological effect of cannabidiol on hERG current and in guinea-pig and rabbit cardiac preparations.</a> Scientific Reports. 10 (1), 16079 (2020).</li><li>Verrico, C. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+randomized,+double-blind,+placebo-controlled+study+of+daily+cannabidiol+for+the+treatment+of+canine+osteoarthritis.">A randomized, double-blind, placebo-controlled study of daily cannabidiol for the treatment of canine osteoarthritis.</a> Pain. 161 (9), 2191-2202 (2020).</li><li>Barata, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuroprotection+by+cannabidiol+and+hypothermia+in+a+piglet+model+of+newborn+hypoxic-ischemic+brain+damage.">Neuroprotection by cannabidiol and hypothermia in a piglet model of newborn hypoxic-ischemic brain damage.</a> Neuropharmacology. 146, 1-11 (2019).</li><li>Beardsley, P. M., Scimeca, J. A., Martin, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+on+the+agonistic+activity+of+delta+9-11-tetrahydrocannabinol+in+mice,+dogs+and+rhesus+monkeys+and+its+interactions+with+delta+9-tetrahydrocannabinol.">Studies on the agonistic activity of delta 9-11-tetrahydrocannabinol in mice, dogs and rhesus monkeys and its interactions with delta 9-tetrahydrocannabinol.</a> Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 241 (2), 521-526 (1987).</li><li>Ryan, D., McKemie, D. S., Kass, P. H., Puschner, B., Knych, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pharmacokinetics+and+effects+on+arachidonic+acid+metabolism+of+low+doses+of+cannabidiol+following+oral+administration+to+horses.">Pharmacokinetics and effects on arachidonic acid metabolism of low doses of cannabidiol following oral administration to horses.</a> Drug Testing and Analysis. 13 (7), 1305-1317 (2021).</li><li>Bryda, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Mighty+Mouse:+The+impact+of+rodents+on+advances+in+biomedical+research.">The Mighty Mouse: The impact of rodents on advances in biomedical research.</a> Missouri Medicine. 110 (3), 207-211 (2013).</li><li>Qi, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CBD+promotes+oral+ulcer+healing+via+inhibiting+CMPK2-mediated+inflammasome.">CBD promotes oral ulcer healing via inhibiting CMPK2-mediated inflammasome.</a> Journal of Dental Research. , (2021).</li><li>Mastinu, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prosocial+effects+of+nonpsychotropic+Cannabis+sativa+in+mice.">Prosocial effects of nonpsychotropic Cannabis sativa in mice.</a> Cannabis and Cannabinoid Research. , (2021).</li><li>Justice, M. J., Dhillon, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+the+mouse+to+model+human+disease:+increasing+validity+and+reproducibility.">Using the mouse to model human disease: increasing validity and reproducibility.</a> Disease Models &amp; Mechanisms. 9 (2), 101-103 (2016).</li><li>Andre, R. G., Wirtz, R. A., Das, Y. T., An, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Insect Models for Biomedical Research. , 61-72 (1989).</li><li>He, J., Tan, A. M. X., Ng, S. Y., Rui, M., Yu, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabinoids+modulate+food+preference+and+consumption+in+Drosophila+melanogaster.">Cannabinoids modulate food preference and consumption in Drosophila melanogaster.</a> Scientific Reports. 11 (1), 4709 (2021).</li><li>Kanost, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multifaceted+biological+insights+from+a+draft+genome+sequence+of+the+tobacco+hornworm+moth,+Manduca+sexta.">Multifaceted biological insights from a draft genome sequence of the tobacco hornworm moth, Manduca sexta.</a> Insect Biochemistry and Molecular Biology. 76, 118-147 (2016).</li><li>Park, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contrasting+roles+of+cannabidiol+as+an+insecticide+and+rescuing+agent+for+ethanol-induced+death+in+the+tobacco+hornworm+Manduca+sexta.">Contrasting roles of cannabidiol as an insecticide and rescuing agent for ethanol-induced death in the tobacco hornworm Manduca sexta.</a> Scientific Reports. 9 (1), 10481 (2019).</li><li>Tukey, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparing+individual+means+in+the+analysis+of+variance.">Comparing individual means in the analysis of variance.</a> Biometrics. 5 (2), 99-114 (1949).</li><li>Mantel, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+survival+data+and+two+new+rank+order+statistics+arising+in+its+consideration.">Evaluation of survival data and two new rank order statistics arising in its consideration.</a> Cancer Chemotherapy Reports. 50 (3), 163-170 (1966).</li><li>Watts, S., Kariyat, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Picking+sides:+Feeding+on+the+abaxial+leaf+surface+is+costly+for+caterpillars.">Picking sides: Feeding on the abaxial leaf surface is costly for caterpillars.</a> Planta. 253 (4), 77 (2021).</li><li>McPartland, J. M., Agraval, J., Gleeson, D., Heasman, K., Glass, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabinoid+receptors+in+invertebrates.">Cannabinoid receptors in invertebrates.</a> Journal of Evolutionary Biology. 19 (2), 366-373 (2006).</li></ol>

أظهرت دراسة التغذية أن الجرعات العالية من اتفاقية التنوع البيولوجي (2 ملليمتر) منعت نمو الحشرة وزادت من الوفيات31. أظهر نموذج الحشرات أيضا حساسية للإيثانول. ومع ذلك ، فإن اتفاقية التنوع البيولوجي تزيل السموم بشكل فعال من سمية الإيثانول ، مما زاد من معدل بقائها على قيد الحياة ، ?...

على مدى السنوات الماضية ، تركز اهتمام الجمهور على القنب بسبب إمكاناته العلاجية ، بما في ذلك علاج الصرع1 ومرض باركنسون2 والتصلب المتعدد3 وأشكال مختلفة من السرطان4،5،6 مع الكانابيديول (CBD). نظرا لأن القنب يتم تقنينه كسلعة زراعية في قانون التحسين الزراعي لعام 2018 ، والقانون العام 115-334 (مشروع قانون المزرعة لعام 2018) ، فقد زاد القنب ومشتقاته من القنب في الصناعات الغذائية ومستحضرات التجميل والصناعات الدوائية بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك ، تم اختبار العزلات السريرية من القنب الفردي ومخاليط القنب بنجاح في البشر7 ، وخطوط الخلايا5،8 ، وأنظمة النماذج الحيوانية المتنوعة9،10.
ستكون التجربة السريرية مثالية للتحقق من فعالية القنب وآثاره الضارة على مرض معين. ومع ذلك ، هناك العديد من التحديات في التجارب السريرية ، بما في ذلك الموافقة الأخلاقية / IRB ، والتوظيف ، والاحتفاظ بالموضوعات11. للتغلب على هذه العقبات، تم استخدام خطوط الخلايا البشرية المختلفة لأن خطوط الخلايا المشتقة من الإنسان فعالة من حيث التكلفة، وسهلة التعامل معها، ويمكن أن تتجاوز القضايا الأخلاقية، وتوفر نتائج متسقة وقابلة للتكرار لأن خطوط الخلايا هي "مجموعة نقية من الخلايا التي ليس لديها تلوث متبادل للخلايا والمواد الكيميائية الأخرى"12.
اختبر Alves et al. (2021)13 CBD بطريقة تعتمد على الجرعة في الأرومات الغاذية المشيمة ، وهي خلايا متخصصة في المشيمة تلعب دورا أساسيا في زرع الجنين والتفاعل مع رحم الأم المختل14. أظهرت نتائجهم أن اتفاقية التنوع البيولوجي تسببت في فقدان صلاحية الخلية ، واضطراب تطور دورة الخلية ، وتحريض موت الخلايا المبرمج. وتبين هذه الملاحظات الآثار السلبية المحتملة لتعاطي القنب من جانب النساء الحوامل(13). وبالمثل ، تم استخدام سلسلة من خطوط الخلايا أيضا لفحص الآثار الدوائية لاتفاقية التنوع البيولوجي في الأمراض البشرية ، ولا سيما أشكال مختلفة من السرطان. أظهرت الدراسات المخبرية بنجاح تأثيرات مضادة للسرطان في خلايا سرطان البنكرياس15 والثدي8 وسرطان القولون والمستقيم16. ومع ذلك ، في حين أن خطوط الخلايا المحددة مثل HeLa و HEK293 متاحة على نطاق واسع وسهلة التعامل معها ، إلا أنها عرضة للتغيرات الجينية والمظهرية بسبب التغيرات في ظروف نموها أو التعامل معها17.
في أبحاث القنب ، تم استخدام العديد من أنظمة النماذج الحيوانية ، بدءا من الحيوانات الصغيرة مثل mouse18 و guinea-pig19 و rabbit19 إلى الحيوانات الكبيرة مثل canine20 و piglet21 و monkey22 و horse23 ، لاستكشاف الآثار العلاجية غير المعروفة. كانت الفئران أكثر أنظمة النماذج الحيوانية تفضيلا لأبحاث القنب بسبب تشابهها التشريحي والفسيولوجي والجيني مع البشر24. الأهم من ذلك ، أن الفئران لديها مستقبلات CB1/2 في نظامها العصبي ، والتي توجد في البشر. كما أن لديها دورة حياة أقصر من البشر ، مع سهولة الصيانة والموارد الوراثية الوفيرة ، مما يجعل من الأسهل بكثير مراقبة آثار القنب طوال دورة الحياة بأكملها. يستخدم نظام الثدييات على نطاق واسع وقد أثبت بنجاح أن اتفاقية التنوع البيولوجي تخفف من اضطرابات النوبات1 ، واضطراب ما بعد الصدمة9 ، وقرحة الفم25 ، والأعراض الشبيهة بالخرف10. كما مكن نموذج الفأر من إجراء دراسة للتفاعل الاجتماعي للأفراد داخل مجتمع صعب للغاية في الحيوانات الكبيرة والبشر26.
على الرغم من جميع مزايا نظام النموذج الحيواني ، إلا أنه لا يزال مكلفا ويتطلب عناية مركزة أثناء إعطاء الدواء وجمع البيانات. بالإضافة إلى ذلك ، هناك تدقيق في استخدام الفئران في البحث بسبب عدم إمكانية التكرار وسوء تلخيص الظروف البشرية بسبب القيود المفروضة على التصميم التجريبي والصرامة27.
مع تزايد الطلب على الدراسات الطبية / ما قبل السريرية للقنب ، هناك حاجة إلى نظام نموذجي غير الثدييات. تمنح نماذج اللافقاريات تقليديا فوائد مميزة على نماذج الفقاريات. وتشمل الفوائد الهامة سهولة وانخفاض تكلفة تربية العديد من العينات وتمكين الباحثين من مراقبة أجيال متعددة من السكان المتجانسين وراثيا28. أثبتت دراسة حديثة أن ذبابة الفاكهة ، ذبابة الفاكهة الميلانوغاستر ، هي نظام نموذج حشري فعال للتحقيق في الوظائف الدوائية للقنب في تعديل سلوكيات التغذية29. من بين أنظمة نماذج الحشرات ، ركز المؤلفون على دودة قرن التبغ ، Manduca sexta ، المعروفة أيضا باسم عثة أبو الهول كارولينا أو عثة الصقر ، كنظام نموذج حشري جديد لأبحاث القنب.
ينتمي Manduca sexta إلى عائلة Sphingidae. الحشرة هي الآفة النباتية الأكثر شيوعا في جنوب الولايات المتحدة ، حيث تتغذى على النباتات الباذنجانية. يتمتع نموذج الحشرات بتاريخ طويل في البحث في فسيولوجيا الحشرات والكيمياء الحيوية والبيولوجيا العصبية ودراسات التفاعل الدوائي. تتضمن محفظة أبحاث ماندوكا سيكستا مسودة تسلسل الجينوم، مما يسمح بفهم العمليات الخلوية الأساسية على المستوى الجزيئي30. فائدة حاسمة أخرى لهذا النظام النموذجي هي حجمه الكبير ، حيث يصل طوله إلى أكثر من 100 مم ووزنه 10 جم في 18-25 يوما من تطور اليرقات. يتيح الحجم الكبير للباحثين مراقبة التغيرات المورفولوجية والسلوكية بسهولة في الوقت الفعلي استجابة لعلاج اتفاقية التنوع البيولوجي. أيضا ، بسبب الحجم ، تم فحص الاستجابات الكهروفسيولوجية مع الجهاز العصبي البطني ، بما في ذلك العقد التي تم تشريحها من اليرقات دون إعدادات مجهر عالية الدقة. تسمح الميزة الفريدة للباحثين بالتحقيق بسهولة في الاستجابات الحادة والطويلة الأجل للقنب (القنب) الذي يتم إعطاؤه.
على الرغم من هذا التنوع ، لم يتم استكشاف M. sexta إلا مؤخرا لملاءمته كنموذج تجريبي لدراسات القنب والقنب. في عام 2019 ، استخدم المؤلفون نظام نموذج الحشرات لأول مرة لمعالجة الفرضية القائلة بأن القنب قد تطور لإنتاج الكانابيديول لحماية نفسه من الحيوانات العاشبة الحشرية30,31. وأظهرت النتيجة بوضوح أن النباتات استغلت اتفاقية التنوع البيولوجي كرادع للتغذية ومنعت نمو حشرة الآفات M. sexta caterpillar ، فضلا عن التسبب في زيادة الوفيات31. وأظهرت الدراسة أيضا آثار إنقاذ اتفاقية التنوع البيولوجي على يرقات الإيثانول المخمورة ، وتحديد تأثير السيارة المحتمل للإيثانول كحامل لاتفاقية التنوع البيولوجي. كما هو موضح ، قام نظام نموذج الحشرات بالتحقيق بفعالية في الآثار العلاجية للقنب في غضون 3-4 أسابيع مع عمالة وتكاليف أقل من الأنظمة الحيوانية الأخرى. على الرغم من أن نموذج الحشرات يفتقر إلى مستقبلات القنب (أي عدم وجود مستقبلات CB1/2) ، فإن النظام النموذجي يوفر أداة قيمة لفهم الأدوار الدوائية للقنب من خلال طريقة مستقلة عن مستقبلات القنب.
عمل مؤلفو هذه الدراسة سابقا مع دودة قرن التبغ كنظام نموذجي لأبحاث القنب31. بعد دراسة متأنية لفوائد ومخاطر استخدام M. sexta ، قدمنا طريقة تنطوي على الرعاية المناسبة وإعداد النظام الغذائي للتجارب قبل السريرية التي تسمح بفرص للاستخدام المختبري قبل السريري في المستقبل.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Analytic balance</td>
			<td>Mettler Instrument Corp.</td>
			<td>AE100S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cannabidiol isolate (&#62;99.4%)</td>
			<td>Lilu&#39;s Garden</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cheesecloth</td>
			<td>VWR INTERNATIONAL</td>
			<td>470150-438</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning 50mL clear polypropylene (PP) centrifuge tubes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89093-192</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl Alcohol, 200 Proof</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>EX0276-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fear conditioning chamber</td>
			<td>Coulbourn Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insect rearing chamber</td>
			<td>Darwin Chambers</td>
			<td>INR034</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medium chain triglycerides (MCT) oil</td>
			<td>Walmart</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motion detection software (Actimetrics)</td>
			<td>Coulbourn Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene petri dish (120 mm x 120 mm x 17mm)</td>
			<td>VWR INTERNATIONAL</td>
			<td>688161</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tobacco hormworm artificial diet</td>
			<td>Carolina Biological Supply Company</td>
			<td>Item # 143908</td>
			<td>Ready-To-Use-Hornworm-Diet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tobacco hormworm eggs</td>
			<td>Carolina Biological Supply Company</td>
			<td>Item # 143880</td>
			<td>Unit of 30-50</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

tobacco hornworm as an insect model system for cannabinoid pre-clinical studies

مع زيادة الاهتمام بالقنب في الطب ، تم استخدام العديد من الكائنات الحية النموذجية للثدييات لتوضيح وظائفها الصيدلانية غير المعروفة. ومع ذلك ، لا تزال هناك العديد من الصعوبات في أبحاث الثدييات ، مما يستلزم تطوير كائنات حية نموذجية غير ثديية لأبحاث القنب. يقترح المؤلفون دودة قرن التبغ Manduca sexta كنظام نموذجي جديد للحشرات. يوفر هذا البروتوكول معلومات حول إعداد النظام الغذائي الاصطناعي بكميات متفاوتة من الكانابيديول (CBD) ، وإنشاء بيئة زراعية ، ومراقبة التغيرات الفسيولوجية والسلوكية استجابة لعلاج اتفاقية التنوع البيولوجي. باختصار ، عند تلقي بيض الدودة القرنية ، سمح للبيض 1-3 أيام عند 25 درجة مئوية في دورة 12:12 فاتحة مظلمة للفقس قبل توزيعها عشوائيا في السيطرة (نظام غذائي اصطناعي قائم على جرثومة القمح; AD) ، مركبة (AD + 0.1 ٪ زيت الدهون الثلاثية متوسطة السلسلة ؛ زيت MCT) ومجموعات العلاج (AD + 0.1٪ MCT + 1 mM أو 2 mM من CBD). بمجرد إعداد الوسائط ، تم وضع يرقات 1st instar بشكل فردي في أنبوب اختبار سعة 50 مل مع عصا سيخ خشبية ، ثم تم تغطية أنبوب الاختبار بقماش قطني. تم أخذ القياسات في فترات 2 أيام للاستجابات الفسيولوجية والسلوكية لإدارة اتفاقية التنوع البيولوجي. يسمح إجراء الزراعة البسيط هذا للباحثين باختبار عينات كبيرة في تجربة معينة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن دورات الحياة القصيرة نسبيا تمكن الباحثين من دراسة تأثير علاجات القنب على مدى أجيال متعددة من السكان المتجانسين ، مما يسمح للبيانات بدعم التصميم التجريبي في الكائنات الحية النموذجية للثدييات العليا.

ماندوكا سيكستا كنظام نموذجي لفحص سمية القنب يوضح الشكل 1 المكونات الرئيسية لتجربة اتفاقية التنوع البيولوجي باستخدام دودة قرن التبغ Manduca sexta. تم تربية أعداد كبيرة من الحشرات (>20) بشكل فردي عند 25 درجة مئوية على 12 ساعة: 12 ساعة = الضوء: دورة مظلمة. تم ?...

Watch this Scientific Journal Video about Tobacco Hornworm as an Insect Model System for Cannabinoid Pre-clinical Studies at JoVE.com

Tobacco Hornworm as an Insect Model System for Cannabinoid Pre-clinical Studies

يوفر البروتوكول الحالي معلومات تعليمية لاستخدام دودة قرن التبغ Manduca sexta في أبحاث القنب. تتضمن الطريقة الموضحة هنا جميع الإمدادات والبروتوكولات اللازمة لرصد التغيرات الفسيولوجية والسلوكية لنموذج الحشرات استجابة لعلاج الكانابيديول (CBD).

دودة قرن التبغ كنظام نموذجي للحشرات للدراسات ما قبل السريرية للقنب

With increased attention on cannabinoids in medicine, several mammalian model organisms have been used to elucidate their unknown pharmaceutical ...

يقترح البروتوكول استخدام دودة قرن التبغ كنظام نموذجي للحشرات للدراسات قبل السريرية للقنب. يسمح هذا النظام للباحثين بالتحقيق في الاستجابات الحادة والطويلة الأجل للقنب بسهولة. يمكن نظام نموذج الحشرات الباحثين من التحقيق في الآثار العلاجية للقنب في عدد كبير من السكان في غضون ثلاثة إلى أربعة أسابيع مع عمالة وتكاليف أقل من الأنظمة الحيوانية الأخرى.احصل على 150 إلى 200 بيضة M.sexta قابلة للحياة ووجبات غذائية اصطناعية قائمة على جرثومة القمح. ضع بيض الدودة القرنية في طبق بتري من البوليسترين مع طبقة حمية اصطناعية قائمة على جرثومة القمح وانقل البيض إلى غرفة تربية الحشرات التي يتم الحفاظ عليها عند 25 درجة مئوية مع رطوبة نسبية تتراوح بين 40 و 60٪. اسمح للبيض بالفقس لمدة يوم إلى ثلاثة أيام داخل غرفة تربية الحشرات.لإعداد محلول مخزون الكانابيديول 200 ملليمولار ، أضف 1.26 جرام من عزل الكانابيديول الأكثر نقاء بنسبة 98٪ في 20 ملليلتر من الإيثانول أو 100٪ من زيت الدهون الثلاثية متوسط السلسلة. أضف خمسة ملليلترات و 10 ملليلترات من محلول مخزون الكانابيديول 200 ملليمولار إلى 1000 جرام من نظام غذائي اصطناعي لمليمولار واحد واثنين من ملليمولار من الكانابيديول ، على التوالي. قم بتوزيع 20 جراما من مركبة التحكم والوسائط المحتوية على الكانابيديول في الجزء السفلي من الأنبوب سعة 50 ملليلتر.قم بتوزيع ما يقرب من يرقات النجمة الأولى التي يبلغ طولها مليمترين بشكل عشوائي بشكل فردي في أنبوب اختبار سعة 50 ملليلتر وتغطيتها بغطاء مثقب أو قماش قطني. قم بزراعتها داخل غرفة تربية الحشرات التي يتم الحفاظ عليها عند 25 درجة مئوية مع دورة ضوء مظلمة مدتها 12 ساعة. لقياس نمو اليرقات ، سجل الكتلة والحجم الأوليين لكل مجموعة بتوازن تحليلي ومسطرة ، على التوالي ، وأدخل اليرقات إلى وجباتها الغذائية.اطرح كتلة اليرقات في كل قياس على فترات يومين من الكتلة الأولية لتحديد مكاسب الكتلة بين مراحل نمو اليرقات. أيضا ، سجل عدد الأيام بين مراحل النمو instar لفهم الاختلافات في الإطار الزمني التنموي حتى الجرو. لقياس استهلاك النظام الغذائي ، سجل الجرامات الأولية من النظام الغذائي في البداية في التجربة واطرحها من الكمية المتبقية من النظام الغذائي عندما دخلت اليرقات مرحلة الجرو الكاملة.لقياس حركة اليرقات ، اسمح للحشرة الخاضعة بالتأقلم مع غرفة تكييف الخوف لمدة خمس دقائق على الأقل وتتبع المسافات التي قطعتها المجموعات الثلاث من الحشرات النجمية الخامسة لمدة خمس دقائق. ثم قم بتشغيل برنامج اكتشاف الحركة لتحليل استجابة التنقل. أظهرت الحشرات التي تربت على نظام غذائي اصطناعي أفضل أداء للنمو.كما أظهر التحكم في السيارة الذي استخدم زيت الدهون الثلاثية متوسط السلسلة بنسبة 0.1٪ كعامل إذابة لعزل CBD نموا طبيعيا دون أي آثار ضارة. ومع ذلك ، فإن جرعة عالية من CBD من اثنين ملليمتر تسببت في فقدان الوزن وأدت إلى معدل وفيات أعلى من مجموعات التحكم والمركبات. استهلكت يرقات M.sexta التي تربى على AD مع ملليمتر واحد CBD ما لا يقل عن 3.1 مرات من النظام الغذائي الذي تم تربيته على نظام غذائي مضاف إليه الإيثانول.ومع ذلك ، فإن استهلاك النظام الغذائي للحشرات التي تربى على وسائط مضافة من مليمولار CBD لم يكن مختلفا اختلافا كبيرا عن اليرقات التي تربى على الوجبات الغذائية التي تحتوي على الإيثانول فقط. يظهر المؤشر المحمول ليرقة M.sexta التي تربى في ظروف مختلفة أن 1٪ من الإيثانول واليرقات المعالجة باتفاقية التنوع البيولوجي الملليمولار الواحدة لم تؤثر على الحركة. تبين أن علاجات الإيثانول بنسبة 2٪ قاتلة.إضافة جرعة عالية من CBD إلى AD تحتوي على 2 ٪ من الإيثانول استعادت انخفاض الحركة. بمجرد إضافة CBD إلى الوجبات الغذائية ، قم بتجانس خليط CBD الغذائي تماما وزراعة الحشرات في غرفة تربية الحشرات التي يتم الحفاظ عليها عند 25 درجة مئوية مع رطوبة تتراوح من 40 إلى 60٪ لتجنب تفشي الفطريات. يمكن أيضا مراقبة الاستجابات الكهروفسيولوجية باستخدام عقد السلسلة البطنية التي تم تشريحها من Manduca sexta لتحديد ما إذا كانت اتفاقية التنوع البيولوجي تؤثر على الجهاز العصبي المركزي لدودة قرن التبغ.سيمكن نظام نموذج الحشرات الباحثين من استكشاف الأدوار الصيدلانية للقنب الرئيسي والثانوي الآخر من خلال الاختبار على مدى أجيال متعددة ، مما يسمح بتصميم تجريبي في الثدييات العليا.

Research

JoVE Journal

Biology

Genetic Studies of Human DNA Repair Proteins Using Yeast as a Model System 

الدراسات الجينية البشرية البروتينات إصلاح الحمض النووي باستخدام خميرة كنظام النموذجي

Understanding the roles of human DNA repair proteins in genetic pathways is a formidable challenge to many researchers.  Genetic studies in mammalian ...

Characterizing Herbivore Resistance Mechanisms: Spittlebugs on Brachiaria spp. as an Example

Characterizing Herbivore Resistance Mechanisms: Spittlebugs on Brachiaria spp. as an Example

توصيف آليات المقاومة آكل النبات : Spittlebugs على Brachiaria النيابة. كمثال

Plants can resist herbivore damage through three broad mechanisms: antixenosis, antibiosis and tolerance1. Antixenosis is the degree to which the plant is ...

Using Caenorhabditis elegans as a Model System to Study Protein Homeostasis in a Multicellular Organism

Using Caenorhabditis elegans as a Model System to Study Protein Homeostasis in a Multicellular Organism

The folding and assembly of proteins is essential for protein function, the long-term health of the cell, and longevity of the organism. Historically, the ...

Efficient Production and Purification of Recombinant Murine Kindlin-3 from Insect Cells for Biophysical Studies

كفاءة الإنتاج وتنقية المؤتلف الفئران Kindlin-3 من خلايا الحشرات للدراسات البيوفيزيائية

Kindlins are essential coactivators, with talin, of the cell surface receptors&#160;integrins and also participate in integrin outside-in signalling, and ...

An Experimental and Bioinformatics Protocol for RNA-seq Analyses of Photoperiodic Diapause in the Asian Tiger Mosquito, Aedes albopictus

An Experimental and Bioinformatics Protocol for RNA-seq Analyses of Photoperiodic Diapause in the Asian Tiger Mosquito, Aedes albopictus

والتجريبية وبروتوكول المعلوماتية الحيوية لتحليل-RNA وما يليها من دور التعرض للضوء الكمون في النمر الآسيوي البعوض،<em&gt; بحمى الضنك</em

Photoperiodic diapause is an important adaptation that allows individuals to escape harsh seasonal environments via a series of physiological changes, ...

Imaging Spatial Reorganization of a MAPK Signaling Pathway Using the Tobacco Transient Expression System

التصوير إعادة التنظيم المكاني لMAPK اشارة المسار باستخدام نظام التعبير عابر التبغ

Visualization of dynamic signaling events in live cells has been a challenge. We expanded an established transient expression system, the biomolecular ...

Establishment of an Extracellular Acidic pH Culture System

إنشاء درجة الحموضة خارج الخلية الحمضية منظومة الثقافة

Conditions of the tumor microenvironment, such as hypoxia or nutrient starvation, play critical roles in cancer progression and malignancy. However, the ...

Experimental Protocol for Using Drosophila As an Invertebrate Model System for Toxicity Testing in the Laboratory

Experimental Protocol for Using Drosophila As an Invertebrate Model System for Toxicity Testing in the Laboratory

بروتوكول تجريبي لاستخدام المورفولوجية كنظام نموذجي اللافقاريات لاختبار السمية في المختبر

Emergent properties and external factors (population-level and ecosystem-level interactions, in particular) play important roles in mediating ...

Mass Spectrometry Analysis to Identify Ubiquitylation of EYFP-tagged CENP-A (EYFP-CENP-A)

Mass Spectrometry Analysis to Identify Ubiquitylation of EYFP-tagged CENP-A EYFP-CENP-A

تحليل قياس الطيف الكتلي لتحديد Ubiquitylation من EYFP الموسومة CENP-A (EYFP-CENP-A)

Studying the structure and the dynamics of kinetochores and centromeres is important in understanding chromosomal instability (CIN) and cancer ...

Preparing and Injecting Embryos of Culex Mosquitoes to Generate Null Mutations using CRISPR/Cas9

Preparing and Injecting Embryos of Culex Mosquitoes to Generate Null Mutations using CRISPR/Cas9

إعداد وحقن أجنة البعوض Culex لتوليد الطفرات فارغة باستخدام CRISPR / Cas9

Culex mosquitoes are the major vectors of several diseases that negatively impact human and animal health including West Nile virus and diseases caused by ...