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

Это исследование было поддержано Институтом исследований каннабиса при Университете штата Колорадо-Пуэбло и Министерством науки и ИКТ (2021-DD-UP-0379), а также городом Чхунчхон (Hemp R&D and industrialization, 2020-2021).

1. Препарат рогового червя и лечение каннабидиолом
<ol><li>Получить 150-200 жизнеспособных М. искусственные диеты на основе яиц секста и зародышей пшеницы (см. Таблицу материалов).</li>
	<li>Поместите яйца рогатого червя в полистирольную чашку Петри со слоем искусстве?...

<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>

Исследование кормления показало, что высокие дозы КБД (2 мМ) ингибируют рост насекомого и увеличивают смертность31. Модель насекомых также показала чувствительность к этанолу; однако КБД эффективно детоксифицировал токсичность этанола, увеличивая их выживаемость, потребл?...

В последние годы внимание общественности было сосредоточено на каннабиноидах из-за их терапевтического потенциала, включая лечение эпилепсии1, болезни Паркинсона2, рассеянного склероза3 и различных форм рака4,5,6 с помощью каннабидиола (CBD). Поскольку каннабис легализован как сельскохозяйственный товар в Законе об улучшении сельского хозяйства 2018 года, Публичном законе 115-334 (Законопроект о фермах 2018 года), каннабис и его каннабиноидные производные в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности экспоненциально увеличились. Кроме того, клинические изоляты одиночных каннабиноидов и каннабиноидных смесей были успешно протестированы на людях7, клеточных линиях5,8 и различных модельных системах животных9,10.
Клиническое испытание было бы идеальным для подтверждения эффективности и неблагоприятного воздействия каннабиноидов на конкретное заболевание. Тем не менее, существует множество проблем в клинических испытаниях, включая этическое / IRB одобрение, набор и удержание субъектов11. Чтобы преодолеть эти препятствия, были использованы различные клеточные линии человека, потому что клеточные линии человеческого происхождения экономически эффективны, просты в обращении, могут обходить этические проблемы и обеспечивать последовательные и воспроизводимые результаты, поскольку клеточные линии представляют собой «чистую популяцию клеток, которые не имеют перекрестного загрязнения других клеток и химических веществ»12.
Alves et al. (2021)13 протестировали КБД дозозависимым образом в плацентарных трофобластах, которые являются специализированными клетками плаценты, играющими важную роль в имплантации эмбриона и взаимодействии с децидуализированной материнской маткой14. Их результаты показали, что КБД вызывает потерю жизнеспособности клеток, нарушение прогрессирования клеточного цикла и индукцию апоптоза. Эти наблюдения демонстрируют потенциальные негативные последствия употребления каннабиса беременными женщинами13. Аналогичным образом, ряд клеточных линий также использовался для изучения фармакологических эффектов КБД при заболеваниях человека, в частности, различных формах рака. Исследования in vitro успешно продемонстрировали противораковые эффекты в клетках рака поджелудочной железы15, молочной железы8 и колоректального рака16. Однако, будучи широко доступными и простыми в обращении, конкретные клеточные линии, такие как HeLa, HEK293, склонны к генетическим и фенотипическим изменениям из-за изменений в условиях их роста или обработки17.
В исследованиях каннабиса различные системы моделей животных, начиная от мелких животных, таких как мышь18, морская свинка19 и кролик19, до крупных животных, таких как собака20, поросенок21, обезьяна22, лошадь23, были использованы для изучения неизвестных терапевтических эффектов. Мыши были наиболее предпочтительной модельной системой на животных для исследований каннабиноидов из-за их анатомического, физиологического и генетического сходства с людьми24. Самое главное, что мыши имеют рецепторы CB1/2 в своей нервной системе, которые присутствуют у людей. Они также имеют более короткий жизненный цикл, чем люди, с более легким обслуживанием и обильными генетическими ресурсами, что значительно облегчает мониторинг воздействия каннабиноидов на протяжении всего жизненного цикла. Система млекопитающих широко используется и успешно продемонстрировала, что КБД снимает судорожные расстройства1, посттравматическое стрессовое расстройство9, язвы полости рта25 и симптомы, подобные деменции10. Мышиная модель также позволила изучить социальное взаимодействие людей в сообществе, что чрезвычайно сложно у крупных животных и людей26.
Несмотря на все преимущества системы моделирования животных, она по-прежнему является дорогостоящей и требует интенсивной терапии во время введения лекарств и сбора данных. Кроме того, существует тщательное изучение использования мышей в исследованиях из-за невоспроизводимости и плохой рекапитуляции человеческих условий из-за ограничений в экспериментальном дизайне и строгости27.
С ростом спроса на медицинские/доклинические исследования каннабиноидов необходима модельная система, не относящаяся к млекопитающим. Модели беспозвоночных традиционно давали отличительные преимущества по сравнению с моделями позвоночных. Значительные преимущества включают в себя простоту и низкую стоимость выращивания многих образцов и возможность исследователей контролировать несколько поколений генетически однородных популяций28. Недавнее исследование доказало, что плодовая муха, Drosophila melanogaster, является эффективной модельной системой насекомых для изучения фармакологических функций каннабиноидов в модуляции пищевого поведения29. Среди модельных систем насекомых авторы сосредоточились на табачном рогатом черве, Manduca sexta, также известном как каролинская сфинксовая моль или ястребиная моль, в качестве новой системы моделей насекомых для исследований каннабиноидов.
Manduca sexta принадлежит к семейству Sphingidae. Насекомое является наиболее распространенным вредителем растений на юге Соединенных Штатов, где они питаются солнцестоятельными растениями. Модель насекомых имеет долгую историю исследований в области физиологии насекомых, биохимии, нейробиологии и исследований лекарственного взаимодействия. Исследовательский портфель Manduca sexta включает в себя проект последовательности генома, позволяющий понять на молекулярном уровне основные клеточные процессы30. Еще одним важным преимуществом этой модельной системы является ее большой размер, достигающий более 100 мм в длину и 10 г в весе в течение 18-25 дней развития личинок. Большой размер позволяет исследователям легко отслеживать морфологические и поведенческие изменения в режиме реального времени в ответ на лечение КБД. Кроме того, из-за размера были исследованы электрофизиологические реакции с брюшной нервной системой, включая ганглии, рассеченные из личинок без настроек микроскопа высокого разрешения. Уникальная особенность позволяет исследователям легко исследовать острые и долгосрочные реакции на введенный каннабиноид (ы).
Несмотря на такую универсальность, M. sexta только недавно был исследован на предмет его пригодности в качестве экспериментальной модели для исследований каннабиса и каннабиноидов. В 2019 году авторы впервые использовали систему моделирования насекомых для рассмотрения гипотезы о том, что каннабис эволюционировал для производства каннабидиола, чтобы защитить себя от насекомых-травоядных30,31. Результат ясно показал, что растения эксплуатировали КБД в качестве средства сдерживания питания и ингибировали рост насекомого-вредителя M. sexta caterpillar, а также вызывали повышенную смертность31. Исследование также продемонстрировало спасительное воздействие КБД на интоксицированных личинок этанола, определив потенциальный эффект этанола в качестве носителя КБД. Как показано, модельная система насекомых эффективно исследовала терапевтические эффекты каннабиноидов в течение 3-4 недель с меньшими трудозатратами и затратами, чем другие системы животных. Хотя в модели насекомых отсутствуют каннабиноидные рецепторы (т.е. нет рецепторов CB1/2), модельная система предоставляет ценный инструмент для понимания фармакологических ролей каннабиноидов с помощью каннабиноидного рецептора.
Авторы этого исследования ранее работали с табачным роговым червем в качестве модельной системы для исследований каннабиноидов31. После тщательного рассмотрения преимуществ и рисков использования M. sexta мы предоставили метод, предполагающий надлежащий уход и подготовку диеты для доклинических испытаний, которые открывают возможности для будущего доклинического лабораторного использования.

<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

С повышенным вниманием к каннабиноидам в медицине, несколько модельных организмов млекопитающих были использованы для выяснения их неизвестных фармацевтических функций. Тем не менее, многие трудности остаются в исследованиях млекопитающих, что требует разработки модельных организмов, не относящихся к млекопитающим, для исследований каннабиноидов. Авторы предполагают, что табачный роговой червь Manduca sexta является новой модельной системой насекомых. Этот протокол предоставляет информацию о подготовке искусственной диеты с различным количеством каннабидиола (КБД), создании среды культивирования и мониторинге их физиологических и поведенческих изменений в ответ на лечение КБД. Короче говоря, после получения яиц рогового червя яйцам разрешалось вылупляться в течение 1-3 дней при 25 °C в цикле 12:12 свет-темнота, прежде чем они были случайным образом распределены в контроль (искусственная диета на основе зародышей пшеницы; AD), транспортное средство (AD + 0,1% среднецепочечного триглицеридного масла; MCT oil) и группы обработки (AD + 0,1% MCT + 1 мМ или 2 мМ CBD). После того, как среда была подготовлена, личинки 1-й звезды были индивидуально помещены в пробирку объемом 50 мл с помощью деревянной шампурной палочки, а затем пробирка была покрыта марлей. Измерения проводились через 2-дневные интервалы для физиологических и поведенческих реакций на введение КБД. Эта простая процедура культивирования позволяет исследователям тестировать большие образцы в данном эксперименте. Кроме того, относительно короткие жизненные циклы позволяют исследователям изучать влияние каннабиноидных методов лечения на несколько поколений однородной популяции, что позволяет получать данные для поддержки экспериментального проекта в более высоких модельных организмах млекопитающих.

Manduca sexta как модельная система для изучения токсичности каннабиноидов На рисунке 1 показаны ключевые компоненты эксперимента CBD с использованием табачного рогатого червя Manduca sexta. Большое количество насекомых (>20) выращивалось индивидуально...

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

Настоящий протокол содержит инструктивную информацию по использованию табачного рогатого червя Manduca sexta в исследованиях каннабиноидов. Метод, описанный здесь, включает в себя все необходимые материалы и протоколы для мониторинга физиологических и поведенческих изменений модели насекомых в ответ на лечение каннабидиолом (CBD).

Табачный роговой червь как модельная система насекомых для доклинических исследований каннабиноидов

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

Протокол предлагает использовать табачного рогатого червя в качестве системы моделирования насекомых для доклинических исследований каннабиноидов. Эта система позволяет исследователям легко исследовать острые и долгосрочные реакции на каннабиноиды. Система моделирования насекомых позволяет исследователям исследовать каннабиноидные терапевтические эффекты в большой популяции в течение трех-четырех недель с меньшими трудозатратами и затратами, чем другие системы животных.Получите от 150 до 200 жизнеспособных яиц M.sexta и искусственных диет на основе зародышей пшеницы. Поместите яйца рогатого червя в полистирольную чашку Петри с искусственным слоем диеты на основе зародышей пшеницы и перенесите яйца в камеру выращивания насекомых, поддерживаемую при температуре 25 градусов Цельсия с относительной влажностью от 40 до 60%. Дайте яйцам вылупиться в течение одного-трех дней в камере выращивания насекомых.Чтобы приготовить 200-миллимолярный раствор каннабидиола, добавьте 1,26 г изолята каннабидиола чистотой более 98% в 20 миллилитрах этанола или 100% триглицеридного масла со средней длиной цепи. Добавьте пять миллилитров и 10 миллилитров из 200 миллимолярного раствора каннабидиола к 1000 граммам искусственной диеты для одного миллимоляра и двух миллимоляров каннабидиола соответственно. Распределите 20 грамм контрольного носителя и каннабидиолсодержащих сред на дно 50-миллилитровой трубки.Случайным образом распределите примерно две первые личинки звезды длиной около миллиметра по отдельности в 50-миллилитровой пробирке и накройте перфорированной крышкой или марлей. Выращивайте их в камере выращивания насекомых, поддерживаемой при 25 градусах Цельсия с 12-часовым циклом свет-темнота. Чтобы измерить рост личинок, запишите начальную массу и размер каждой группы с помощью аналитического баланса и линейки, соответственно, и введите личинок в их соответствующие рационы.Вычитайте массу личинок при каждом измерении с двухдневными интервалами из начальной массы, чтобы определить прирост массы между стадиями развития личинок. Кроме того, запишите количество дней между стадиями развития instar, чтобы понять различия во временных рамках развития до окукливания. Чтобы измерить потребление диеты, запишите начальные граммы диеты в начале эксперимента и вычтите его из оставшегося количества диеты, когда личинки вошли в полную стадию окукливания.Для измерения подвижности личинок позвольте подвергшемуся воздействию насекомому акклиматизироваться в камере кондиционирования страха в течение не менее пяти минут и отслеживать расстояния, которые три группы насекомых пятой звезды прошли в течение пяти минут. Затем запустите программное обеспечение для обнаружения движения, чтобы проанализировать реакцию мобильности. Насекомые, выращенные на искусственной диете, показали лучшие показатели роста.Контроль транспортного средства, который использовал 0,1% среднецепочечное триглицеридное масло в качестве растворителя для изолята CBD, также показал нормальный рост без каких-либо вредных последствий. Тем не менее, высокая доза КБД в два миллиметра вызвала потерю веса и привела к более высокому уровню смертности, чем контрольная и автомобильная группы. Личинки M.sexta, выращенные на AD с одним миллиметром CBD, потребляли по крайней мере в 3,1 раза больше диеты, чем те, кто выращивался на диете с добавлением этанола.Тем не менее, диетическое потребление насекомых, выращенных на двух миллимолярных средах с добавлением КБД, существенно не отличалось от личинок, выращенных на диетах только с этанолом. Мобильный индекс личинки M.sexta, выращенной в разных условиях, показывает, что 1% этанола и одна личинка, обработанная миллимоляром CBD, не влияли на подвижность. Обработка 2% этанолом оказалась смертельной.Добавление высокой дозы КБД в БА, содержащую 2% этанола, восстанавливало низкую подвижность. Как только КБД добавлен в рацион, полностью гомогенизируйте диетическую смесь КБД и выращивайте насекомых в камере выращивания насекомых, поддерживаемой при температуре 25 градусов по Цельсию с влажностью от 40 до 60%, чтобы избежать грибковой вспышки. Электрофизиологические реакции также можно контролировать с помощью ганглиев вентральной цепи, рассеченных из Manduca sexta, чтобы определить, влияет ли КБД на центральную нервную систему табачного рогатого червя.Система моделирования насекомых позволит исследователям исследовать фармацевтические роли других основных и второстепенных каннабиноидов путем тестирования в течение нескольких поколений, что позволит провести экспериментальный дизайн на высших млекопитающих.

Research

JoVE Journal

Biology

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

Генетические исследования белков человека Ремонт ДНК Использование дрожжей в качестве модельной системы

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

Характеризуя травоядным механизмы сопротивления: Spittlebugs на Brachiaria Sрр. как пример

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

Эффективное производство и очистка рекомбинантного мышиного Kindlin-3 от клетках насекомых биофизической исследований

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

Экспериментальные и биоинформатика Протокол Секвенирование РНК Анализы ФОТОПЕРИОДИЧЕСКИХ диапаузы в Азиатско тигровый комар,<em&gt; Кусака бело-пёстрый</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

Визуализация пространственной реорганизацией МАРК сигнального пути с помощью переходного процесса система экспрессии Tobacco

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

Создание внеклеточного кислой рН культуры системы

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

Экспериментальный протокол для использования дрозофилы как система беспозвоночных модель для токсичности тестирования в лаборатории

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

Анализ масс-спектрометрии для выявления повсеместного ания метеоуожего тега 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

Подготовка и инъекция эмбрионов комаров Culex для генерации нулевых мутаций с использованием 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 ...