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

Denna forskning stöddes av Institute of Cannabis Research vid Colorado State University-Pueblo och Ministry of Science and ICT (2021-DD-UP-0379) och Chuncheon City (Hemp R&D och industrialization, 2020-2021).

1. Hornworm beredning och cannabidiol behandling
<ol><li>Få 150-200 livskraftiga M. sextaägg och vetegroddarbaserade konstgjorda dieter (se Tabell över material).</li>
	<li>Placera hornmaskäggen i en polystyren Petri-skål med ett vetegroddarbaserat artificiellt dietskikt (AD) och överför äggen till en insektsuppfödningskammare (se Materialtabell) som hålls vid 25 °C med 40-60% relativ fuktighet.</li>
	<li>Låt ägg av hornmasktoar för toba...

<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>

Utfodringsstudien visade att höga doser av CBD (2 mM) hämmade insektens tillväxt och ökad dödlighet31. Insektsmodellen visade också känslighet för etanol; CBD avtättade dock effektivt etanoltoxiciteten, vilket ökade deras överlevnadsgrad, kostkonsumtion och matsökningsbeteenden till liknande nivåer som kontrollgruppen (figur 3A, B)31. Det beskrivna insektsmodellsystemet består av tre kritiska steg: (1) se till att...

Under de senaste åren har allmänhetens uppmärksamhet varit centrerad på cannabinoider på grund av deras terapeutiska potential, inklusive behandling av epilepsi1, Parkinsons sjukdom2, multipel skleros3 och olika former av cancer4,5,6 med cannabidiol (CBD). Eftersom Cannabis legaliseras som en jordbruksvara i Agricultural Improvement Act från 2018 har offentlig lag 115-334 (2018 Farm Bill), Cannabis och dess cannabinoidderivat inom livsmedels-, kosmetika- och läkemedelsindustrin ökat exponentiellt. Dessutom har isolat av enstaka cannabinoider och cannabinoidblandningar framgångsrikt testats hos människor7, cellinjer5,8 och olika djurmodellsystem9,10.
En klinisk prövning skulle vara idealisk för att validera effekten och de negativa effekterna av cannabinoider på en specifik sjukdom. Det finns dock många utmaningar i kliniska prövningar, inklusive etiskt/IRB-godkännande, rekrytering och kvarhållande av försökspersonerna11. För att övervinna dessa hinder användes olika mänskliga cellinjer eftersom mänskliga cellinjer är kostnadseffektiva, lätta att hantera, kan kringgå de etiska frågorna och ge konsekventa och reproducerbara resultat eftersom cellinjerna är en "ren population av celler som inte har någon korskontaminering av andra celler och kemikalier"12.
(2021)13 testade CBD på ett dosberoende sätt i placentatrofoblasterna, som är specialiserade celler i moderkakan som spelar en viktig roll i embryoimplantation och interaktion med dencidualiserade moderns livmoder14. Deras resultat visade att CBD orsakade celllivsförlust, störningar i cellcykelns progression och apoptosinduktion. Dessa observationer visar de potentiella negativa effekterna av cannabisanvändning av gravida kvinnor13. På samma sätt användes också en serie cellinjer för att undersöka de farmakologiska effekterna av CBD i mänskliga sjukdomar, i synnerhet olika former av cancer. In vitro-studierna visade framgångsrikt anti-cancer effekter i bukspottskörteln15, bröst8 och kolorektal cancerceller16. Men samtidigt som de är allmänt tillgängliga och lätta att hantera, är specifika cellinjer som HeLa, HEK293 benägna att genetiska och fenotypiska förändringar på grund av förändringar i deras tillväxtförhållanden eller hantering17.
I cannabisforskning har olika djurmodellsystem, allt från små djur som mus18, marsvin19 och kanin19 till stora djur som hund20, gris21, monkey22, häst23, använts för att utforska okända terapeutiska effekter. Möss har varit det mest föredragna djurmodellsystemet för cannabinoidforskning på grund av deras anatomiska, fysiologiska och genetiska likhet med människor24. Mest signifikant har möss CB1/2-receptorer i nervsystemet, som finns hos människor. De har också en kortare livscykel än människor, med enklare underhåll och rikliga genetiska resurser, vilket gör det mycket lättare att övervaka effekterna av cannabinoider under en hel livscykel. Däggdjurssystemet används ofta och har framgångsrikt visat att CBD lindrar anfallsstörningar1, posttraumatiskt stressyndrom9, munsår25 och demensliknande symtom10. Musmodellen har också möjliggjort en social interaktionsstudie av individer i ett samhälle som är extremt svårt hos stora djur och människor26.
Trots alla fördelar med djurmodellsystemet är det fortfarande kostsamt och kräver intensivvård under läkemedelsadministration och datainsamling. Dessutom finns det granskning av att använda möss i forskning på grund av irreproduktivitet och dålig rekapitulation av mänskliga förhållanden på grund av begränsningar i experimentell design och rigor27.
Med den ökande efterfrågan på medicinska/prekliniska studier av cannabinoider behövs ett icke-däggdjursmodellsystem. Ryggradslösa djurmodeller gav traditionellt distinkta fördelar jämfört med ryggradsdjursmodeller. De betydande fördelarna inkluderar den enkla och låga kostnaden för att föda upp många exemplar och göra det möjligt för forskare att övervaka flera generationer av genetiskt homogena populationer28. En ny studie visade att fruktflugan, Drosophila melanogaster, är ett effektivt insektsmodellsystem för att undersöka farmakologiska funktioner hos cannabinoider för att modulera utfodringsbeteenden29. Bland insektsmodellsystemen fokuserade författarna på tobakshornmasken, Manduca sexta, även känd som Carolina sfinxmoth eller hawk moth, som ett nytt insektsmodellsystem för cannabinoidforskning.
Manduca sexta tillhör familjen Sphingidae. Insekten är det vanligaste växtskadedjuret i södra USA, där de matar på solanaceous växter. Insektsmodellen har en lång historia inom forskning inom insektsfysiologi, biokemi, neurobiologi och läkemedelsinteraktionsstudier. Manduca sextas forskningsportfölj innehåller ett utkast till genomsekvens, vilket möjliggör en molekylär förståelse av viktiga cellulära processer30. En annan viktig fördel med detta modellsystem är dess stora storlek, som når mer än 100 mm i längd och 10 g i vikt under 18-25 dagars larvutveckling. Den stora storleken gör det möjligt för forskare att enkelt övervaka morfologiska och beteendemässiga förändringar i realtid som svar på CBD-behandlingen. På grund av storleken undersöktes också elektrofysiologiska svar med buk nervsystemet, inklusive ganglier dissekerade från larverna utan högupplösta mikroskopinställningar. Den unika funktionen gör det möjligt för forskare att enkelt undersöka akuta och långsiktiga svar på de administrerade cannabinoiderna.
Trots sådan mångsidighet har M. sexta nyligen utforskats för sin lämplighet som en experimentell modell för cannabis- och cannabinoidstudier. År 2019 använde författarna insektsmodellsystemet för första gången för att ta itu med hypotesen att Cannabis har utvecklats för att producera Cannabidiol för att skydda sig mot insekts växtätare30,31. Resultatet visade tydligt att växterna utnyttjade CBD som en utfodring avskräckande och hämmade tillväxten av skadedjuret M. sexta caterpillar, samt orsakade ökad dödlighet31. Studien visade också de räddande effekterna av CBD på berusade etanollarver och identifierade etanolens potentiella fordonseffekt som bärare av CBD. Som visats undersökte insektsmodellsystemet effektivt cannabinoidernas terapeutiska effekter inom 3-4 veckor med mindre arbete och kostnader än andra djursystem. Även om insektsmodellen saknar cannabinoidreceptorer (dvs. inga CB1/2-receptorer), ger modellsystemet ett värdefullt verktyg för att förstå cannabinoidernas farmakologiska roller genom ett cannabinoidreceptoroberoende sätt.
Författarna till denna studie har tidigare arbetat med tobakshornmasken som ett modellsystem för cannabinoidforskning31. Efter noggrant övervägande av fördelarna och riskerna med att använda M. sexta, har vi tillhandahållit en metod som innebär korrekt vård och förberedelse av kost för prekliniska prövningar som möjliggör möjligheter för framtida preklinisk laboratorieanvändning.

<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

Med ökad uppmärksamhet på cannabinoider i medicin har flera däggdjursmodellorganismer använts för att klargöra sina okända farmaceutiska funktioner. Många svårigheter kvarstår dock inom däggdjursforskningen, vilket kräver utveckling av icke-däggdjursmodellorganismer för cannabinoidforskning. Författarna föreslår tobak hornworm Manduca sexta som ett nytt insektsmodellsystem. Detta protokoll ger information om att förbereda den konstgjorda kosten med olika mängder cannabidiol (CBD), inrätta en odlingsmiljö och övervaka deras fysiologiska och beteendemässiga förändringar som svar på CBD-behandling. Kort, efter att ha fått hornworm ägg, ägg tilläts 1-3 dagar vid 25 °C på en 12:12 ljus-mörk cykel att kläcka innan de slumpmässigt fördelas i kontroll (vete groddar-baserade konstgjorda kost; AD), fordon (AD + 0,1% medelkedjig triglyceridolja; MCT-olja) och behandlingsgrupper (AD + 0,1% MCT + 1 mM eller 2 mM CBD). När mediet var förberett placerades 1: a instar larver individuellt i ett 50 ml provrör med en träspettpinne, och sedan var provröret täckt med en ostduk. Mätningar gjordes i 2-dagars intervall för fysiologiska och beteendemässiga svar på CBD-administrationen. Detta enkla odlingsförfarande gör det möjligt för forskare att testa stora exemplar i ett givet experiment. Dessutom gör de relativt korta livscykeln det möjligt för forskare att studera effekten av cannabinoidbehandlingar över flera generationer av en homogen population, vilket möjliggör data för att stödja en experimentell design i högre däggdjursmodellorganismer.

Manduca sexta som modellsystem för att undersöka cannabinoidernas toxicitet Figur 1 visar de viktigaste komponenterna i CBD-experimentet med hjälp av tobakshornmask Manduca sexta. Ett stort antal insekter (>20) uppföddes individuellt vid 25 °C på en 12 h:12 h = ljus: mörk cykel. Insekternas storlek, vikt och dödlighet mättes med 2 dagars intervall för att övervaka för kort- och långsiktiga svar efter hög dos CBD (2 mM) beha...

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

Det nuvarande protokollet ger instruktionsinformation för användning av tobakshornmask Manduca sexta i cannabinoidforskning. Metoden som beskrivs här innehåller alla nödvändiga förnödenheter och protokoll för att övervaka fysiologiska och beteendemässiga förändringar av insektsmodellen som svar på cannabidiol (CBD) behandling.

Tobacco Hornworm som insektsmodellsystem för cannabinoid prekliniska studier

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

Protokollet föreslår att man använder tobakshornmask som insektsmodellsystem för prekliniska studier av cannabinoider. Detta system gör det möjligt för forskare att undersöka akuta och långsiktiga svar på cannabinoider lätt. Insektsmodellsystemet gör det möjligt för forskare att undersöka cannabinoidterapeutiska effekter i en stor population inom tre till fyra veckor med mindre arbetskraft och kostnader än andra djursystem.Få 150 till 200 livskraftiga M.sexta ägg och vetegroddar-baserade konstgjorda dieter. Placera hornworm ägg i en polystyren Petri maträtt med en vete groddar-baserade konstgjorda kost lager och överför äggen till en insekt uppfödningskammare som hålls vid 25 grader Celsius med 40 till 60% relativ fuktighet. Låt äggen kläckas i en till tre dagar inuti insektsuppfödningskammaren.För att förbereda en 200 millimolar cannabidiolbuljonglösning, tillsätt 1,26 gram mer än 98% renhet cannabidiolisolat i 20 milliliter etanol eller 100% medelkedjig triglyceridolja. Tillsätt fem milliliter och 10 milliliter av den 200 millimolar cannabidiol buljonglösningen till 1 000 gram av en konstgjord diet för en millimolar respektive två millimolar cannabidiol. Dispensera 20 gram kontrollfordon och cannabidiolinnehållande media till botten av 50-milliliterröret.Fördela slumpmässigt cirka två millimeter långa första instar larver individuellt i ett 50-milliliter provrör och täck med perforerat lock eller ostduk. Odla dem inuti en insektsuppfödningskammare som hålls vid 25 grader Celsius med en 12-timmars ljus-mörk cykel. För att mäta larvtillväxten, registrera varje grupps ursprungliga massa och storlek med en analytisk balans respektive linjal och introducera larverna till sina respektive dieter.Subtrahera larvernas massa vid varje mätning med två dagars intervall från den ursprungliga massan för att bestämma massvinster mellan larvernas utvecklingsstadier. Registrera också antalet dagar mellan instar-utvecklingsstadierna för att förstå skillnader i utvecklings tidsramen fram till pupation. För att mäta kostkonsumtionen, registrera de första gram dieten i början av experimentet och subtrahera den från den återstående mängden diet när larverna gick in i hela poppningsstadiet.För larvens rörlighetsmätning, låt den utsatta insekten acklimatisera sig till rädslakonditioneringskammaren i minst fem minuter och spåra de avstånd som de tre grupperna av femte instar-insekter reste i fem minuter. Kör sedan rörelsedetekteringsprogramvaran för att analysera mobilitetssvaret. Insekterna som uppfödds på en konstgjord diet visade den bästa tillväxtprestandan.Fordonskontrollen som använde 0,1% medelkedjig triglyceridolja som upplösningsmedel för CBD-isolat visade också normal tillväxt utan några skadliga effekter. En hög dos CBD på två millimeter inducerade dock viktminskning och ledde till en högre dödlighet än kontroll- och fordonsgrupper. M.sexta larver uppfödda på AD med en millimeter CBD konsumerade minst 3,1 gånger större kost än de som föds upp på en etanol-tillsatt diet.Dietkonsumtionen av insekterna som fötts upp på två millimolar CBD-tillsatta medier skilde sig dock inte nämnvärt från larverna som uppföddes på etanoldieter. Det mobila indexet för M.sexta larva uppfödd på olika förhållanden visar att 1% etanol och en millimolar CBD-behandlade larver inte påverkade rörligheten. 2%etanolbehandlingarna visade sig vara dödliga.Att lägga till en hög dos CBD i AD som innehåller 2% etanol återställde låg rörlighet. När CBD läggs till i dieter, homogenisera helt kosten CBD-blandningen och odla insekter i insektsuppfödningskammaren som hålls vid 25 grader Celsius med 40 till 60% fuktighet för att undvika ett svamputbrott. Elektrofysiologiska svar kan också övervakas med ventrala kedje ganglier dissekerade från Manduca sexta för att avgöra om CBD påverkar tobak hornworm centrala nervsystemet.Insektsmodellsystemet kommer att göra det möjligt för forskare att utforska läkemedelsrollerna hos andra större och mindre cannabinoider genom att testa över flera generationer, vilket möjliggör en experimentell design hos högre däggdjur.

Research

JoVE Journal

Biology

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

Genetiska studier av människans proteiner DNA Repair använder jäst som modellsystem

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

Kännetecknar Herbivore resistensmekanismer: Spittlebugs på Brachiaria SPP. Som ett exempel

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

Effektiv Produktion och rening av rekombinant Murina Kindlin-3 från insektsceller för biofysikalisk Studies

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

En experimentell och bioinformatik Protokoll för RNA-seq Analyser av fotoperiodisk diapaus i den asiatiska tigern Mosquito,<em&gt; Asiatisk tigermygga</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

Avbildning Rumslig Reorganisation av ett MAPK-signalvägen Använda Tobacco Transient Expression System

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

Inrättandet av en extracellulär sura pH kultur System

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

Experimentellt protokoll för att använda Drosophila som en ryggradslösa modellsystem för toxicitetstester i laboratoriet

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

Masspektrometri analys för att identifiera Ubiquitylation av EYFP-märkt 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

Förbereda och injicera embryon från Culex myggor för att generera nullmutationer med 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 ...