Deze studie een overzicht van het proces van de precieze bedragen gavaging van probiotica met neonatale muizen. De experimentele opstelling is geoptimaliseerd om te omvatten maar is niet beperkt tot probiotische doseren, methoden voor beheer, en kwantificering van bacteriën in de darmen.
Volwassen Muismodellen hebben wijd gebruikt om te begrijpen van het mechanisme is erachter de progressie van de ziekte bij de mens. De toepasselijkheid van studies gedaan in volwassen Muismodellen neonatale ziekten is beperkt. Progressie van de ziekte, host reacties en op lange termijn gevolgen van interventies bij pasgeborenen beter te begrijpen, is een neonatale muismodel waarschijnlijk een betere pasvorm. Het spaarzame gebruik van neonatale Muismodellen kan gedeeltelijk worden toegeschreven aan de technische problemen van het werken met deze kleine dieren. Een neonatale muismodel werd ontwikkeld om te bepalen van de effecten van probiotische administratie in vroege leven en om te beoordelen uitdrukkelijk de mogelijkheid om kolonisatie in het darmkanaal van de pasgeboren muis. In het bijzonder om te beoordelen probiotische kolonisatie in de neonatale muis, werd Lactobacillus plantarum (LP) afgeleverd direct in het maag-darmkanaal van neonatale muis. Te dien einde werd LP toegediend aan muizen door voeding via maagsonde van intra-oesofageale (IE). Een zeer reproduceerbare methode ontwikkeld om te standaardiseren het proces van IE maagsonde waarmee een nauwkeurige administratie van probiotische doseringen terwijl het minimaliseren van trauma, een aspect met name belangrijk gezien de kwetsbaarheid van pasgeboren muizen. Beperkingen van dit proces zijn mogelijkheden voor irritatie van de slokdarm of schade en aspiratie als gavaged onjuist. Deze aanpak betekent een verbetering ten opzichte van de huidige praktijken omdat IE maagsonde in de distale slokdarm de kans op aspiratie vermindert. Naar aanleiding van maagsonde, was het profiel van de kolonisatie van de probiotische getraceerd kwantitatieve polymerase-kettingreactie (qPCR) van het uitgepakte intestinale DNA met LP specifieke primers. De draagstoel van de verschillende instellingen en de technieken van het beheer van de kooi werden gebruikt voor het beoordelen van het potentieel voor kolonisatie-spread. Het protocol gegevens de fijne kneepjes van IE neonatale muis maagsonde en kwantificering van de latere kolonisatie met LP.
Bij zuigelingen, vroege probiotische blootstelling is in verband gebracht met immunomodulerende effecten leidt tot verminderde incidentie van ziekten zoals necrotiserende enterocolitis, atopische dermatitis en sepsis1,2,3, 4 , 5. echter het mechanisme achter dit antwoord immunomodulerende is een uitdaging om te verkennen de beperking tot bemonstering in pasgeboren menselijke proeven (dat wil zeggen, sequentiële bloed trekt en biopten) gegeven. Neonatale Muismodellen kunnen helpen met het bestuderen van het werkingsmechanisme bij neonatale immuunregulatie probiotische gebruik en veranderingen in de intestinale microbiota is gekoppeld. Helaas hebben de meeste Muismodellen voor probiotica grotendeels gericht op volwassen muizen; echter, het effect van probiotica is waarschijnlijk hoogst vroeg in het leven, suggereren modellen specifiek voor deze leeftijdsgroep zal worden nuttig3,6. Daarnaast zijn neonatale Muismodellen beter geschikt om te studeren ziekten en interventies die bestemd zijn voor toepassing in het vroege leven van menselijke baby’s wordt verwacht dat ze nauwer nabootsen een ontwikkelende immuun en microbiële systeem7,8 ,9,10. Het doel was het bestuderen van de omvang en de patronen van probiotische kolonisatie van neonatale muizen met een focus op de mechanistische interactie tussen de host en de microbiome. Geschikte beschrijvingen van pasgeboren modellen werden niet gevonden in de literatuur, en dus een noodzaak voor de ontwikkeling van robuuste en gestandaardiseerde methode werd aangepakt.
Gevestigde methodes van orale toediening van verschillende stoffen met pasgeboren muizen omvatten moeders overdracht van gewenste verbindingen via melk door het behandelen van de waterbron voor zwangere dammen11 of met behulp van voeding naalden om beheer van gewenste verbindingen in de orofarynx12. Deze methoden zijn handig voor experimenten die hebben geen precieze dosering vereisten en waar de behandeling wordt gemakkelijk geconsumeerd door de ontvangende muis. Probiotica worden vaak beheerd in combinatie met een prebiotisch zoals galactooligosaccharide en fructooligosaccharide (FOS), die dienen als een bron van voeding voor probiotische bacteriën; deze additieve verbindingen maken de oplossing viskeuze en uitdagend om te beheren via de bovengenoemde methoden. Het bedenken van een methode voor het beheer van de precieze hoeveelheden probiotica en prebiotica aan pasgeboren muizen beginnen zo vroeg als de eerste dag van het leven (DOL) noodzakelijk was. Tijdens het ontwikkelen van de maagsonde techniek, de mogelijkheid van kolonisatie-spread (zoals waargenomen in andere studies probiotische tussen de behandeling en de controle wapens13,14,15,16) werd getest en de relatieve overvloed van gekoloniseerde Lactobacillus plantarum (LP) in de darmen van pups met verschillende maagsonde schema’s werd beoordeeld. De voorbereiding van de probiotische gebruikt in de experimenten bestond uit 109 kolonie-vormende eenheden (kve) per maagsonde van LP (ATCC-202195-stam), gemengd met FOS (prebiotische) en maltodextrine (excipiëns) zoals beschreven in de recente menselijke proef3. De levering van probiotische werd uitgevoerd met behulp van IE maagsonde en het proces wordt gedetailleerd beschreven in het protocol hieronder. Het profiel van de kolonisatie van de probiotische werd geëvalueerd aan de hand van real-time versterking van DNA geëxtraheerd uit hele darmen met behulp van specifieke primers LP.
De procedure voor IE maagsonde werd ontwikkeld om het veilig toedienen van een bepaalde dosis van een probioticum aan neonatale muizen. Kleine hoeveelheden vloeistof worden afgeleverd bij de bovenste gastro-intestinale tractus met behulp van een voeding naald om te voorkomen dat streven waarbij de levering van de dosering in vertrouwen. De darmen van de muizen werden verzameld voor kolonisatie analyse twee en zes dagen post maagsonde. De procedure voor DNA-extractie is bewerkt zodat hoog rendement van de probiotische gram-positieve organismen. De analyse van de qPCR van DNA geëxtraheerd twee dagen post laatste maagsonde toonde relatief hogere kolonisatie van LP in muizen gavaged om de twee dagen in vergelijking met muizen die gavaged dagelijks tussen DOL 2-8. Er was ook een daling van de hoeveelheid LP over zes dagen, tonen deze probiotische als een voorbijgaande organisme in de darmen van de muis. De resultaten van deze experimenten vaststellen van de voorwaarden voor onderzoek met hoge strengheid in deze leeftijdsgroep.
Om te zien hoe de langetermijneffecten van probiotica bij pasgeborenen muizen, werd het toegediend aan neonatale muizen op DOL 2; een soortgelijke begintijd wijzen op de menselijke proef. Orofaryngeale voederen van neonatale muizen is eerder beschreven in de literatuur en verricht nadat DOL 5-812,17 wanneer het risico op aspiratie lager als gevolg van een goed ontwikkelde slikken mechanica is. Zo is de orofaryngeale voederen echter niet geschikt voor DOL 2 muizen zoals hogere tarieven van aspiratie werden waargenomen in de pilot-studie (gegevens niet worden weergegeven). De viskeuze aard van de probiotische en prebiotisch oplossing toegevoegd aan het risico op aspiratie. Volgens de procedure van IE gavaging tot een minimum beperkt het risico op aspiratie in DOL 2 muizen terwijl het leveren van het gewenste volume rechtstreeks naar de bovenste gastro-intestinale tractus. Het succes van de procedure was eerst gevalideerd met behulp van voedselkleuring geïnfundeerd probiotische maagsonde. De voedselkleuring fungeert als een marker die zichtbaar is via de huid van de pup. Geen schadelijke effecten werden waargenomen in muizen gavaged met voedsel kleuren, en het wordt aanbevolen voor het valideren van de gavaging procedure op deze manier vóór grootschalige experimenten. De snelle oplossing van de maagsonde reflex gezien post hijgend kan ook worden gebruikt als extra indicator voor een succesvolle maagsonde. Zodra de muis is geplaatst op de verwarming deken na maagsonde, de hijgend reflex zal verdwijnen en een toename in de frequentie van de ademhaling zal worden waargenomen binnen 20 seconden. De voortzetting van de hijgend reflex langer dan 30 seconden geeft aan een mislukte maagsonde. Succesvolle maagsonde hangt ook passende invoeging van de voeding naald met de lamp zit pal boven de opening van de hartsfincter van de maag. Dit kan worden vergemakkelijkt door ervoor te zorgen dat de markering op de naald meet de lengte tussen de xiphoid process en het uiteinde van de snuit, gaat niet voorbij de snuit van de muis tijdens maagsonde. Dit minimaliseert de kans op schade aan de muis. De frequentie van de maagsonde kan een significant effect hebben op de experimentele resultaten. Frequente gavaging kunt ook meer stress voor de pups en de moeder als gevolg van de voortdurende verstoring van de kooi en de nest maken. De meest optimale planning van de maagsonde is wanneer de gavages de minste frequent zijn en over een kortere duur van tijd zonder verlies van het verwachte effect in het systeem. Om te zorgen voor de veiligheid en steriliteit van de procedure de maagsonde moet naald door wassen en autoclaaf tussen gebruik worden gesteriliseerd. Wassen strikt aan de buiten met een scrub en de binnenkant door het dwingen van water door de naald met een injectiespuit voordat autoclaaf nodig is als alle overgebleven deeltjes op de naald tijdens autoclaaf encrust kunnen en met de procedure gavaging interfereren kunnen.
Hogere LP kolonisatie werd waargenomen in pups die gavaged waren van elke andere dag wanneer vergeleken bij pups gavaged elke dag. Dit kan zijn als gevolg van de verminderde stress op pups gavaged om de andere dag en potentieel de probiotische krijgt meer voedingsstoffen via de relatief meer melk ingenomen door deze pups. De afhankelijkheid van de dosis van probiotische behandeling eerder is onderzocht in18,19 van de modellen van de muis en het beheer van de juiste dosering is dus belangrijk. De oplossing van de probiotische bereid is verguld vóór elke maagsonde om een nauwkeurige aantal KVE toegediend. Als het organisme probiotische anaërobe is, is het belangrijk om te zien of er verschil in CFU wanneer aëroob of anaëroob gekweekt. Aangezien LP een Facultatief anaeroob is, het werd gekweekt met behulp van beide methoden en geen verschil in CFU werd waargenomen.
De post maagsonde analyse voor belasting van intestinale LP werd gedaan met behulp van qPCR en kwalitatief hoogwaardige DNA-monsters. U wilt minimaliseren LP DNA besmetting tussen de behandeling en de controlegroepen, verschillende naalden, voederen bioveiligheid kasten en chirurgische apparatuur werden gebruikt om de hoogste kwaliteit monsters. De nauwkeurige meting van de probiotische in de darm vereist een geoptimaliseerde DNA-extractiemethode. Meest efficiënte methoden voor de extractie van DNA uit ontlasting omvat meerdere kraal verslaan stappen20,21,22. Deze methode was vastgesteld voor de extractie van intestinale bacteriën met behulp van de kraal kloppend en verminderde vertegenwoordiging waargenomen (< 102 exemplaren hersteld) van LP in de hele darm DNA-extractie. Als LP een Gram-positieve organismen met een aanzienlijke hoeveelheid peptidoglycaan in de celwand is, was het protocol met een peptidoglycaan ontbinding stap met behulp van lysozym23,24 toegevoegd aan de enzymatische lysis-buffermengsel geoptimaliseerd. Dit stegen de vertegenwoordiging van LP in hetzelfde intestinale monster groter is dan twee-voudige. De lysozym behandeling verzekert de ontbinding van de buitenste laag, terwijl de kraal verslaan stap de lysis van het organisme vergemakkelijkt. Optimalisatie van hoeveelheid weefsel, het type granaat kralen en de duur van de onderbreking met behulp van de kralen is noodzakelijk voor het verkrijgen van optimale DNA producten om uit te voeren van de PCR-analyse.
Het positieve effect van probiotica toegediend als profylaxe of behandeling bij de pre en termijn pasgeborenen blijkt in recente studies25,26,27,28. De oprichting van een juiste neonatale muismodel voor probiotica is gerechtvaardigd om uit te pakken van het beschermende effect van probiotica. Dit protocol hier geschetste vertegenwoordigt een gids voor onderzoekers onbekend met neonatale muis werk met probiotica. Niettegenstaande de problemen met knaagdier microbiota terwijl het bestuderen van de menselijke gezondheid en ziekte, kan deze methode worden uitgebreid tot onderzoek gericht op het begrijpen van de veranderingen van de microbiome als gevolg van probiotica. Dit model biedt ook een platform om te bestuderen van host-microbe interactie en immuunrespons in de loop van verschillende ontwikkelingsstadia.
The authors have nothing to disclose.
Dank aan het personeel dier zorg faciliteit en de UBC dierenartsen voor opleiding en assisteren bij de muis werk bij BC Children’s Hospital Research Institute. Dank aan de Universiteit van British Columbia en de Afdeling Experimentele Geneeskunde voor de financiering van de studie.
1 mL tuberculin syringe with slip tip | BD | 309659 | |
1.2% Triton X-100 | Millipore-Sigma | X100-100ML | |
2 mM sodium EDTA | Thermo Fisher Scientific | 15575020 | |
20 mM Tris·Cl | Thermo Fisher Scientific | 15568025 | |
5% dextrose and 0.9% NaCl injection solution | Baxter Corp. | JB1064 | |
Alphaimager | Alpha Innotech | N/A | Gel imaging system |
Anaerobic jar | Millipore-Sigma | 28029-1EA-F | 2.5 L |
BD GasPak EZ anaerobe container system sachets | BD | 260678 | |
BD Difco Lactobacilli MRS Broth | BD | 288130 | |
Disruptor Genie | Scientific Industries Inc. | SI-D236 | |
Feeding/oral gavage needles for newborn mice and rats | Cadence Science Inc. | 01-290-1 | 24 Gauge, 1” needle length, 1.25 mm ball diameter |
Fructooligosaccharides | Millipore-Sigma | F8052 | from chicory |
Garnet bead tubes 0.70 mm | Qiagen | 13123-50 | |
iTaq Universal SYBR Green Supermix | BioRad | 172-5120 | |
Lactobacillus plantarum (Orla-Jensen) Bergey et al. | ATCC | BAA-793 | for qPCR standard curve |
Lyophilized probiotic bacteria | N/A | N/A | |
Lysozyme | Thermo Fisher Scientific | 89833 | |
Maltodextrin | Millipore-Sigma | 419672 | dextrose equivalent 4.0-7.0 |
Mini-Sub Cell GT Cell | BioRad | 1704406 | Gel chamber |
Nanodrop 1000 | Thermo Fisher Scientific | N/A | |
QIAamp Blood and Tissue kit | Qiagen | 51504 | |
StepOnePlus Real-Time PCR System | Thermo Fisher Scientific | 4376600 | |
UltraPure Agarose | Invitrogen | 16500-500 | |
Ultrapure dH2O | Invitrogen | 10977023 |