该方案为建立和评估7天龄小鼠新生儿败血症提供了必要的步骤。
新生儿败血症仍然是一个全球性的负担。需要一个临床前模型来筛选有效的预防或治疗干预措施。通过腹腔内腹腔注射 cecal 浆液到生命中7只小鼠并对其进行监测, 可诱发新生小鼠多药脓毒症。这里介绍了实施这种新生儿败血症模型所需的详细步骤。这包括制作均匀的雪松浆料库存, 将其稀释到重量和垃圾调整剂量, 监测时间表的大纲, 以及用于界定人道终点的观察健康类别的定义。从集合捐献者生成均匀的鲸浆库存, 可以随着时间的推移将其转化为许多垃圾, 从而减少捐献者之间的差异, 并防止使用潜在的毒性甘油。所使用的监测战略可以预测生存结果, 并确定小鼠, 这些结果将在以后发展到死亡, 从而能够更早地确定人道的终点。两个主要的行为特征被用来定义健康得分, 即新生小鼠在背部放置时纠正自己的能力和他们的行动能力。这些标准有可能用于解决其他小鼠新生儿疾病研究中的人道终点问题, 只要进行试点研究以确认准确性。总之, 这种方法提供了一种标准化的方法来模拟小鼠新生儿败血症, 同时提供资源来评估动物福利, 用于定义早期人道终点的受挑战动物。
脓毒症是人类新生儿传染性死亡的主要原因1。由于对新生儿败血症的了解甚少, 因此在疾病早期对高危新生儿的鉴定和有效治疗或预防的发展方面进展甚微。这就需要使用败血症的动物模型, 以更好地了解过程并测试可能的干预措施。此外, 成年啮齿类动物对败血症的反应不同, 在获得相同致命剂量 (ld) 的细菌数量上存在统计学显著差异, 与新生儿2相比, 在由此产生的宿主反应上存在差异。因此, 新生儿败血症必须在新生儿中进行研究。几种成人败血症模型已被用于脓毒症的研究。这些措施包括与成人败血症或教会结扎和穿刺 (clp) 中涉及的特定生物体进行静脉注射挑战。clp 是一种内生挑战模型, 在这种模型中, 对肠道进行手术隔离、结扎和穿刺, 以允许肠道内容物泄漏到腹膜, 最终导致微生物及其产品的系统传播 3.然而, 建立 clp 所需的外科手术对新生动物是致命的;因此, 另一种方法是必要的, 以模拟多药挑战的 clp 诱导新生儿败血症。为满足这一需要, 开发了新生儿多药脓毒症的 ecal 浆液模型, 通过该模型, 收获动物的仙人掌含量, 在无菌葡萄糖中悬浮 5% (d5w), 并将腹腔注射到新生小鼠2体内。此后, 这已成为研究新生和成年动物败血症的日益流行的模式, 并在这种疾病的过程中具有相当先进的机械洞察 4、5、6、7 , 8,9,10,11,12, 13, 14,15.
鉴于越来越多地使用这一模式, 而且研究人员希望直接比较各出版物的结果, 有必要在各研究中很好地描述技术方面并使之标准化。标准化适用于模型的三个方面, 即: (一) cecal 浆料库存的制备, (二) 向实验动物注入的挑战的准备, 以及 (三) 人类终点的定义在挑战实验中被认为是非幸存者。具体而言, 制备冰质浆料库存的方法通常参考于介绍模型2的原始文章。该模型的简要总结是, 从成年小鼠的仙人掌内容收集, 悬浮在无菌 d5w 浓度为 80 mg/ml, 并在2小时内注射实验动物。这种原始模型使用了同一年龄的老鼠, 来自同一供应商的地点, 在收获仙人掌之前, 这些老鼠在各自的研究设施中存放不到2周。使用内部饲养的小鼠虽然减少了定期供应商交货的费用, 并允许使用范围更广的性别和年龄的多余小鼠, 但也大大增加了捐助方对捐助方的变异性。这促使了另一种技术的发展, 通过这种技术, 来自多个小鼠的 cecal 含量被汇集在一起, 准备大量的股票, 然后在-80°c13 中被报价和储存。这种替代方法被 14、15 组所采用。然而, 这种适应导致了一些技术上的变化, 无论是在使用的储存介质 (10% 或15% 甘油, 或单独 d5w) 和过滤的策略, 以去除颗粒 (多级过滤通过 860μm, 然后, 190 微米过滤器, 或个别通过100μm 或70μm 过滤器)13,14,15.单独注射甘油可能会造成伤害, 因为 25%-50% 的甘油注射已被用作肾脏损伤的啮齿动物模型 16,17,18,19, 20岁。为避免甘油的意外副作用, 本研究中的小鼠盲肠浆料制剂在 d5w 中冷冻, 不含甘油, 并对在-80°c 储存时的细菌活力进行测试。本研究中使用的过滤策略是通过一个70μm 过滤器, 这还没有直接比较其他过滤策略列出。
注射的 cecal 浆料的致命重量调整剂量可能因设施而异, 应根据单个群体的需要进行滴定。随着不同的挑战剂量, 伴随的挑战量必然会发生变化。然而, 这一方法细节以前没有报告过。此外, 在文献中很少详细阐述标准程序的策略, 如腹腔内注射, 但个别技术可能会影响新生小鼠在注射时是否泄漏并影响其最终结果。
动物福利, 包括人道终点的定义, 是这一模式的一个核心方面, 也是任何啮齿类动物感染和炎症模式 21的核心方面。1998年, 加拿大动物护理委员会 (ccac) 公布了广泛的人道终点选择指南, 将人道终点定义为 “任何实际或潜在的痛苦、苦恼或不适都应通过选择最早的终点来减少或减轻与研究的科学目标兼容的终点 “22。另一些人还告诫说, 必须根据科学的理由, 而不是仅仅根据对动物状态的主观解释21来建立人道的终点。虽然有丰富的资源用于临床、行为和身体条件信号的人性化终点标准, 即使在感染和炎症的背景下, 特别是 21,23, 24, 这些都没有, 包括 ccac 指南的人道终点22, 提到新生小鼠。因此, 客观和科学上合理的人道终点是更难建立的新生动物, 因为他们的行为能力有限, 并缺乏证据的标准, 如减肥, 这是常见的成人小 鼠。目前, 在仙人掌浆文献中, 5 ~ 12天龄新生小鼠使用的人道终点标准都参考了介绍模型2的原稿。在本文的原始研究中, 对新生动物的人文终点的定义基于两个标准;也就是说, 老鼠在鸟巢外的位置 (散射) 和缺乏牛奶斑点被认为在数小时内死亡。在分配一个人道的终点的一个复杂的问题是, 牛奶斑点变得很难看到老鼠菌株与黑暗的毛皮, 如常用的 C57BL/6J 菌株, 在生命的第一周后, 而生病的动物监测, 直到第14天的生活 (dol)。此外, 在应用这些标准时, 可以发现死亡动物的后期挑战 (自己的观察; 未公布);因此, 有必要更严格地界定人道终点, 以减轻实验动物的痛苦, 避免在更早发现结果的情况下死亡。
在一个标准的操作程序中介绍了仙人掌浆模型的所有三个方法学问题, 该方法详细介绍了 cecal 浆料库存的制备, 这是一种注射实验动物的方法, 用于保持注射量在剂量和降低泄漏的风险, 并根据行为建模系统定义7至12天龄的小鼠的人道终点。收集了240多只实验动物的小鼠健康评分的行为信息, 并按最终生存结果进行分组, 展示了一个证据驱动的人道终点定义。实验动物的痛苦通过在尽可能早的时间点识别垂死的新生小鼠而减少, 而通过观察关键变量可以推断具有生物学意义的生存结果。对任何研究脓毒症或新生儿挑战模型动物的群体来说, 对 cecal 浆液制备和新生儿小鼠行为的视觉表现都将是一个很好的资源。
产后新生小鼠的活动能力非常有限, 即使在没有挑战的情况下, 也无法纠正背部。通过在这个模型中受到挑战的小鼠年龄的 dol 7, 在没有挑战的小鼠身上观察到了一系列从权利-移动到 ftr-mobile 的运动范围, 但有一个重要的区别, 那就是在这个年龄没有挑战的老鼠没有表现出 ftr-letharic 的行为。只有受到多微生物脓毒症挑战的小鼠才会被观察到成为 FTR-Lethargic;因此, 这种反应可以是疾病严重程度的标志。注意从水平方向切断90°角的髋关节运动, 可以在小鼠中一致和准确地分配昏昏欲睡或移动的髋关节运动。选择了4秒的时间框架, 看看老鼠是否能自行右转, 因为没有挑战的老鼠能够在这个时间框架内持续地纠正自己。避免了对同一只老鼠的重复测量, 而纠正自己的时间和臀部活动的测量被限制在4秒之内, 以避免过度疲劳, 否则可能影响其获得食物和温暖的能力, 并可能影响其的预后, 以获得更好的。观察到了从左侧和右侧的情况, 并使用较高的分数来确定鼠标是否处于人道的终点, 因为发现一些老鼠在一侧显示 FTR-Nonmobile-非移动, 而另一侧和 b 的移动能力较高我最终能够恢复。
用于评估鼠标健康状况的评分系统依赖于对运动范围的分类截止应用, 因此, 可能容易出现个人偏差。工作人员一起接受了培训, 以确保每个人的得分都是一样的;然而, 很可能会有一定程度的主观性导致变异。通过让7名以前没有进行过新生儿老鼠监测的研究人员了解本协议和视频中概述的要求, 然后独立分配行为并确定人性化, 对评分的一致性进行了评估端点。在60只受到挑战的小鼠身上进行评分时, 观察到97% 的准确性, 这表明个体偏见在这种模型的行为分配中没有实质性的作用。所提出的行为监测协议是基于对在 dol 7 上受到挑战的动物的观察, 但在没有挑战的健康状态下, 6天以下的老鼠不能一直纠正自己。因此, 所描述的人道终点标准不能直接应用于年轻的小鼠。如果在这个实验模型中使用年轻的小鼠, 或者如果应用了不同的抗病动力学的不同的挑战模型, 那么就必须制定和试行适当的人道终点标准, 以避免对小鼠实施安乐死, 否则最终,恢复。评分系统显示了一种改进人性化端点分类的可靠方法, 通过测试和确认, 该方法有可能应用于其他模型。
每制备得一次得下的仙人掌浆或使用新的小鼠菌株都需要重新过滤得好的仙人掌浆剂量来管理, 以达到类似的致死剂量。每一种制剂都是通过感兴趣的读数, 即生存, 而不是给出相同的细菌数量来标准化的。每个盲肠浆料制剂的活菌浓度略有不同, 可能是由于供体的共生菌的差异, 或由于在盲肠浆料库存后的细胞过滤器中的重量的差异。在 cecal 浆料的滴定过程中, 将前两片垃圾分为两组, 每一半的垃圾都受到两种剂量中的一种的挑战, 以便每一个剂量都能在两个垃圾中进行测试。如果所产生的存活率与所需水平不符, 那么挑战剂量要么增加, 要么下降 5%-10%, 实验重复。多个垃圾被用来解释垃圾与垃圾之间的差异, 这些差异可能会导致对垃圾的抗药性或增加对败血症的易感性。重要的是要准确地将仙人掌浆料库存与每一种新的制剂滴定, 以确保新的胎浆滴定量与以往的仙人掌浆料制剂相当。观察到, 特别是在沥青压实和附近建筑和道路施工过程中, 出现了过度噪音和振动的时期, 增加了大坝的应力。这与食人鱼率的增加有关, 并影响了生存实验的死亡率, 甚至影响到未受到挑战的小鼠, 这表明可能会对新生儿生存产生无关的影响, 这也需要加以控制。
以前制备仙人掌浆库存的方法包括使用新鲜的仙人掌浆或冷冻的仙人掌浆, 使用各种方法, 包括在挑战期间不可避免地转移的甘油储存。虽然使用新鲜的盲肠浆料提供了一个最接近原始盲肠含量的细菌成分的优势, 但由于同源细菌的变化, 单个供体小鼠之间存在差异的风险。虽然通过使用同一供应商的 cecal 捐助方, 从到达到实验的时间最短, 从而最大限度地减少了这一情况, 但这可能成为一些实验室的成本高昂的选择, 并在实现在7天龄的新生小鼠中进行 ecal 浆液实验时, 可获得年龄匹配的小鼠。采用了使用新鲜的雪松浆的另一种方法, 将多个成年供体的仙人掌含量汇集在一起, 重新悬浮在 d5w 中, 在-80°c 下冷冻, 不使用甘油, 并一次解冻一个外石进行实验。利用成年供体 cecal 浆液研究新生儿败血症有可能转移新生小鼠没有接触过的仙人掌浆中存在的细菌种类, 但这是一种策略, 可以研究新生小鼠的败血症和在过去的 13,14, 15被用来研究新生儿小鼠生物学。cecal 浆液在 d5w 中稀释, 为细菌提供营养, 一旦注射细菌, 就可以建立活性感染, 并在坏死过程中模拟腹腔内营养物质的供应情况小肠 结肠 炎。甘油不被包括作为稳定剂在冷冻细菌, 因为潜在的负面副作用可能会产生单独的甘油注射。如果将甘油纳入了塞勒浆液制剂, 那么仅甘油本身就可能造成的潜在损害, 就需要通过在小鼠体内只注射甘油 (缺乏仙人掌浆) 来进行测试, 这将增加小鼠的使用。在没有甘油的情况下冷冻得煤浆的菌样料后, 对其菌种的细菌活力进行了测试, 发现其细菌浓度是不变的, 在-80°c 以上储存的同一仙人掌中, 细菌浓度没有变化月份期间。这表明, 没有甘油的储存在提供一致的生物结果方面是可行的。使用大容量制备的冷冻塞勒浆还可以使用内部饲养的小鼠, 从而降低成本, 并利用本来会超过繁殖量的雄性小鼠, 从而减少小鼠的浪费。
识别小鼠失败的挑战对于避免给系统增加额外的噪音很重要。在接受腹腔注射 cecal 浆液后, 观察到小鼠在皮肤下出现隆起, 这表明注射失败, 实际上是皮下注射。在注射部位观察到老鼠是否漏水, 这既在拔针后立即, 也在允许它们在注射后采取一步后, 因为老鼠有时 (很少) 在移动注射部位的肢体后, 才会通过一步移动。注射后出现隆起或泄漏, 导致鼠标从分析中删除。毕竟, 这两种情况中的任何一种都可能导致不同的结果, 因为注射的仙人掌浆的数量不正确, 因为已经观察到5% 的挑战剂量差异, 以影响随后的生存。
ccal 泥浆挑战实验通常需要不同的目标致命剂量和不同的重量调整剂量。因此, 注射量的范围从20μl 到100μl 不等。与死针体积相关的比例实验误差也随注射体积的变化而变化, 增加了直接比较不同剂量的难度。通过对注入体积标准化的简单修改, 将这一方差来源从实验中删除。
该协议中使用的新生儿小鼠行为监测系统是同类系统中的第一个。打算对新生小鼠进行伦理研究的研究人员往往面临着评估这个年龄动物健康状况的具有挑战性的缺乏资源的问题。所介绍的直观和一致的监测系统开始解决这一知识差距。重要的是, 这种证据驱动的方法不仅提高了所获得的实验数据的质量, 同时也减少了实验动物的痛苦。
The authors have nothing to disclose.
特别感谢 claire harrison 和不列颠哥伦比亚省儿童医院研究所动物护理设施对动物工作的支持, 并感谢郑宝贤博士在动物监测和福祉方面提供的指导和投入。
0.1 – 20 μL pipette tips | VWR | 732-0799 | |
1.8 mL Microcentrifuge tube | Costar | 3621 | |
100 – 1000 μL pipette tips | VWR | 732-0801 | |
1 – 200 μL pipette tips | VWR | 732-0800 | |
15 mL Centrifuge tube | FroggaBio | TB15-25 | |
23G1 needles | Becton Dickinson | 305145 | only the needle, not the syringe, used for pinning mouse to styrofoam |
28G 0.5 mL Insulin syringe | BD | 329461 | |
2 mL Cryogenic vial | Corning | 430488 | |
50 mL Centrifuge tube | Fisher scientific | 14-432-22 | |
5 mL pipette | Costar | 4487 | |
6 – 10 week old C57BL/6J adult mice | Jackson Laboratories | 664 | |
7 + day old C57BL/6J neonatal mice | Bred in house | n.a | |
70 μm Cell strainer | Falcon | 352350 | |
Defibrinated Sheep's Blood | Dalynn | HS30-500 | |
Dextrose 5% Water (D5W) | Baxter | JB0080 | |
Dissecting forceps | VWR | 82027-386 | |
Dissecting Scissors, Sharp Tip | VWR | 82027-592 | |
Dissecting Scissors, Sharp/Blunt Tip | VWR | 82027-594 | |
Ethanol (HistoPrep 95% Denatured Ethyl Alcohol) | Fisherbrand | HC11001GL | diluted to 70% with double distilled water |
Ethanol-proof marker; Lab marker | VWR | 52877-310 | |
EZ Anesthesia Vaporizer | EZ Anesthesia | EZ-155 | |
Germinator 500, Dry sterilize surgicial instrument (Hot bead sterilizer) | Braintree Scientific | GER 5287-120V | |
Isoflurane | Fresenius Kabi | CP0406V2 | |
Micro Spatula | Chemglass | CG-1983-12 | |
Pipette-Aid | Drummond | 4-000-100 | |
Rainin Classic Pipette PR-1000 | Rainin | 17008653 | |
Rainin Classic Pipette PR-20 | Rainin | 17008650 | |
Rainin Classic Pipette PR-200 | Rainin | 17008652 | |
Scale | Sartorius | BL 150 S | |
Specimen forceps | VWR | 82027-440 / 82027-442 | |
Square 1000 mL Storage Bottle | Corning | 431433 | |
Styrofoam board | Any | n.a | |
Sure-Seal Mouse/Rat euthanasia chamber | Euthanex | EZ-178 | |
Tryptic Soy Agar | Sigma-Aldrich | 22091-2.5KG | |
VX-200 Lab Vortex Mixer | Labnet International | S0200 | |
weigh paper | Fisherbrand | 09-898-12B |