Summary

Untersuchung der Auswirkungen von eingeatmeten Umweltschadstoffen auf die Geruchsfunktion bei Mäusen

Published: September 13, 2024
doi:

Summary

Dieser Artikel bietet eine detaillierte Beschreibung des Tests zur Unterscheidung von vergrabenen Lebensmitteln und des Experiments zur sozialen Geruchsunterscheidung, um die Auswirkungen der Exposition gegenüber eingeatmeten Umweltschadstoffen auf die Geruchsfunktion bei Mäusen zu bewerten.

Abstract

Riechstörungen sind ein erhebliches Problem für die öffentliche Gesundheit und sagen unabhängig das Risiko neurodegenerativer Erkrankungen voraus. Die Exposition gegenüber eingeatmeten Umweltschadstoffen kann den Geruchssinn beeinträchtigen; Dabei besteht ein dringender Bedarf an Methoden, um die Auswirkungen der Exposition gegenüber eingeatmeten Umweltschadstoffen auf den Geruchssinn zu bewerten. Mäuse sind aufgrund ihres hoch entwickelten Geruchssystems und ihrer Verhaltensmerkmale ideale Modelle für Geruchsexperimente. Um die Auswirkungen der Exposition gegenüber inhalierten Umweltschadstoffen auf die Geruchsfunktion bei Mäusen zu bewerten, wird ein detaillierter Test zur Unterscheidung von vergrabenen Lebensmitteln und ein Experiment zur sozialen Geruchsunterscheidung bereitgestellt, einschließlich der Versuchsvorbereitung, der Auswahl und des Aufbaus von Versuchsanlagen, des Testprozesses und der Zeitindizes. In der Zwischenzeit werden die Zeitmessungsausrüstung, die Betriebsdetails und die Versuchsumgebung besprochen, um den Erfolg des Assays sicherzustellen. Zinksulfat wird als Behandlung verwendet, um die Machbarkeit des experimentellen Ansatzes zu demonstrieren. Das Protokoll bietet ein einfaches und übersichtliches Verfahren zur Bewertung der Auswirkungen von inhalierten Umweltschadstoffen auf die Geruchsfunktion bei Mäusen.

Introduction

Riechstörungen haben sich zu einem bemerkenswerten Problem für die öffentliche Gesundheit entwickelt und sind unabhängig davon mit einem erhöhten Risiko für neurodegenerative Erkrankungen verbunden. Dieser Zustand kann sich negativ auf das allgemeine Wohlbefinden auswirken, zur Entwicklung depressiver Symptome beitragen und zu einer verminderten Lebensqualität führen. Seine Auswirkungen zeigen sich vor allem in der veränderten Wahrnehmung von Lebensmitteln, der Behinderung der sozialen Kommunikation und erhöhten negativen Gefühlen1. Verschiedene Faktoren, darunter Sinonasalerkrankungen, Infektionen der oberen Atemwege und traumatische Hirnverletzungen, wurden als Faktoren angesehen, die zur Geruchsbeeinträchtigung beim Menschen beitragen2. Insbesondere inhalierbare Umweltschadstoffe wie PM2,5, die auf 2 % bis 16 % geschätzt werden, gelangen durch die eingeatmete Luft in den Körper, durchqueren die Nasenhöhle und erreichen bestimmte geruchsbezogene Regionen, wo sie abgelagert werden 3,4,5,6,7. Jüngste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass inhalierbare Umweltschadstoffe, einschließlich PM2,5 und Ammoniak, tatsächlich olfaktorische sensorische Neuronen schädigen können 8,9,10. Es ist jedoch eine weitere Validierung erforderlich, um festzustellen, ob eine solche Schädigung direkt zu einer Riechfunktionsstörung führt. Daher ist eine sorgfältige Bewertung der Auswirkungen inhalierbarer Umweltschadstoffe auf die Riechfunktion von besonderer Bedeutung.

Derzeit wird in zahlreichen Forschungslaboratorien Mäuse als alternatives Wirbeltiermodell für Verhaltensexperimente eingesetzt, die darauf abzielen, Veränderungen der Geruchsfunktion zu verstehen 11,12,13,14. Mäuse wurden als bevorzugtes Modellsystem für die Untersuchung der chemischen Kommunikation von Wirbeltieren ausgewählt und weisen eine bemerkenswerte olfaktorische Empfindlichkeit auf, die für die Nahrungssuche und die soziale Kommunikation entscheidend ist15. Darüber hinaus hat die sich ständig weiterentwickelnde Palette von Werkzeugen zur Beobachtung und Beeinflussung des Verhaltens von Mäusen diese Spezies für die Erforschung der Geruchsfunktion außerordentlich attraktiv gemacht16.

In dieser Studie verwendeten wir den Test für vergrabene Nahrung und das Experiment zur sozialen Geruchsunterscheidung, um die olfaktorische Beeinträchtigung in einem Mausmodell zu bewerten, das inhalierbaren Umweltschadstoffen ausgesetzt war. Um die Genauigkeit der Bewertung zu erhöhen, haben wir uns für die repräsentativste Methode zur Beurteilung der Geruchsfunktion entschieden. Wir haben diese Methode systematisch weiterentwickelt, um Einfachheit und Klarheit zu gewährleisten und das Ausmaß der durch inhalierbare Umweltschadstoffe verursachten Riechstörungen effektiv beurteilen zu können.

Protocol

Wir verwendeten männliche C57BL/6J-Mäuse (Alter: 6-8 Wochen; Gewicht: 20-22 g) für alle Verhaltenstests. Die Mäuse wurden konstanten Bedingungen ausgesetzt (d.h. Temperatur, 23 ± 1 °C; Luftfeuchtigkeit: 55 % ± 5 % und 12/12 h Hell-Dunkel-Zyklus mit eingeschaltetem Licht um 7:00 Uhr). Alle Verhaltenstests wurden zwischen 10:00 und 17:00 Uhr durchgeführt. Alle Tierversuche wurden von der Ethikkommission der Fachkommission für Tierversuche der Universität Qingdao genehmigt. Nach einer 1-wöchigen Eingewöhnungspha…

Representative Results

Einatembare Umweltschadstoffe beeinträchtigen die Riechfunktion von Mäusen. Es hat sich gezeigt, dass atmosphärisches Zink, das aus Verbrennungsanlagen und Kraftfahrzeugen freigesetzt wird, ein eingeatmeter Schadstoff ist, der zu allergischen Lungenentzündungen führen kann20. Zinksulfat gilt als eine der typischen Verbindungen, die eine Geruchsstörung verursachen21. Daher verwenden wir Zinksulfat als Behandlung, um Mäuse durch intranasale Instillation zu exponieren, …

Discussion

In diesem Artikel werden zwei grundlegende Protokolle vorgestellt, die für die schnelle Beurteilung von Geruchsstörungen bei Mäusen entwickelt wurden. Unterschiedliche inhalierbare Umweltschadstoffe führen bei Mäusen zu einer ausgeprägten Geruchsstörung. Der Test der vergrabenen Nahrung wird eingesetzt, um die Fähigkeit zur Erkennung flüchtiger Gerüche zu beurteilen, während das Experiment zur sozialen Geruchsunterscheidung die Fähigkeit des Tieres bewertet, verschiedene soziale Gerüche zu erkennen und zu un…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde finanziell unterstützt von der National Natural Science Foundation of China (82204088, 82273669) und der Natural Science Foundation of Shandong Province, China (ZR2021QH209).

Materials

0.5-10 μL  adjustable micropipette Eppendorf, Germany 3123000225 Intranasal instillation
0.9% saline solution Solarbio 7647-14-5 Dissolve pollutants
Anhydrous zinc sulfate Macklin 7733-02-0 Expose mice
Centrifuge tube (2 mL) Biosharp Incorporated BS-20-M Place urine
Electronic balance Changzhou Ohaus Co. EX125DZH Weight anesthetics and pollutants
GraphPad Prism GraphPad Software 8.0.1 statistic analysis
Handheld Dust detector TSI Incorporated DuatTrak Equation 18532 Inhalation-exposed mice
Video recording equipment Apple Inc. iPhone 6s Plus The activity time of mice was recorded
Vortex mixer Haimen Kylin-Bell Lab Instruments Co. Vortex-5  Mix solution

References

  1. Schäfer, L., Schriever, V. A., Croy, I. Human olfactory dysfunction: causes and consequences. Cell Tissue Res. 383 (1), 569-579 (2021).
  2. Keller, A., Malaspina, D. Hidden consequences of olfactory dysfunction: a patient report series. BMC Ear Nose Throat Disord. 13 (1), 8 (2013).
  3. Schroeter, J. D., et al. Application of physiological computational fluid dynamics models to predict interspecies nasal dosimetry of inhaled acrolein. Inhal Toxicol. 20 (3), 227-243 (2008).
  4. Schroeter, J. D., Garcia, G. J., Kimbell, J. S. A computational fluid dynamics approach to assess interhuman variability in hydrogen sulfide nasal dosimetry. Inhal Toxicol. 22 (4), 277-286 (2010).
  5. Keyhani, K., Scherer, P. W., Mozell, M. M. Numerical simulation of airflow in the human nasal cavity. J Biomech Eng. 117 (4), 429-441 (1995).
  6. Hahn, I., Scherer, P. W., Mozell, M. M. Velocity profiles measured for airflow through a large-scale model of the human nasal cavity. J Appl Physiol. 75 (5), 2273-2287 (1993).
  7. Zhang, Z., et al. Exposure to particulate matter air pollution and Anosmia. JAMA Netw Open. 4 (5), e2111606 (2021).
  8. Ekström, I. A., et al. Environmental air pollution and olfactory decline in aging. Environ Health Perspect. 130 (2), 27005 (2022).
  9. Adams, D. R., et al. Nitrogen dioxide pollution exposure is associated with olfactory dysfunction in older U.S. adults. Int Forum Allergy Rhinol. 6 (12), 1245-1252 (2016).
  10. Prah, J. D., Benignus, V. A. Decrements in olfactory sensitivity due to ozone exposure. Percept Mot Skills. 48 (1), 317-318 (1979).
  11. Shi, Z., et al. Chronic exposure to environmental pollutant ammonia causes damage to the olfactory system and behavioral abnormalities in mice. Environ Sci Technol. 57 (41), 15412-15421 (2023).
  12. Hernández-Soto, R., et al. Chronic intermittent hypoxia alters main olfactory bulb activity and olfaction. Exp Neurol. 340, 113653 (2021).
  13. Islam, S., et al. Odor preference and olfactory memory are impaired in Olfaxin-deficient mice. Brain Res. 1688, 81-90 (2018).
  14. Wang, H., et al. Inducible and conditional activation of ERK5 MAP kinase rescues mice from cadmium-induced olfactory memory deficits. Neurotoxicology. 81, 127-136 (2020).
  15. Chamero, P., Leinders-Zufall, T., Zufall, F. From genes to social communication: molecular sensing by the vomeronasal organ. Trends Neurosci. 35 (10), 597-606 (2012).
  16. Mohrhardt, J., et al. Signal detection and coding in the accessory olfactory system. Chem Senses. 43 (9), 667-695 (2018).
  17. Liu, X., et al. Type 3 adenylyl cyclase in the MOE is involved in learning and memory in mice. Behav Brain Res. 383, 112533 (2020).
  18. Li, X., et al. Polyhexamethylene guanidine aerosol triggers pulmonary fibrosis concomitant with elevated surface tension via inhibiting pulmonary surfactant. J Hazard Mater. 420, 126642 (2021).
  19. Yang, M., Crawley, J. N. Simple behavioral assessment of mouse olfaction. Curr Protoc Neurosci. Chapter 8, Unit 8.24 (2009).
  20. Huang, K. L., et al. Zinc oxide nanoparticles induce eosinophilic airway inflammation in mice. J Hazard Mater. 297, 304-312 (2015).
  21. Burd, G. D. Morphological study of the effects of intranasal zinc sulfate irrigation on the mouse olfactory epithelium and olfactory bulb. Microsc Res Tech. 24 (3), 195-213 (1993).
  22. Zou, J., et al. Methods to measure olfactory behavior in mice. Curr Protoc Toxicol. 63, 11.18.1-11.18.21 (2015).
  23. Ryalls, J. M. W., et al. Anthropogenic air pollutants reduce insect-mediated pollination services. Environ Pollut. 297, 118847 (2022).
  24. Schiffman, S. S. Livestock odors: implications for human health and well-being. J Anim Sci. 76 (5), 1343-1355 (1998).
  25. Albrechet-Souza, L., Gilpin, N. W. The predator odor avoidance model of post-traumatic stress disorder in rats. Behav Pharmacol. 30 (2 and 3-Spec Issue), 105-114 (2019).
  26. Davies, D. A., et al. Inactivation of medial prefrontal cortex or acute stress impairs odor span in rats. Learn Mem. 20 (12), 665-669 (2013).
  27. Landers, M. S., Sullivan, R. M. The development and neurobiology of infant attachment and fear. Dev Neurosci. 34 (2-3), 101-114 (2012).
  28. Drobyshevsky, A., et al. Antenatal insults modify newborn olfactory function by nitric oxide produced from neuronal nitric oxide synthase. Exp Neurol. 237 (2), 427-434 (2012).
  29. Arbuckle, E. P., et al. Testing for odor discrimination and habituation in mice. J Vis Exp. (99), e52615 (2015).
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Chen, L., Chen, H., Li, Y., Kong, J., Ji, X., Tang, J. Studying the Effects of Inhaled Environmental Pollutants on Olfactory Function in Mice. J. Vis. Exp. (211), e66818, doi:10.3791/66818 (2024).

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