Summary

Изучение влияния вдыхаемых загрязнителей окружающей среды на обонятельную функцию у мышей

Published: September 13, 2024
doi:

Summary

В данной статье представлено подробное описание теста на захороненную пищу и эксперимента по различению социальных запахов для оценки влияния воздействия вдыхаемых загрязнителей окружающей среды на обонятельную функцию у мышей.

Abstract

Нарушение обоняния является серьезной проблемой общественного здравоохранения и независимо прогнозирует риск нейродегенеративных заболеваний. Воздействие вдыхаемых загрязнителей окружающей среды может ухудшить обоняние; В связи с этим существует острая потребность в методах оценки воздействия вдыхаемых загрязнителей окружающей среды на обоняние. Мыши являются идеальными моделями для обонятельных экспериментов из-за их высокоразвитой обонятельной системы и поведенческих характеристик. Для оценки влияния воздействия вдыхаемых загрязнителей окружающей среды на обонятельную функцию у мышей проводится подробный эксперимент по тестированию закопанных продуктов питания и социальному различению запахов, включая подготовку к эксперименту, выбор и строительство экспериментальных помещений, процесс тестирования и временные индексы. Между тем, для обеспечения успеха анализа обсуждаются оборудование для измерения времени, операционные детали и экспериментальная среда. Сульфат цинка используется в качестве обработки для демонстрации осуществимости экспериментального подхода. Протокол обеспечивает простой и понятный рабочий процесс оценки воздействия вдыхаемых загрязнителей окружающей среды на обонятельную функцию у мышей.

Introduction

Нарушение обоняния стало заслуживающей внимания проблемой общественного здравоохранения и независимо связано с повышенным риском нейродегенеративных заболеваний. Это состояние может негативно сказаться на общем самочувствии, способствовать развитию депрессивных симптомов и привести к снижению качества жизни. Его влияние заметно проявляется в измененном восприятии пищи, препятствиях в социальном общении и усилении негативных чувств1. Различные факторы, включая синоназальные заболевания, инфекции верхних дыхательных путей и черепно-мозговую травму, считаются факторами, способствующими нарушению обоняния у людей2. Примечательно, что вдыхаемые загрязнители окружающей среды, такие как PM2,5, по оценкам, составляют от 2% до 16%, попадают в организм через вдыхаемый воздух, пересекают носовую полость и достигают определенных областей, предназначенных для обоняния, где они откладываются 3,4,5,6,7. Последние результаты показывают, что вдыхаемые загрязнители окружающей среды, включая PM2,5 и аммиак, действительно могут нанести вред обонятельным сенсорным нейронам 8,9,10. Тем не менее, требуется дальнейшая валидация, чтобы установить, приводит ли такое повреждение непосредственно к обонятельной дисфункции. Следовательно, тщательная оценка воздействия вдыхаемых загрязнителей окружающей среды на обонятельную функцию имеет особое значение.

В настоящее время многочисленные исследовательские лаборатории используют мышей в качестве альтернативной модели позвоночных для поведенческих экспериментов, направленных на понимание изменений в обонятельной функции 11,12,13,14. Мыши были выбраны в качестве предпочтительной модельной системы для изучения химической коммуникации позвоночных, и они демонстрируют замечательную обонятельную чувствительность, имеющую решающее значение для поиска пищи исоциальной коммуникации. Кроме того, постоянно развивающийся набор инструментов для наблюдения и влияния на поведение мышей сделал этот вид исключительно привлекательным для исследований обонятельнойфункции.

В этом исследовании мы использовали тест на закопанную пищу и эксперимент по социальной дискриминации запахов для оценки обонятельных нарушений на мышиной модели, подвергшейся воздействию вдыхаемых загрязнителей окружающей среды. Чтобы повысить точность оценки, мы выбрали наиболее репрезентативный метод оценки обонятельной функции. Мы систематически совершенствовали этот метод, чтобы обеспечить простоту и ясность, что позволяет нам эффективно измерять степень обонятельной дисфункции, вызванной вдыхаемыми загрязнителями окружающей среды.

Protocol

Для всех поведенческих тестов мы использовали самцов мышей C57BL/6J (возраст: 6-8 недель; вес: 20-22 г). Мышей подвергали воздействию устойчивых условий (т.е. температура 23 ± 1 °C; влажность 55% ± 5% и 12-12-часовой цикл свет-темнота с включенным освещением в 7:00). Все поведенческие тесты проводились в пер…

Representative Results

Вдыхаемые загрязнители окружающей среды нарушают обонятельную функцию у мышей. Доказано, что атмосферный цинк, выделяемый из мусоросжигательных заводов и автомобилей, является вдыхаемым загрязнителем, который может привести к аллергическому воспалениюлегких20. Сульфат ?…

Discussion

В этой статье представлены два фундаментальных протокола, предназначенных для быстрой оценки нарушения обоняния у мышей. Различные вдыхаемые загрязнители окружающей среды приводят к различным уровням обонятельной дисфункции у мышей. Тест на закопанную пищу используется для оценки с…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была выполнена при финансовой поддержке Национального фонда естественных наук Китая (82204088, 82273669) и Фонда естественных наук провинции Шаньдун, Китай (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).
This article has been published
Video Coming Soon
Keep me updated:

.

Cite This Article
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).

View Video