Summary

Estudio de los efectos de los contaminantes ambientales inhalados sobre la función olfativa en ratones

Published: September 13, 2024
doi:

Summary

Este artículo proporciona una descripción detallada de la prueba de alimentos enterrados y el experimento de discriminación social de olores para evaluar los efectos de la exposición a contaminantes ambientales inhalados en la función olfativa en ratones.

Abstract

El deterioro olfativo es un importante problema de salud pública y predice de forma independiente el riesgo de enfermedades neurodegenerativas. La exposición a contaminantes ambientales inhalados puede afectar el olfato; Por lo tanto, existe una necesidad urgente de métodos para evaluar los efectos de la exposición a contaminantes ambientales inhalados sobre el olfato. Los ratones son modelos ideales para experimentos olfativos debido a su sistema olfativo altamente desarrollado y sus características de comportamiento. Para evaluar los efectos de la exposición a contaminantes ambientales inhalados en la función olfativa en ratones, se proporciona una prueba detallada de alimentos enterrados y un experimento de discriminación social de olores, que incluye la preparación del experimento, la selección y construcción de instalaciones experimentales, el proceso de prueba y los índices de tiempo. Mientras tanto, se discuten el equipo de cronometraje, los detalles operativos y el entorno experimental para garantizar el éxito del ensayo. El sulfato de zinc se utiliza como tratamiento para demostrar la viabilidad del enfoque experimental. El protocolo proporciona un proceso operativo simple y claro para evaluar los efectos de los contaminantes ambientales inhalados en la función olfativa en ratones.

Introduction

El deterioro olfativo se ha convertido en un problema de salud pública notable y se asocia de forma independiente con un mayor riesgo de enfermedades neurodegenerativas. Esta afección puede afectar negativamente el bienestar general, contribuir al desarrollo de síntomas depresivos y dar lugar a una disminución de la calidad de vida. Su impacto se observa de manera prominente en la percepción alterada de la comida, el obstáculo en la comunicación social y el aumento de los sentimientos negativos1. Varios factores, como la enfermedad nasal, la infección del tracto respiratorio superior y la lesión cerebral traumática, se han considerado contribuyentes al deterioro olfativoen los seres humanos. En particular, los contaminantes ambientales inhalables como las PM2.5, que se estima que oscilan entre el 2% y el 16%, ingresan al cuerpo a través del aire inspirado, atraviesan la cavidad nasal y llegan a regiones específicas dedicadas al olfato donde se depositan 3,4,5,6,7. Hallazgos recientes indican que los contaminantes ambientales inhalables, incluyendo PM2.5 y amoníaco, pueden dañar las neuronas sensoriales olfativas 8,9,10. Sin embargo, se requiere una validación adicional para determinar si dicho daño conduce directamente a la disfunción olfativa. Por lo tanto, una evaluación meticulosa de los efectos de los contaminantes ambientales inhalables sobre la función olfativa es de particular importancia.

En la actualidad, numerosos laboratorios de investigación emplean ratones como modelo alternativo de vertebrados para experimentos conductuales destinados a comprender los cambios en la función olfativa 11,12,13,14. Los ratones fueron elegidos como el sistema modelo preferido para investigar la comunicación química de los vertebrados, y exhiben una notable sensibilidad olfativa crucial para la búsqueda de alimento y la comunicación social15. Además, la continua evolución de las herramientas para observar e influir en el comportamiento de los ratones ha hecho que esta especie sea excepcionalmente atractiva para la investigación dela función olfativa.

En este estudio, empleamos la prueba de alimentos enterrados y el experimento de discriminación social de olores para evaluar el deterioro olfativo en un modelo de ratón expuesto a contaminantes ambientales inhalables. Para mejorar la precisión de la evaluación, se optó por el método más representativo para evaluar la función olfativa. Hemos refinado sistemáticamente este método para garantizar la simplicidad y la claridad, lo que nos permite medir eficazmente el alcance de la disfunción olfativa inducida por los contaminantes ambientales inhalables.

Protocol

Utilizamos ratones machos C57BL/6J (edad: 6-8 semanas; peso: 20-22 g) para todas las pruebas de comportamiento. Los ratones fueron sometidos a condiciones estables (es decir, temperatura, 23 ± 1 °C; humedad, 55% ± 5%, y ciclo de luz-oscuridad de 12/12 h con las luces encendidas a las 7:00). Todas las pruebas conductuales se realizaron entre las 10:00 y las 17:00 horas. Todos los experimentos con animales fueron aprobados por el Comité de Ética del Comité Profesional de Experimentos con Animales de la Universidad de…

Representative Results

Los contaminantes ambientales inhalables deterioran la función olfativa en ratones. Se ha demostrado que el zinc atmosférico emitido por incineradores y vehículos de motor es un contaminante inhalado que puede provocar inflamación pulmonar alérgica20. El sulfato de zinc es considerado uno de los compuestos típicos causantes de disfunción olfativa21. Por lo tanto, utilizamos sulfato de zinc como tratamiento para exponer ratones mediante instilación intranasal y proba…

Discussion

Este artículo presenta dos protocolos fundamentales diseñados para la evaluación rápida del deterioro olfativo en ratones. Diversos contaminantes ambientales inhalables dan lugar a distintos niveles de disfunción olfativa en ratones. La prueba de alimentos enterrados se emplea para evaluar la capacidad de detectar olores volátiles, mientras que el experimento de discriminación social de olores evalúa la capacidad del animal para discernir y diferenciar varios olores sociales. El protocolo aquí sirve para evaluar…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo contó con el apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (82204088, 82273669) y la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Shandong, 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).
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