Gerbils in preclinical research

Review
УДК 615.076.9
DOI: 10.57034/2618723X-2024-01-01

M.N. Makarova*,
MD, Director,
https://orcid.org/0000-0003-3176-6386
V.G. Makarov,
MD, Scientific director,
https://orcid.org/0000-0002-2447-7888

Research and manufacturing company “Home оf Pharmacy”,
188663, Russia, Leningrad oblast, Vsevolozhskiy district, Kuzmolovskiy t.s., Zavodskaya st. 3–245.

*E-mail: [email protected]

Keywords: mongolian gerbil disease models preclinical studies toxicity
Acknowledgements

The study was performed without external funding.

For citation:

Makarova M.N., Makarov V.G. Gerbils in preclinical research. Laboratory Animals for Science. 2024; 1. https://doi.org/10.57034/2618723X-2024-01-01

Abstract

The Mongolian gerbil — Meriones unguiculatus — has been used in biomedical research recently compared to other rodents (mice, rats, guinea pigs). The gerbil is generally non-aggressive and is one of the easiest rodents to keep and handle. Relative resistance to natural infectious and adaptability to the environment have contributed to the expansion of the use of this species in experimental studies. Due to the fact that gerbils have a number of unique anatomical and physiological characteristics, it is possible to model pathophysiological conditions on them that are difficult or impossible to reproduce in rats and mice.

One of the anatomical features of the brain vascular system of Mongolian gerbils is that they have an incomplete circle of Willis, as a result the gerbil are highly susceptible to cerebral infarction following unilateral ligation of one common carotid artery and was useful in studies of the stroke. Spontaneous epileptiform seizures mimicked those of human idiopathic epilepsy, and both seizure-sensitive and resistant strains have been bred. Perhaps because of its more efficient nephron, the gerbil accumulated four to six times as much renal lead as the rat, and the gerbil has been proposed as an experimental model of lead nephropathy. On standard diets, about 10% of the animals became obese, and some showed decreased glucose tolerance, elevated serum immunoreactive insulin and diabetic changes in the pancreas and other organs. Although dietary supplements of cholesterol do not induce atherosclerosis, the gerbil are useful in other studies of cholesterol absorption and metabolism.

Gerbils are most widely used in studies of epilepsy, stroke, hearing, metabolic disorders, diseases of the gastrointestinal tract, and in the study of infectious diseases.

In safety regulatory studies (general toxicity, carcinogenicity, genotoxicity, reproductive toxicity), gerbils are used less frequently than other laboratory rodents. One of the reasons for this is the limited amount of reference data and limited application experience in comparison with other rodent species widely used in toxicology.

This review considers some areas of biomedical research that use gerbils to model diseases and study the pathophysiological mechanisms of their development.

Conflict of interest

V.G. Makarov is the Editor-in-Chief of Laboratory animals for science. M.N. Makarova is a member of the editorial board of Laboratory animals for science.

Authors contribution

M.N. Makarova — search and consolidation of literature data, writing and editing of the text of the manuscript.
V.G. Makarov — critical review and approval of the final version of the manuscript for publication.

  1. OECD Guidelines for the testing of chemicals. Repeated Dose 28‑Day Oral Toxicity Study in Rodents. 407 Adopted: 3 October 2008.
  2. OECD Guidelines for the testing of chemicals. Repeated dose 90‑day oral toxicity study in rodents 408 Adopted: 25 June 2018.

References

  1. Batchelder M., Keller L.S., Sauer M.B., West W. Gerbils // The Laboratory Rabbit, Guinea Pig, Hamster, and Other Rodents. 2012. P. 1131–1155. DOI: 10.1016/B978-0-12-380920-9.00052-3.
  2. Robinson D.G. Ecology of the Mongolian gerbil // Gerbil Digest. 1976. Vol. 3. N. 2. P. 1–2.
  3. Robinson D.G. Tumblebrook Gerbils: 25th Anniversary // Gerbil Digest. 1979. Vol. 6. N. 3. P. 1–4.
  4. Neumann K., Maak S., Stuermer I.W., von Lengerken G., Gattermann R. Low microsatellite variation in laboratory gerbrils // J. Hered. 2001. Vol. 92. N. 1. P. 71–74. DOI: 10.1093/jhered/92.1.71.
  5. Williams W.M. The anatomy of the Mongolian gerbil (Meri­ones ungiculatus). Tumblebrook Farm, Inc. West Brookfield, MA, 1974.
  6. Başkaya M.K., Doğan A., Dempsey R.J. Application of endovascular suture occlusion of middle cerebral artery in gerbils to obtain consistent infarction // Neurol Res. 1999 Vol. 21. N. 6. P. 574–578. DOI: 10.1080/01616412.1999.11740979.
  7. Wagner J.E., Farrar P. L. Husbandry and medicine of small rodents // Vet. Clin. North Am. Small Anim. Pract. 1987. Vol. 17. N. 5. P. 1061–1087. DOI: 10.1016/s0195-5616(87)50105-x.
  8. Temmerman A.M., Vonk R.J., Niezen-Koning K., Berger R., Fernandes J. Effects of dietary cholesterol in the Mongolian gerbil and the rat: a comparative study // Lab. Anim. 1989 Vol. 23. N. 1. P. 30–35. DOI: 10.1258/002367789780886948.
  9. Vincent A.L., Rodrick G.E., Sodeman W.A.Jr. The pathology of the Mongolian Gerbil (Meriones unguiculatus): a review // Lab. Anim. Sci. 1979. Vol. 29. N. 5. P. 645–651.
  10. Cheal M.L. The gerbil: a unique model for research on aging // Exp. Aging Res. 1986. Vol. 12. N. 1. P. 3–21. DOI: 10.1080/03610738608259430.
  11. Goyal S.P., Ghosh P. K., Sasidharan T.O., Chand P. Body water relations in two species of gerbil (Tatera indica indica and Meriones hurrianae) of the Indian desert // J. Comp. Physiol. B. 1988. Vol. 158. N. 1. P. 127–134. DOI: 10.1007/BF00692736.
  12. Ichii O., Yabuki A., Ojima T., Matsumoto M., Suzuki S. Species specific differences in the ratio of short to long loop nephrons in the kidneys of laboratory rodents // Exp. Anim. 2006. Vol. 55. N. 5. P. 473–476. DOI: 10.1538/expanim.55.473.
  13. Loskota W.J., Lomax P., Rich S.T. The gerbil as a model for the study of the epilepsies. Seizure patterns and ontogenesis // Epilepsia. 1974. Vol. 15. P. 109–119.
  14. Bertorelli R., Adami M., Ongini E. The Mongolian gerbil in experimental epilepsy // Ital. J. Neurol. Sci. 1995. Vol. 16. N. 1–2. P. 101–106. DOI: 10.1007/BF02229081.
  15. Löscher W., Frey H.H. Evaluation of anticonvulsant drugs in gerbils with reflex epilepsy // Arzneimittelforschung. 1984. Vol. 34. N. 11. P. 1484–1488.
  16. Löscher W. Genetic animal models of epilepsy as a unique resource for the evaluation of anticonvulsant drugs. A review // Methods Find. Exp. Clin. Pharmacol. 1984. Vol. 6. N. 9. P. 531–547.
  17. Wexler B.C. Pathophysiological responses to acute cerebral ischemia in the gerbil // Stroke. 1972. Vol. 3. P. 71–78.
  18. Lee J.C., Won M.H. Neuroprotection of antioxidant enzymes against transient global cerebral ischemia in gerbils // Anat. Cell Biol. 2014. Vol. 47. N. 3. P. 149–156. DOI: 10.5115/acb.2014.47.3.149.
  19. MedlinePlus. Circle of Willis. URL: https://medlineplus. gov/ency/imagepages/18009.htm. (Дата обращения: 06.2023).
  20. Gyo K. Experimental study of transient cochlear ischemia as a cause of sudden deafness // World J. Otorhinolaryngol. 2013. Vol. 3. N. 1. P. 1–15 DOI: 10.5319/wjo.v3.i1.1.
  21. Delbarre G., Delbarre B., Barrau Y. A suitable method to select gerbils with incomplete circle of Willis // Stroke. 1988. Vol. 19. N. 1. P. 126. DOI: 10.1161/01.str.19.1.126.
  22. Kitagawa K., Matsumoto M., Handa N., Fukunaga R. et al. Prediction of stroke-prone gerbils and their cerebral circulation // Brain Res. 1989. Vol. 479. N. 2. P. 263–269. DOI: 10.1016/0006-8993(89)91627-2.
  23. Jarrott D.M., Domer F.R. A gerbil model of cerebral ischemia suitable for drug evaluation // Stroke. 1980. Vol. 11. N. 2. P. 203–209. DOI: 10.1161/01.str.11.2.203.
  24. Hall E.D., Pazara K.E., Linseman K.L. Sex differences in postischemic neuronal necrosis in gerbils // J. Cereb. Blood Flow Metab. 1991. Vol. 11. N. 2. P. 292–298. DOI: 10.1038/jcbfm.1991.61.
  25. Вавилова В.А., Гущин Я.А. Моделирование глобальной церебральной ишемии у монгольских песчанок // Лабораторные животные для научных исследований. 2019. № 2. [Vavilova V.A., Gushin Ya.A. Modelirovaniye globalnoy cerebralnoy ishemii u mongolskih peschanok // Laboratornye zhivotnie dlia nauchnih issledovaniy. 2019. N. 2. (In Russ.)]. DOI: 10.29296/2618723X-2019-02-03.
  26. Pilar-Cuéllar F., Paniagua M.A., Díez-Alarcia R., Dos Anjos S. et al. Muscarinic receptor changes in the gerbil tha­lamus during aging // Brain Res. 2008. Vol. 1243. P. 38–46. DOI: 10.1016/j.brainres.2008.09.038.
  27. Lesting J., Neddens J., Teuchert-Noodt G. Ontogeny of the dopamine innervation in the nucleus accumbens of gerbils // Brain Res. 2005. Vol. 1066. N. 1–2. P. 16–23. DOI: 10.1016/j.brainres.2005.08.058.
  28. Lee C.H., Yoo K.Y., Choi J.H., Park O.K. et al. Cyclooxyge­nase-2 immunoreactivity and protein level in the gerbil hippocampus during normal aging // Neurochem Res. 2010. Vol. 35. N. 1. P. 99–106. DOI: 10.1007/s11064-009-0034-5.
  29. Leffler A., Ahlstedt I., Engberg S., Svensson A. et al. Cha­racterization of species-related differences in the pharmaco­logy of tachykinin NK receptors 1, 2 and 3 // Biochem. Pharmacol. 2009. Vol. 77. N. 9. P. 1522–1530. DOI: 10.1016/j.bcp.2009.01.020.
  30. Wallace-Boone T.L., Newton A.E., Wright R.N., Lodge N.J., McElroy J.F. Behavioral and pharmacological validation of the gerbil forced-swim test: effects of neurokinin-1 receptor antagonists // Neuropsychopharmacology. 2008. Vol. 33. N. 8. P. 1919–1928. DOI: 10.1038/sj.npp.1301586.
  31. Sundqvist M., Kristensson E., Adolfsson R., Leffler A. et al. Senktide-induced gerbil foot tapping behaviour is blocked by selective tachykinin NK1 and NK3 receptor antagonists // Eur. J. Pharmacol. 2007. Vol. 577. N. 1–3. P. 78–86. DOI: 10.1016/j.ejphar.2007.08.042.
  32. Bradley B.F., Starkey N. J., Brown S.L., Lea R.W. The effects of prolonged rose odor inhalation in two animal models of anxiety // Physiol. Behav. 2007. Vol. 92. N. 5. P. 931–938. DOI: 10.1016/j.physbeh.2007.06.023.
  33. Matsuoka A.J., Kondo T., Miyamoto R.T., Hashino E. Enhanced survival of bone-marrow-derived pluripotent stem cells in an animal model of auditory neuropathy // Laryngoscope. 2007. Vol. 117. N. 9. P. 1629–1635. DOI: 10.1097/MLG.0b013e31806bf282.
  34. Noto J.M., Romero-Gallo J., Piazuelo M.B., Peek R.M. The Mongolian Gerbil: A Robust Model of Helicobacter pylori-Induced Gastric Inflammation and Cancer // Methods Mol. Biol. 2016. Vol. 1422. P. 263–280. DOI: 10.1007/978-1-4939-3603-8_24.
  35. Bleich E.M., Martin M., Bleich A., Klos A. The Mongolian gerbil as a model for inflammatory bowel disease // Int. J. Exp. Pathol. 2010. Vol. 91. N. 3. P. 281–287. DOI: 10.1111/j.1365-2613.2009.00701.x.
  36. Temmerman A.M., Vonk R.J., Niezen-Koning K., Ber­ger R., Fernandes J. Long-term and short-term effects of dietary cholesterol and fats in the Mongolian gerbil // Ann. Nutr. Metab. 1988. Vol. 32. N. 4. P. 177–185. DOI: 10.1159/000177439.
  37. Ying H., Yu C., Wang Z., Yu B. et al. Characterization and mechanisms of lipid metabolism in high-fat diet induced hyperlipidemia in Mongolian gerbil (Meriones ungui­culatus) // African Journal of Biotechnology. 2012. Vol. 11. N. 97. P. 16347–16352. DOI: 10.5897/AJB12.336.
  38. Li C., Guo H., Dai F., Huo X. et al. SREBP 2 expression pattern contributes to susceptibility of Mongolian gerbils to hypercholesterolemia // Molecular Medi­cine Reports. 2018. Vol. 17. N. 2. P. 3288–3296. DOI: 10.3892/mmr.2017.8195.
  39. Wexler B.C., Judd J.T., Lutmer R.F., Saroff J. Spontaneous arteriosclerosis in male and female gerbils (Meriones ungui­culatus) // Atherosclerosis. 1971. Vol. 14. N. 1. P. 107–119. DOI: 10.1016/0021-9150(71)90042-6.
  40. Boquist L. Obesity and pancreatic islet hyperplasia in the Mongolian gerbil // Diabetologia. 1972. Vol. 8. N. 4. P. 274–282. DOI: 10.1007/BF01225571.
  41. Li X., Lu J., Wang Y., Huo X. et al. Establishment and Characterization of a Newly Established Diabetic Gerbil Line // PLoS One. 2016. Vol. 11. N. 7. P. e0159420. DOI: 10.1371/journal.pone.0159420.
  42. Carthew P., Dorman B.M., Edwards R.E., Francis J.E., Smith A.G. A unique rodent model for both the cardiotoxic and hepatotoxic effects of prolonged iron overload // Lab. Invest. 1993. Vol. 69. N. 2. P. 217–222.
  43. Port C.D., Baxter D.W., Richter W.R. The Mongolian gerbil as a model for lead toxicity. I. Studies of acute poisoning // Am. J. Pathol. 1974. Vol. 76. N. 1. P. 79–94.
  44. Gonzalez-Dunia D., Volmer R., Mayer D., Schwemmle M. Borna disease virus interference with neuronal plasticity // Virus Res. 2005. Vol. 111. N. 2. P. 224–234. DOI: 10.1016/j.virusres.2005.04.011.
  45. Nakamura Y., Nakaya T., Hagiwara K., Momiyama N. et al. High susceptibility of Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus) to Borna disease virus // Vaccine. 1999. Vol. 17. N. 5. P. 480–489. DOI: 10.1016/s0264-410x(98)00222-9.
  46. Osorio J.E., Schoepp R.J., Yuill T.M. Effects of La Crosse virus infection on pregnant domestic rabbits and mongolian gerbils // Am. J. Trop. Med. Hyg. 1996. Vol. 55. N. 4. P. 384–390. DOI: 10.4269/ajtmh.1996.55.384.
  47. Disson O., Nikitas G., Grayo S., Dussurget O. et al. Mode­ling human listeriosis in natural and genetically engineered animals // Nat. Protoc. 2009. Vol. 4. N. 6. P. 799–810. DOI: 10.1038/nprot.2009.66.
  48. Yang J., Zhang Y., Xu J., Geng Y. et al. Serum activity of platelet-activating factor acetylhydrolase is a potential clinical marker for leptospirosis pulmonary hemorrhage // PLoS One. 2009. Vol. 4. N. 1. P. e4181. DOI: 10.1371/journal.pone.0004181.
  49. Кательникова А.Е., Крышень К.Л., Зуева А.А., Макарова М.Н. Интраназальное введение лекарственных средств лабораторным животным // Лабораторные животные для научных исследований. 2019. № 2. [Katelnikova A.E., Kryshen K.L., Zueva A.A., Makarova M.N. Intranazalnoe vvedenie lekarstvennih sredsnv laboratornym zhivotnym // Laboratornye zhivotnie dlia nauchnih issledovaniy. 2019. N. 2. (In Russ.)]. DOI: 10.29296/2618723X-2019-02-09.
  50. Трофимец Е.И., Макарова М.Н., Кательникова А.Е., Крышень К.Л. Эндотрахеальный способ введения лекарственных средств лабораторным животным // Лабораторные животные для научных исследований. 2020. № 2. [Trofimets E.I., Makarova M.N., Katelnikova A.E., Kryshen K.L. Endotrachealniy sposob vvedeniya lekarstvennih sredstv laboratornym zhivotnim // Laboratornye zhivotnie dlia nauchnih issledovaniy. 2020. N. 2. (In Russ.)]. DOI: 10.29296/2618723X-2020-02-08.
  51. Morton D.B., Jennings M., Buckwell A. et al. Joint Working Group on Refinement. Refining procedures for the administration of substances. Report of the BVAAWF/FRAME/RSPCA/UFAW Joint Working Group on Refinement. British Veterinary Association Animal Welfare Foundation/Fund for the Replacement of Animals in Medical Experiments/Royal Society for the Prevention of Cruelty to Animals/Universities Federation for Animal Welfare // Lab Anim. 2001. Vol. 35. N. 1 P. 1–41. DOI: 10.1258/0023677011911345.
  52. Turner P. V., Brabb T., Pekow C., Vasbinder M.A. Administration of substances to laboratory animals: routes of admi­nistration and factors to consider // J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci. 2011. Vol. 50. N. 5. P. 600–613.
  53. Acceptable Maximum and Absolute Maximum Volumes for Research Compound Administrationю UC Davis Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC). August 4, 2022. URL: https://research.ucdavis.edu/wp-content/uploads/IACUC-50.pdf. (Дата обращения: 06.2023).
  54. Recommended Dose Volumes for Common Laboratory Ani­mals IQ 3Rs Leadership Group — Contract Research Organization Working Group. URL: https://iqconsortium.org/images/LG-3Rs/IQ-CRO_Recommended_Dose_Volumes_for_Common_Laboratory_Animals_June_2016_%282%29.pdf. (Дата обращения: 06.2023).
  55. IACUC Policy for Dose Volumes in Laboratory Animals. Indiana University. May 23, 2017. URL: https://research.iu.edu/
    doc/compliance/animal-care/bloomington/iub-biacuc-dose-volumes-in-laboratory-animals.pdf. (Дата обращения: 06.2023).
  56. Чернышова А.В., Рощина Е.А., Алексеева Л.И., Кательникова А.Е., Макарова М.Н. Рекомендованные и максимально допустимые объемы для ректального и интравагинального введения лекарственных средств разным видам животных // Лабораторные животные для научных исследований. 2023. № 1. [Chernyshova A.V., Roshchina E.A., Alekseeva L.I., Katelnikova A.E., Makarova M.N. Rekomendovannie i maksimalnie dopustimie obiemi dlia rektalnogo i intravaginalnogo vvedeniya lekarstvennih sredstv raznim vidam zhivotnyh // Laboratornye zhivotnie dlia nauchnih issledovaniy. 2023. N. 1. (In Russ.)]. DOI: 10.57034/2618723X-2023‑01‑04.
Received: 2023-11-24
Reviewed: 2024-01-15
Accepted for publication: 2024-02-13

You may be interested

NPO "Home of Pharmacy"

188663, Russia, Leningradskaya oblast', Vsevolozhskij rajon, g.p. Kuz'molovskij, Zavodskaya ulica, 3-245

© 2020 ООО «ИД «Русский врач»