Summary
Burada, plevral efüzyon manken Sıçanlarda poliakrilat/nanosilica boğaza korumak tarafından oluşturmak için bir iletişim kuralı mevcut.
Abstract
Plevral efüzyon birçok pulmoner hastalıkların yaygın bir klinik bulgudur. Yararlı hayvan plevral efüzyon manken olması çok bu göğüs hastalıkları eğitim önemlidir. Önceki plevral efüzyon modelleri daha fazla nano tanecikleri yerine biyolojik faktörler ortamda dikkat. Burada, boğaza korumak poliakrilat/nanosilica, tarafından Sıçanlarda plevral efüzyon ve plevral efüzyon nanopartikül izolasyon yöntemi yapmak için bir modeli tanıtmak. Tarafından 3.125, 6.25 ve 12.5 mg/kg∙mL konsantrasyonları ile boğaza korumak poliakrilat/nanosilica, günde 3, 6.25 ve 12.5 mg/kg∙mL grupları, 7-10 günde numaraya sunulan Sıçanlarda plevral efüzyon sonra yavaş yavaş azaldı ve gün 14 ortadan kayboldu. Poliakrilat/nanosilica konsantrasyonu artar, plevral efüzyon daha üretilen ve daha hızlı olur. Bu plevral sıvı Ultrasonografi veya tarama ve fareler diseksiyon tarafından teyit CT göğüs tarafından tespit edildi. Silis nano tanecikleri rats plevral efüzyon transmisyon elektron mikroskobu tarafından tespit edildi. Poliakrilat/nanosilica maruz insanlarda bizim önceki rapor ile tutarlı plevral efüzyon, indüksiyon yol açar bu sonuçlar gösterdi. Ayrıca, bu model daha fazla çalışma nanotoxicology ve plevral efüzyon hastalıklar için faydalıdır.
Introduction
Plevral efüzyon göğüs hastalıkları çok yaygın bir klinik tezahürü ile çeşitli nedenleri var. Yararlı hayvan plevral efüzyon manken olması çok bu göğüs hastalıkları, iki plevral membran katmanları, plevral efüzyon mekanizmaları ve tedavisi rolleri çalışma önemlidir. Ancak, bazı plevral efüzyon modelleri özellikle Malign plevral efüzyon veya biyolojik faktörler olarak çevre1,2nano tanecikleri yerine odaklanmak bildirdi. Burada, basit, güvenli ve etkili plevral efüzyon yeni bir model tanıtmak.
Nanoteknoloji gelişimi ve nanoproducts geniş kullanımı ile çevre ve insan sağlığı3,4Nanomalzemeler potansiyel tehlikeleri hakkında bir endişe vardır. Nanomalzemeler risk faktörleri tanıtmak ve potansiyel olarak roman tehlikeler içinde işyeri veya çevresel kirlenme yol. Nanomalzemeler akciğerler, kalp, karaciğer, böbrek ve sinir sisteminin yanı sıra için üreme ve bağışıklık sistemis5,6çoklu organ zarar görmesine neden içinde vivo ve in vitro çalışmalar göstermektedir. Ayrıca, bazı çalışmalarda Nanomalzemeler belirli toksisite nedeniyle kendi benzersiz fizikokimyasal özellikleri3,4,7olduğunu bildirdi.
İşçilerin mesleki maruz kalma Nanomalzemeler ile bir grup Plevral ve Perikardiyal efüzyon, Pulmoner Fibrozis ve Granülom8,9ile klinik olarak sunulan bildirdin. Silis nano tanecikleri bu hastaların plevral efüzyon9' izole. Çoğaltmak ve inhale nano tanecikleri insan indüklenen plevral efüzyon doğrulamak için biz deneme poliakrilat/nanosilica (PA/NPSi) instilling tarafından bir gerçek insan solunum taklit Sıçanlarda solunum yolu ile yapılan çevre ve o boğaza bulundu PA/NPSi korumak Sıçanlarda plevral efüzyon neden. Burada, nasıl PA/NPSi boğaza korumak tarafından fareler plevral efüzyon yapmak ve nasıl nano tanecikleri plevral efüzyon yalıtmak için tanıtmak. Bu model nanotoxicology ve plevral efüzyon hastalıklar daha fazla çalışma için yararlı olabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Çalışma bakım ve deneysel hayvan kullanımı için sermaye Tıp Üniversitesi (Beijing, PR Çin) yönergeleri takip etti. Tüm yordamları hayvan Etik Komitesi, sermaye Tıp Üniversitesi Çin tarafından kabul edildi.
1. deneysel hazırlıkları
Not: dişi belirli patojen-Alerjik Wistar rats Acclimate (ağırlık: 200 ± 10 g) için bir hafta önce yönetim için deneysel ortamlar (çevre koşulları: ışık / karanlık: 12h / 12h, sıcaklık 22 ± 2 ° C, nem oranı 50 ± % 10).
- Bir taze 10 normal salin 3.125, 6,25 ve 12.5 mg/mL, sırasıyla10konsantrasyonlarda içinde seyreltilmiş mL PA/NPSi süspansiyonlar (nanosilica Ø:20 ± 5 nm tarafından yerinde emülsiyon polimerizasyonu) kullanın. Yönetim daha önce 20-30 dk süspansiyonlar ve 10 min için girdap nano tanecikleri toplama önlemek için solüsyon içeren temizleyicide.
- Aynı derecede 20 sıçan toplam dört gruba ayırın: bir grup için PA/NPSi her konsantrasyonu (0, 3.125, 6,25 ve 12.5 mg/mL).
- Onları anestezi için fareler 1,5 mL eter (% 99.5) ile kapalı bir kapta yerleştirin. veya herhangi bir diğer onaylanmış IACUC iletişim kuralı. 60-90 s sonra anestezi, refleks pedal için yanıt olmaması için kontrol edin. Fareler nefes olun.
- Tahtaya imzalat sıçan ve çok onun ön dişler naylon tahtada steril bir hat ile düzeltin.
- Ağzını açın ve glottis onun çatlak bir cerrahi forseps ve ön lens yardımıyla ortaya çıkarmak.
- Toplam 1 ml ince bir tüp ile sterilize edilmiş bir künt iğne ikili bronş kullanarak her fare akciğer PA/NPSi süspansiyon 0.5 mL farelerle aşılamak.
- Sırtüstü pozisyon ve fareler yavaş yavaş 5-10 dk içinde kurtarmak izin plastik bir gemide fareler yer.
2. ultrason muayenesi için plevral efüzyon
- Bir ultrason sistemi ile doğrusal dizi dönüştürücü kullanın (frekans: 8 MHz) fareler gün 1, 3, 7 ve 1410incelemek için.
- Anestezi (% 10 kloral hidrat, 0.35 mL/100 g, IP) fareler için vermek ve pedal refleksleri olmaması için kontrol edin.
- Saç rats göğüs ve üst karın bir Elektrikli tıraş makinesi kullanarak kaldırın. Daha sonra fareyi bir montaj plakası sırtüstü pozisyonda yerleştirin.
- Deri kaplamalı jel ile kapak ve dönüştürücü interkostal boşluk ve plevral sıvı algılamaya subcostal alan yerleştirin.
Not: efüzyon doğru algılamak için sol ve sağ lateral konumlarını bir ultrason incelemesi gerçekleştirmek üzere seçildi. - Ultrasonografi ve fareler yavaş yavaş 10 min kurtarmak izin sonra sırtüstü pozisyonda plastik bir tahta üzerinde fareyi koyun.
3. göğüs CT tarama için plevral efüzyon
- 7 ve 14 gün sonrası yönetim üzerinde % 10 kloral hidrat (IP) ile rats anestezi. Yeterli anestezi derinliği dikkate sıçan refleksleri pedal tepki vermez.
Not: 7 gün sonrası yönetim CT tarama plevral efüzyon gözlemlemek için en uygun zamanı. - Yüzükoyun bir plastik levha fare yerleştirin ve plevral efüzyon bir 64-kanal CT kullanım aşağıdaki ayarları kullanarak araştırmak için göğüs kafesini açar inceden inceye gözden geçirmek: 64 x 0.625 mm dedektörü yapılandırma, 120 kV (en yüksek) ve 350 mAs.
4. plevral efüzyon ve plevral efüzyon içinde nano tanecikleri yalıtım topluluğu
- Sıçan ve altı tarama CT kloral hidrat, anestezi fareler pedal refleks kontrol, göğüs karın üzerinden saç tıraş ve cilt iyot tarafından dezenfekte sonra göğüs.
- Fareler için cerrahi alan getir.
- Anestezi altında hızlı bir şekilde 1-1.5 cm cilt ve karın kasları xiphoid olduğu gibi diyafram ile orta çizgi boyunca yara bere.
- Dikkatli bir şekilde göğüs açmak ve bilateral plevral boşluklar cımbız, özellikle ikili kostal frenik açılar yardımıyla incelemek. 1-2 mL açık sarı plevral efüzyon 2 mL steril enjektör ile toplamak.
- Bir kez bitmiş, onaylı IACUC Protokolü farelerle kurban.
- 2 mL tüp 300 x g de 15 dakika içinde plevral efüzyon nano tanecikleri yalıtmak için santrifüj kapasitesi.
- Transmisyon elektron microscope(TEM,), 60-80 kV hızlanan bir gerilim altında gözlemlemek ve parlak sıvı olan üst katmanı bir damla kullanın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Torasik ultrason kullanarak, günde 1 tüm gruplar yok plevral efüzyonu bulduk. Ancak, gün 3, plevral efüzyon 6.25 ve 12.5 mg/kg∙mL gruplar halinde ortaya çıktı. Başta olmak üzere sadece 12.5 mg/kg∙mL grubunda sunulan Perikardiyal efüzyon ise şu kostal frenik açı efüzyon yapıldı. Ayrıca, gün 7, plevral efüzyon (Video 1) ve Perikardiyal efüzyon (Video 2) 6.25 mg/kg∙mL grubu (şekil 1) tespit edildi. Plevral efüzyon yavaş yavaş gün 7-10 büyük ölçüde artmış ve yavaş yavaş azaldı. 14 günde yok plevral efüzyon artık ancak plevra yapışma işaret tüm gruplar halinde bulundu. 10
Gün 7 ve 14, plevral efüzyon 3.125 ve 6.25 mg hiçbir izi/kg∙mL10grup. Ancak, 12.5 mg/kg∙mL grubunda, göğüs CT tarama plevral efüzyon (Şekil 2a, b) küçük bir miktar ima künt posterior costophrenic açısı ile anormal. Yeterli miktarda su nedeniyle açıklandı sıvı düzeyi belirtisi yok gözlendi.
Fareler diseksiyon, sarı veya renksiz efüzyonu 6.25 mg/kg∙mL ve bunu 12.5 mg/kg∙mL 3 ve 7 gün görülmektedir. 1-1,8 mL 6.25 mg/kg∙mL ve bunu 12.5 mg/kg∙mL plevral her boşluğunda plevral efüzyon hacimleri farklı. 3.125 mg/kg∙mL grubunda plevral boşluklar yok sıvı tam deneysel süreç içinde ortaya çıktı.
TEM ile tek tek sunulan NPSi nano tanecikleri ve küme süzülmüş plevral sıvı kurdu. Ortalama çapı (Ø: 20 ± 5 nm) ve plevral sıvı morfolojisi NPSi hazırlanan süspansiyon ile tutarlı. Nano tanecikleri çoğunlukla küresel ve de dağınık, ve bireysel bir nanopartikül ortalama büyüklüğü ~ 20 ± 5 nm (şekil 3a, b).
Resim 1 : Günde 7 Ultrasonografik bulguları plevral efüzyon temsilcisi görüntülerini. (a, b) Plevral ve Perikardiyal boşluklar yok sıvı 3.125 mg/kg∙mL grubunda bir sıçanla Ultrasonografik görüntülerden. (c, d) Bir sıçan 6.25 mg/kg∙mL grubunda belirgin plevral efüzyon ve Perikardiyal efüzyon ile Ultrasonografik görüntülerden. (e, f) Plevral ve Perikardiyal boşluklar çok daha fazla sıvı 12.5 mg/kg∙mL grubunda bir sıçanla Ultrasonografik görüntülerden. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2 . Sıçanlarda göğüs CT görüntülerin temsilcisi görüntüler. CT görüntü 3.125 mg/kg∙mL grubunda plevral efüzyon (bir) ve CT görüntüden bir fare serbest sıvı bir negatif bulgu ile 12.5 mg/kg∙mL grubunda ama plevral boşluğu (b) künt posterior costophrenic açı ile bir fare üzerinden. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3 . Silis nano tanecikleri poliakrilat/nanosilica süspansiyon ve plevral efüzyon bir farenin. (bir) silis nano tanecikleri poliakrilat/silika nanocomposite içinde. (b) dedikleri plevral efüzyon ile kümeleri ya da ayrı ayrı form içinde silis nano tanecikleri. Ölçek çubuğu: 200 nm. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Video 1. Bir sıçan 6.25 mg/kg∙mL grubunda plevral efüzyon. Bu videoyu izlemek için lütfen buraya tıklayın. (İndirmek için sağ tıklatın.)
Video 2. 6.25 mg/kg∙mL grup içinde sıçan Perikardiyal efüzyon. Bu videoyu izlemek için lütfen buraya tıklayın. (İndirmek için sağ tıklatın.)
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Ultrason sıvı birikmesi plevral boşluğu11' deki yönergeleri için onun mükemmel hassasiyet nedeniyle göğüs hastalıkları belirlemek için en uygun araçtır. Ultrason hemen hava ve sıvı akciğer12akustik empedans içinde kontrast tespit çünkü. Ayrıca, ultrason CT küçük bir hayvanın modelinde daha esnek Yine de, akciğer hava ses dalgası yansıyan ve nano tanecikleri korumak sonra intrapulmonary değişiklikleri gözlemleyerek engellemiştir. Bu nedenle, göğüs CT taraması ve akciğer ultrason intrapulmonary değişiklikler ve plevral sıvı araştırmak için kombine.
Görüntüleme veri keşfetmek sonra görüntüleme sonuçları dikkate değer bulduk. İlk olarak, bizim model PA/NPSi, gerçekten de Plevral ve sıçan modelinde erken aşamada Perikardiyal efüzyon olarak tecelli alışılmadık toksisite indüklenen gösterdi. İkinci olarak, bu model başarıyla yeniden oluşumu ve insan polyserous efüzyonu geliştirilmesi; Bu arada, bu işlemlerin Plevral ve Perikardiyal efüzyon, Pulmoner Fibrozis ve Granülom8,9ile sunulan bizim hastalarda gözlenmiştir. Böylece, bu gerçekleri plevral membran veya Perikardiyal membran gibi Periton zarı PA/NPSi, yaralanma hedeflerinden biri olan asbest tarafından neden olduğu bir doğada benzer olduğunu ima etti. Ayrıca, polyserous efüzyonu kronolojisi bizim bulgular tarafından sonucuna gibi anlamlı.
Bizim model tasarım gelince, boğaza korumak önemli adımdı. Bu yöntem nanopartikül toksisite hangi önceki çalışma13farklı vücuda trakeal, girilen sağlamıştır. Ancak, bu yöntem eksilerini gibidir: PA/NPSi ikili bronş trakea ve onun tahriş nedeniyle neden öksürük için mekanik zarar önlemek için son derece deneysel becerilerini gereken ince tüp tarafından telkin. Böylece, kritik nokta boğaza korumak uygun derinliği idi. Bu arada, uygun anestezi sürdürmek söz konusu adımı tamamlamak için son derece önemliydi.
Nano tanecikleri kullanımı, araştırma amacıyla ince parçacıklar daha fazla ve daha fazla dikkatini kadar tespit etti. Küçük çapı ince parçacıklar, onları korumak için daha zordur. Öte yandan, nano-silis 20 ± 5 nm çapında gerçekten zorluk çapı azalma ile artış neden bu çalışma için hazırlamak için bir yüksek teknoloji hazırlama yöntemi gerekli. Böylece, en bizim teknik profesyonellere nano-silis, çapı hangi önceki çalışma13,14küçük oldu. Bu çalışmada bir diğer avantajı biz nanopartikül trakeal yoluyla yerine deri veya dolaşım13,15,16indüklenen oldu. Örneğin, intravenöz pozlama bize tarafından birincil veya ikincil zarar tetiklenen hedef organ hasarı ayırt etmek zor hedef organ soruşturma engel. Bu nedenle, bize göre boğaza korumak akciğerlere nanopartikül toksisite önümüzdeki gelecekte araştırmak için en iyi yol olacaktır. Ayrıca, nanopartikül doz daha yüksek bir maliyet-etkililik oranı sunulan önceki çalışma13, daha düşük.
Plevral ve PA/NPSi tarafından indüklenen Perikardiyal efüzyon gelince enflamasyon reaksiyonu ve üretim Reaktif oksijen sistemi (ROS) neden olur. Biz şöyle açıkladı: Öncelikle, nanosilica artan ROS konsantrasyonları, inflamatuar üretim indüklenen, mitokondrial depolarizasyon neden ve her iki içinde vivo ve tüp bebek5,6glutatyon düzeyleri azalır. İkinci olarak, inflamasyon ve ROS üretimini interstisyel sıvı akciğer veya plevral efüzyon vasıl belgili tanımlık son oluşumu terfi plevral kapiller geçirgenliği artmıştır. Ayrıca, plevral lenfatik drenaj potansiyel bozulma de plevral sıvı birikimi dahil. Plevral sıvı daha fazla birikimi ile oncotic basınç hangi sonunda devrilmesinden sonra PA/NPSi plevral boşluklar içinde indüklenen artmıştı. Bu sonuç bizim önceki hayvan deneyleri ile tutarlı ve hastaların8,10bildirdi.
Plevral efüzyon kendisi için klinikte yaygın olduğunu. Bununla birlikte, birçok solunum veya sistemik hastalıklar plevral efüzyon neden olabilir. Bu nedenle, bir hayvan modeli inşa plevral efüzyon etiyolojik çalışmanın yararlanırlar. Önceki çalışma nanosilica13,17akciğer toksisite bildirdi. Ancak, önceki bildirilen plevral efüzyon modelleri özellikle nano tanecikleri18,19yerine biyolojik faktörler üzerinde duruldu. Bu nedenle, nanopartikül doz açık bir sorun kaldı. Modelimiz gösterdi gün 3'den sonra 6.25 mg bir PA/NPSi konsantrasyon plevral efüzyon oluştu/kg∙mL boğaza korumak tarafından yönetilen ve 7-10 gün kadar yükseldi. Ayrıca, PA/NPSi, plevral efüzyon daha üretilen ve daha hızlı konsantrasyonları artan ile. Ayrıca, biyolojik modelleri18,19ile karşılaştırıldığında, iyi kontrol edilebilir ve etkili plevral efüzyon bizim modeli oldu. Özetlemek gerekirse, bizim modeli özellikle faydalı plevral efüzyon hastalıklar, de gelecekteki çalışmaları için nanotoxicity daha fazla çalışma gelince olacaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Mevcut çalışma ve üretim bu makalenin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Çin tarafından (Grant 81773373, 81172614 ve Grant 81441089) finanse edilmiştir. Biz Dr Jin Yan ve acil bir durum, Pekin Chaoyang Hastanesi, Dr. Pan Yujie ve doktor Qu Peng bölümü, ultrason Tıp Fakültesi, Pekin Chaoyang hastane ile video prodüksiyon yardım ettiğin için teşekkür ederim.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acuson S2000 Color Doppler ultrasound system | Siemens Medical Solutions, Mountain View ,CA | ||
| Polyacrylate/nanosilica | Fudan University,Shanghai, China | made by order with nanosilica(20±5)nm | |
| 10% chloral hydrate | Beijing Chemical Works | 302-17-0 | |
| Light speed 16 spiral computed tomography | GE Healthcare, US | ||
| Specific pathogen-free Wistar | Animal Center of Lianhelihua (Beijing, China) | Wistar rats |
References
- Stathopoulos, G. T., et al. Nuclear factor-kappaB affects tumor progression in a mouse model of malignant pleural effusion. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 34 (2), 142-150 (2006).
- Shen, J., et al. The dosage-toxicity-efficacy relationship of kansui and licorice in malignant pleural effusion rats based on factor analysis. Journal of Ethnopharmacology. 186, 251-256 (2016).
- Nel, A., Xia, T., Mädler, L., Li, N. Toxic potential of materials at the nanolevel. Science. 311 (5761), 622-627 (2006).
- Maynard, A. D., et al.
- Duan, J., et al. Toxic effects of silica nanoparticles on zebrafish embryos and larvae. PLoS One. 8 (9), 74606 (2013).
- Skuland, T., Ovrevik, J., Låg, M., Schwarze, P., Refsnes, M. Silica nanoparticles induce cytokine responses in lung epithelial cells through activation of a p38/TACE/TGF-α/EGFR-pathway and NF-κΒ signaling. Toxicology and Applied Pharmacology. 279 (1), 76-86 (2014).
- Oberdörster, G., Oberdörster, E., Oberdörster, J. Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environmental Health Perspectives. 113 (7), 823-839 (2005).
- Song, Y., Li, X., Du, X. Exposure to nanoparticles is related to pleural effusion, pulmonary fibrosis and granuloma. European Respiratory Journal. 34 (3), 559-567 (2009).
- Song, Y., et al. Nanomaterials in humans: identification, characteristics, and potential damage. Toxicologic Pathology. 39 (5), 841-849 (2011).
- Zhu, X., et al. Polyacrylate/nanosilica causes pleural and pericardial effusion, and pulmonary fibrosis and granuloma in rats similar to those observed in exposed workers. International Journal of Nanomedicine. 11, 1593-1605 (2016).
- Havelock, T., et al. Pleural procedures and thoracic ultrasound: British Thoracic Society Pleural Disease Guideline 2010. Thorax. 65, Suppl 2 61-76 (2010).
- Jha, A., Ullah, E., Gupta, P., Gupta, G., Saud, M. Sonography of multifocal hydatidosis involving lung and liver in a female child. Journal of Medical Ultrasound. 40 (4), 471-474 (2013).
- Hikaru, N., et al. Histological analysis of 70-nm silica particles-induced chronic toxicity in rats. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 72, 626-629 (2009).
- Sun, L., et al. Cytotoxicity and mitochondrial damage caused by silica nanoparticles. Toxicology in Vitro. 25, 1619-1629 (2011).
- Hikaru, N., et al.
- Liu, T. I., et al. Single and repeated dose toxicity of mesoporous hollow silica nanoparticles in intravenously exposed mice. Biomaterials. 32, 1657-1668 (2011).
- Ding, M., et al. Diseases caused by silica: Mechanisms of injury and disease development. International Immunopharmacology. 2, 173-182 (2002).
- Shen, J., et al. The dosage-toxicity-efficacy relationship of kansui and licorice in malignant pleural effusion rats based on factor analysis. Journal of Ethnopharmacology. 186, 251-256 (2016).
- Ji, J. H., et al. Twenty-eight-day inhalation toxicity study of silver nanoparticles in Sprague-Dawley rats. Inhalation Toxicology. 19 (10), 857-871 (2007).
