이 프로토콜은 비강 점적을 통해 실리카 현탁액에 반복적으로 노출되어 규폐증의 마우스 모델을 확립하는 방법을 설명합니다. 이 모델은 높은 반복성과 경제성으로 인간 규폐증의 병리학적 과정을 효율적이고 편리하며 유연하게 모방할 수 있습니다.
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방법 논문
결정질 실리카 분진을 반복적으로 흡입하여 확립된 규폐증 마우스 모델
* These authors contributed equally
이 논문에서
요약
초록
규폐증은 산업 환경에서 호흡기 결정질 실리카 분진(CSD)에 노출되어 발생할 수 있습니다. 인간의 규폐증의 병태생리학, 스크리닝 및 치료는 모두 마우스 규폐증 모델을 사용하여 광범위하게 연구되었습니다. 쥐가 CSD를 폐로 반복적으로 흡입하게 함으로써 쥐는 인간 규폐증의 임상 증상을 모방할 수 있습니다. 이 방법론은 시간과 출력 측면에서 실용적이고 효율적이며 수술로 인해 상부 호흡기에 기계적 손상을 일으키지 않습니다. 또한, 이 모델은 규폐증의 급성/만성 변형 과정을 성공적으로 모방할 수 있습니다. 주요 절차는 다음과 같습니다. 멸균된 1-5μm CSD 분말을 완전히 분쇄하고, 식염수에 현탁시키고, 초음파 수조에 30분 동안 분산시켰다. 이소플루란 유도 마취 하에 있는 마우스는 약 2초 동안 얕은 빠른 호흡에서 깊고 느린 흡인으로 전환했습니다. 쥐를 손바닥에 놓고 엄지손가락 끝이 쥐 턱의 입술 가장자리에 부드럽게 닿아 기도를 곧게 펴도록 했습니다. 숨을 내쉴 때마다 생쥐는 한쪽 콧구멍을 통해 실리카 현탁액을 한 방울씩 들이마시고 4-8초 이내에 이 과정을 완료했습니다. 생쥐의 호흡이 안정된 후, 흡입된 CSD가 기침을 하지 않도록 가슴을 쓰다듬고 애무했습니다. 그런 다음 쥐를 케이지로 되돌려 보냈습니다. 결론적으로, 이 모델은 상부 호흡기에서 말단 세기관지 및 폐포에 이르기까지 폐로 들어가는 작은 입자의 전형적인 생리학적 통로를 따라 CSD를 정량화할 수 있습니다. 또한 업무로 인한 직원의 반복적인 노출을 복제할 수 있습니다. 이 모델은 한 사람이 수행할 수 있으며 고가의 장비가 필요하지 않습니다. 높은 반복성으로 인간 규폐증의 질병 특징을 편리하고 효과적으로 시뮬레이션합니다.
서론
작업자는 필연적으로 불규칙한 결정질 실리카 분진(CSD)에 노출되며, 이는 흡입될 수 있으며 광업, 도자기, 유리, 석영 가공 및 콘크리트를 포함한 다양한 직업 환경에서 더 독성이 있습니다 1,2. 규폐증으로 알려진 만성 분진 흡입 질환은 진행성 폐 섬유증을 유발한다3. 역학 자료에 따르면, 규폐증의 발병률은 지난 수십 년 동안 전 세계적으로 감소해 왔지만, 최근 몇 년 동안 증가하여 젊은 사람들에게 영향을 미치고 있다 4,5,6. 규폐증의 근본적인 메커니즘은 잠복기 시작과 장기간의 잠복기로 인해 과학 연구에 중요한 도전을 제시합니다. 규폐증이 어떻게 발생하는지는 아직 알려져 있지 않습니다. 더욱이, 현재의 어떤 약물도 규폐증의 진행을 막고 폐섬유증을 역전시킬 수 없습니다.
규폐증에 대한 현재 마우스 모델은 CSD의 혼합 현탁액의 기관 섭취를 포함합니다. 예를 들어, 마취 후 자궁경부 기관 외상을 채택하여 폐에 CSD를 투여하는 것....
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프로토콜
모든 절차는 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 실험동물 관리 및 사용 가이드(NIH Publication No. 8023, 1978년 개정)의 지침을 따랐으며 안후이 과학기술대학 의과대학의 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 승인을 받았습니다.
1. 쥐 관리 및 먹이 주기
- 건강한 C57BL/6 수컷 마우스 20마리를 1:1 비율로 실험 그룹 또는 비히클 그룹에 할당합니다. 생쥐를 1주일 동안 새로운 환경에 적응시킵니다.
- 하루 12시간의 일정한 조명 시간을 제공합니다. 정확한 타이밍을 위해 시간 제어 스위치를 사용하십시오.
2. CSD 서스펜션 준비
- 비강이 떨어지기 최소 1 일 전에 마노 모르타르에서 실리카를 0.5 시간 동안 갈아줍니다.
- 결정 입자의 크기와 모양을 관찰하십시오. 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 대표 사진을 찍습니다.
- 전도성 테이프를 사용하여 입자를 묶어 SEM용 샘플을 준비합니다. 헤어 드라이어를 사용하여 단단히 결합되지 않은 실리콘 입자를 부드럽게 불어냅니다.
- 샘플....
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결과
마우스에서 규폐증의 잠재적 발병 기전은 제안된 방법을 사용하여 조사되었습니다. 실험군에 속한 쥐의 체중은 대조군에 비해 유의하게 감소했으며, 노출을 중단한 후 체중이 서서히 회복되는 것을 확인했다. 여기에 사용된 최적화된 용량으로 인해 이 실험에서 실리카에 노출된 마우스에서 사망률이 관찰되지 않았습니다. CSD에 대한 반복적인 비강 점적의 기술 로드맵은 (그림 1)에 나와 있습니다. 앞서 설명한 절차에는 CSD 현탁액 준비, 이소플루란 유도 마취, 비강 점적 및 흉부 마사지가 포함되었다12. 4주간의 정적 수유 후 콜라겐 침착과 근섬유아세포 분화를 입증했다12. 우리는 석탄 분진으로 인한 폐 섬유증의 근본적인 메커니즘을 연구하기 위해 이 분진 노출 방법을 사용했습니다. 대식세포의 새로운 부분집합과 비타민 D의 중재 효과는 단세포 전사체 기술을 통해 발견되었습니다
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토론
규폐증 마우스 모델은 규폐증의 발병 기전과 치료를 연구하는 데 매우 중요합니다. 이 프로토콜은 반복적인 비강 노출을 통해 마우스에서 규폐증 모델을 제조하는 방법을 설명합니다. 이 방법을 사용하면 다양한 노출 시간에 의해 유도되는 규폐증의 병리학적 특성을 연구할 수 있습니다. 생쥐를 인공호흡기에 마취시키고 호흡수를 모니터링했다. 초기의 짧고 빠른 호흡 속도는 시간이 지남에 따라 점차 느려졌다가 깊어졌습니다. 마취는 쥐의 근육을 이완시켜 심호흡을 유도하고 느리고 깊은 호흡을 하는 동안 CSD를 흡입할 수 있도록 했습니다. 이 과정에서 작업자는 엄지손가락으로 쥐의 하악골을 잡고 목을 곧게 펴서 액체가 소화관으로 들어가는 것을 방지하는데, 이는 통증을 유발하지 않고 비침습적인 호흡 가능한 먼지 노출 방법입니다. 이 방법은 먼지 노출을 연구하기 위해 반복적으로 구현해야 하는 개별 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 2017년 Kato 등은 폐섬유증을 모델링하기 위해 구인두 점적액을 통해 단일 대용량 용량(125mg/mL, .......
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공개 사항
저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
감사의 글
이 연구는 안후이성 대학 시너지 혁신 프로그램(GXXT-2021-077)과 안후이 과학기술 대학 대학원 혁신 기금(2021CX2120)의 지원을 받았습니다.
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참고문헌
- Olsson, A., Kromhout, H. Occupational cancer burden: the contribution of exposure to process-generated substances at the workplace. Molecular Oncology. 15 (3), 753-763 (2021).
- The Lancet Respiratory. The world is failing on silicosis. The Lanc....
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