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Reddy, A. T., Lakshmi, S. P., Reddy, R. C. Murine Model of Allergen Induced Asthma. J. Vis. Exp. (63), e3771, doi:10.3791/3771 (2012).
L'asthme est une cause majeure de morbidité et de mortalité, affectant quelque 300 millions de personnes à travers le monde. 1 Plus de 8% de la population américaine souffre d'asthme, de la prévalence croissante. 2 Comme avec d'autres maladies, les modèles animaux de la maladie allergique des voies respiratoires facilitent grandement compréhension de la pathophysiologie sous-jacente, aider à identifier des cibles thérapeutiques potentielles, et de permettre des essais précliniques de possibles nouvelles thérapies. Modèles de la maladie allergique des voies respiratoires ont été développés dans plusieurs espèces animales, mais les modèles murins sont particulièrement attractive en raison du faible coût, disponibilité, et bien caractérisés système immunitaire de ces animaux. 3 Disponibilité d'une variété de souches transgéniques augmente encore l'attrait de ces modèles. 4 Ici, nous décrivons deux modèles murins de la maladie allergique des voies respiratoires, à la fois l'ovalbumine employant comme antigène. Après une sensibilisation initiale par injection intrapéritonéale, un modèle LivrERS le défi de l'antigène par nébulisation, l'autre par la livraison intra-trachéale. Ces deux modèles offrent des avantages complémentaires, les uns avec les imitant les principales caractéristiques de l'asthme humain. 5
Les principales caractéristiques de l'asthme aigu comprennent une réponse exagérée des voies aériennes à des stimuli tels que la méthacholine (hyperréactivité bronchique; AHR) et inflammation des voies respiratoires éosinophiles riches. Ce sont également des effets importants de provocation allergénique dans nos modèles murins, 5,6 et nous décrire les techniques permettant de mesurer les et donc d'évaluer les effets de la manipulation expérimentale. Plus précisément, nous décrivons les deux 8 invasives 7 et non-invasif des techniques de mesure de l'hyperréactivité bronchique ainsi que des méthodes pour évaluer l'infiltration de cellules inflammatoires dans les voies respiratoires et du poumon. Cellules inflammatoires des voies aériennes sont recueillies par lavage broncho-alvéolaire du poumon tandis que l'histopathologie est utilisée pour évaluer les marqueurs de l'inflammation dans l'organe. Cestechniques fournissent des outils puissants pour étudier l'asthme d'une façon qui ne serait pas possible chez les humains.
La sensibilisation aux allergènes et I. Défi (voir Figure 1)
A. Pour Défi intratrachéale
B. Pour Défi par nébulisation
II. Détermination de l'hyperréactivité bronchique à la méthacholine
A. Mesure non invasive de l'hyperréactivité des voies aériennes par pléthysmographie corps entier-(WBP; Buxco recherche sur les systèmes, Wilmington, NC)
B. Mesure invasive de la réactivité des voies respiratoires par commandée par ordinateur Ventilateur (flexiVent; SCIREQ Inc, Montréal, Canada)
III. Mesure de l'infiltration cellulaire dans l'espace aérien
A. Effectuer lavage broncho-alvéolaire (LBA)
B. Compter les cellules et détermination des taux différentiels
IV. Les résultats représentatifs
Constriction des voies respiratoires à la suite des stimuli provocateurs excessive est une caractéristique importante de la clinique de l'asthme. Nous décrivons deux méthodes de mesure de l'hyperréactivité bronchique à la méthacholine telle chez les souris sensibilisées et OVA contestée: l'ensemble du corps pléthysmographie (Figure 2) et l'oscillation forcée à l'aide du système flexiVent (Figure 3). Les deux méthodes montrent que la sensibilisation et le défi OVA produit une hyperréactivité bronchique chez la souris.
Inflammation des voies respiratoires éosinophiles riche en est une autre caractéristique importante de l'asthme et la maladie clinique allergique des voies respiratoires chez les souris. Comme le montre la figure 4
Les données indiquent que les résultats allergiques maladies des voies respiratoires de la surproduction d'anticorps IgE aux antigènes sensibilisants. Sensibilisation et un défi à l'OVA en utilisant les protocoles que nous décrivons augmente les taux d'IgE dans le sérum et le fluide BAL des souris traitées (figure 5).

Figure 1. Schéma d'expérimentation pour l'OVA induit l'asthme allergique. Souris ont été sensibilisées à deux reprises ip avec 20 pg d'OVA émulsionnée dans 2 mg d'hydroxyde d'aluminium dans 0,2 ml de PBS stérile, ou 2 mg d'hydroxyde d'aluminium dans 0,2 ml de PBS stérile seul, suivi à la points de temps indiqué par le contester avec 0,1% OVA ou une solution stérile de PBS ou par ex quotidienne posure pendant 30 minutes à l'OVA 1% nébulisée dans du PBS ou du PBS seul livré via un nébuliseur ultrasonique (Buxco). Vingt-quatre heures après l'exposition OVA final, la réactivité bronchique a été déterminée. Par la suite, le liquide de LBA, des échantillons de sang, les cellules pulmonaires, et les tissus ont été prélevés pour une analyse plus approfondie.

Figure 2. Souris d'évaluation des induite par l'allergène hyperréactivité bronchique par une méthode non invasive. (N = 4/groupe) ont été sensibilisés et mis au défi avec de l'OVA. Vingt-quatre heures qui suivent le dernier défi, l'hyperréactivité bronchique à la métacholine inhalée a été déterminée en utilisant la pléthysmographie corps entier tel que décrit dans le protocole. Penh a été déterminée et exprimée en rapport Penh (moyenne Penh sur l'intervalle de temps de 8 minutes avec de la méthacholine, divisé par le Penh moyenne sur l'intervalle de 8 minutes avec du PBS). * P <0,05 vs PBS.
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Figure 3. Souris d'évaluation des induite par l'allergène hyperréactivité bronchique par une méthode invasive (oscillations forcées). (N = 4/groupe) ont été sensibilisés et mis au défi avec de l'OVA. Vingt-quatre heures qui suivent le dernier défi, l'hyperréactivité bronchique à des concentrations croissantes de métacholine inhalée a été déterminée par l'oscillation forcée (flexiVent) méthode telle que décrite dans le protocole. Une résistance, B) des voies respiratoires; élastance pulmonaire C). * P <0,05 vs PBS.

Figure 4. BAL nombre de cellules de fluide. Souris (n = 4/groupe) ont été sensibilisés et mis au défi avec de l'OVA. Vingt-quatre heures qui suivent le dernier défi, (Haut) Cellules BAL ont été recueillis et nombre total de cellules ont été comptées comme décrit dans le protocole. (Bas) diapositives Cytospin étaient préparé et colorées avec Diff-Quick. TOT = nombre total de cellules; Eos = Une éosinophiles; Neu = Une neutrophiles; Mac = macrophages; Lym = Lymphocytes. * P <0,05 vs PBS.

Figure 5. OVA-IgE spécifiques. Souris (n = 4/groupe) ont été sensibilisés et mis au défi avec de l'OVA. Vingt-quatre heures qui suivent le dernier défi, IgE a été mesurée dans le liquide BAL et dans le sérum du sang recueilli par ponction cardiaque tel que décrit dans le protocole. * P <0,05 vs PBS.
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Les modèles animaux de la maladie allergique des voies respiratoires fournissent des outils importants pour les études pertinentes à l'asthme clinique. Un certain nombre de modèles différents, qui emploient diverses espèces et les antigènes, ont été développés. La souris, une espèce de laboratoire attrayants et fréquemment utilisée, offre également un certain nombre d'avantages pour les modèles de la maladie allergique des voies respiratoires. 9,10 Bien que ces modèles ne reproduisent pas l'asthme, à tous égards, 11 avec les aspects de la maladie chronique étant particulièrement difficile à reproduire, 12,13 nous confirmons ici que bon nombre des principales caractéristiques sont reproduites. Nous montrons aussi que, comme dans l'asthme de l'homme, ces caractéristiques sont associées à des augmentations spécifiques de l'antigène IgE dans le liquide à la fois le sérum et le BAL. Nous présentons deux modèles murins, à la fois OVA employant comme l'antigène, mais en utilisant des techniques différentes défi. L'administration intratrachéale est quelque peu complexe et chronophage, mais offre l'avantage de fournir une quantité connue d'antigène directement à ladu poumon. Il est également possible que cette méthode offre l'antigène plus profondément dans les poumons que les autres do. Nous décrivons une méthode invasive pour la livraison intra-trachéale, mais antigène peut également être livré par voie intratrachéale par l'intermédiaire d'un tube ou la canule insérée par l'intermédiaire de la cavité buccale. Cette méthode est décrite ailleurs dans JoVE 14. Nébulisation est plus simple et plus directement imite le parcours habituel de l'exposition humaine. La quantification est plus variable, cependant, et la livraison dans les poumons peut être moins efficace. 15 En effet, il est probable qu'une fraction non négligeable, mais inconnu de la dose est déposée dans les voies aériennes supérieures. Une troisième alternative, non décrite ici, est la livraison par voie intranasale. Encore une fois, il est probable qu'une fraction importante de la dose sera déposé dans les voies aériennes supérieures.
Bien que notre démonstration est réalisée en utilisant C57BL / 6, la preuve suggère que certaines souches d'autres peuvent donner des résultats plus robustes sur des paramètres spécifiques. Dans les comparaisons de C57BL / 6 avec BALB / c 16 ou à la fois BALB / c et FVB / NJ 17 souris, les souris C57BL / 6 a montré la plus faible augmentation sur la procréation assistée. D'autre part, les souris C57BL / 6 ont montré des augmentations plus importantes dans éosinophilie dans une étude 16, mais pas dans l'autre. 17 élévations des cytokines étaient à la fois la souche et de cytokines spécifiques. La souche préférée peut donc dépendre du point de terminaison jugés les plus importants.
Deux principales caractéristiques de la maladie allergique des voies respiratoires sont couramment choisie pour l'évaluation afin de déterminer les effets de manipulations expérimentales: la procréation assistée et l'étendue de l'inflammation des voies respiratoires. La procréation assistée peut être mesurée soit par l'ensemble du corps pléthysmographie (WBP) ou par oscillations forcées. Dans les deux cas, la méthacholine est utilisé comme le défi provocateur. WBP est une fonctionnelle dans la mesure in vivo qui permet l'analyse de la réactivité des voies respiratoires sur conscient, se déplaçant librement ou souris mini sobres sans chirurgie invasive et de l'anesthésie. Réactivité des voies aériennes est exprimé en utilisant la"Pause renforcée» (Penh) en tant que paramètre de la fonction respiratoire altérée. Penh est un paramètre empirique qui reflète les changements dans la forme d'onde d'écoulement boîte à la fois inspiration et l'expiration et il se combine avec la comparaison des flux de boîte de début et de fin d'expiration. WBP présente plusieurs avantages potentiels par rapport aux moyens invasifs pour mesure de la résistance du poumon, car il est techniquement moins exigeant et permet des mesures de la réactivité bronchique à des stimulants sous forme d'aérosol. Cette méthode minimise à la fois les effets du stress psychologique et le temps de préparation des animaux, qui le rend idéal pour des mesures répétées (examen de l'animal même à des moments différents) et de mesure sur de longues périodes de temps (> 24 h), au cours desquelles une variété d'aérosols peut être administré de manière contrôlée et reproductible. Les résultats sont fortement corrélés avec ceux des méthodes invasives, mais il est plus rapide et plus facile.
Deux autres méthodes non invasives de fournir des mesures que l'on ditd'être plus directement lié à la constriction des voies respiratoires. Dans double chambre pléthysmographie la souris est forcé à coller la tête à travers un trou dans la face de la chambre de thoraco. 18 possédant une chambre nasale est ensuite placé à l'avant de la chambre et une tête thoraco-trou est découpé dans le film d'étanchéité en latex entre les chambres. Ce trou est précisément conçu pour fournir un joint étanche à l'air entre les chambres sans restreindre circulation d'air respiratoire. Mesures pléthysmographiques sont alors pris dans les deux chambres et le délai entre les flux nasal et thoraco-abdominale sont utilisés pour calculer la résistance spécifique des voies aériennes (sRAW). Tête de sortie pléthysmographie est similaire, sauf que l'air circule librement dans la chambre nasale et aucune mesure pléthysmographiques sont là. 19 Le paramètre primaire est calculée vitesse d'écoulement à la phase midexpiratory (EF 50). Les deux techniques, comme WBP, sont appropriés pour des mesures répétées sur un certain nombre d'heures, permettant d'évaluer bOth réponses précoces et tardives. Toutefois, à la fois exiger que les animaux puissent être retenue, ce qui peut produire des résultats erratiques, sauf si les animaux sont habitués à l'appareil au cours de plusieurs jours. Il peut aussi être difficile à assurer une application effective de l'air joint étanche, ce qui est essentiel dans les deux cas. En outre, puisque les deux Penh et sRAW Il a été démontré une forte corrélation avec les mesures invasives, et Penh et sRAW Il a été démontré une corrélation directe chez le cobaye, 20 on peut se demander si l'information supplémentaire obtenue justifie la difficulté accrue expérimentale.
Dans le procédé oscillation forcée, souris profondément anesthésiés sont trachéotomisé et un ventilateur mécanique est relié au tube. Pression d'écoulement des mesures que le ventilateur gonfle et se dégonfle les poumons, puis permettre la mesure directe de la résistance pulmonaire et la compliance dynamique. Il fournit des informations sur la mécanique des voies respiratoires qui ne sont pas disponibles avec WBP. Pourced oscillation est techniquement plus difficile, cependant, et est généralement une procédure terminale. Comme les points de terminaison expérimentales, les deux procédures donnent généralement des résultats similaires 19.
L'autre caractéristique importante de la clinique de l'asthme couramment utilisé pour évaluer l'effet de manipulations expérimentales dans la maladie des voies respiratoires murin allergique est une inflammation à éosinophiles. Bien d'autres aspects de l'inflammation peut être mesurée ainsi, le plus souvent cette implique la détermination de l'étendue de cellules inflammatoires (en particulier des éosinophiles) l'infiltration dans les voies respiratoires, les poumons, ou les deux. Le nombre et le type de cellules dans les voies respiratoires est déterminée dans le BAL fluide: Première nombre total de cellules est déterminée par comptage dans un hématimètre, puis type de cellule est déterminée par cytospin coloration différentielle suivante. Bien que la collecte de fluide BAL peut en principe être réalisée chez des souris vivantes, comme il est chez l'homme, il est plus habituellement et commodément effectuée à la suite l'euthanasie. Éosinophilesinfiltration dans les poumons est évaluée par l'excision du poumon suivie par des techniques classiques histopathologiques.
Dans certains cas, il peut également être utile pour évaluer la mesure dans laquelle l'antigène et de sensibilisation défi stimule gobelet (mucus production) la prolifération cellulaire. Ceci est facilement accompli par coloration, les coupes du poumon avec l'acide périodique-Schiff, qui est spécifique pour le mucus. Antigène spécifique IgE peut également être mesurée dans le liquide BAL et le sérum en utilisant des kits facilement disponibles. IgE de mesure peut être importante dans les milieux où le degré de sensibilisation, à la différence de la réponse des organes cibles, est un paramètre crucial. Il ya une grande variété de mesures, y compris d'autres cytokines et réponses des cellules T, qui sont un précieux complément à l'étude de la maladie allergique des voies respiratoires chez des modèles animaux que nous n'avons pas décrit ici. Il est la grande variété des réponses pertinentes que la sensibilisation et l'antigène défi peut susciter que de rendre ces modèles précieux dans le goujony de cette maladie.
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Des expériences sur des animaux ont été effectuées en conformité avec les directives et les règlements énoncés par le Comité Atlanta VAMC IACUC sous protocole # V010-10.
Ce travail a été soutenu par des subventions du NIH HL093196 (RCR) et de la recherche Atlanta et de l'éducation de la Fondation (AREF).
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Ovalbumin | Sigma-Aldrich | A5503 | |
| Aluminum hydroxide | Sigma-Aldrich | 239186 | |
| Acetyl-β-methylcholine chloride | Sigma-Aldrich | A2251 | |
| Pentobarbital sodium salt | Sigma-Aldrich | P3761 | |
| Whole body plethysmography (WBP) system | Buxco Research Systems | http://www.buxco.com | |
| FlexiVent | SCIREQ, Inc. | http://www.scireq.com | |
| Light microscope | Leica Microsystems | ||
| Cytospin 4 | Thermo Fisher Scientific, Inc. | ||
| Diff-Quick stain | Siemens AG | B4132-1A | |
| Repetitive pipette | Tridak | STP4001-0025 |
Could you send this video to me? Because I need it to study asthma. Thanks!
Chih-Hong
1
ReplyPosted by: Chih-Hong W.January 13, 2013, 8:29 AM