Phenotyping ماوس الرئوي وظيفة في فيفو مع قدرة الرئة نشرها
يناير 6, 2015
نصف وسيلة لقياس قدرة انتشار الرئة بسرعة وبساطة في الفئران ونظهر أنها حساسة بما فيه الكفاية لتغيرات النمط الظاهري في أمراض الرئة الشائعة المتعددة. وبالتالي ، فإن هذا المقياس يجلب أهمية انتقالية مباشرة لنماذج الفأر ، حيث يمكن أيضا قياس قدرة الانتشار بسهولة في البشر.
الهدف العام من التجربة التالية هو تعلم كيفية قياس قدرة انتشار رئتي الفأر باستخدام كروماتوجراف الغاز المعاير. يتم تحقيق ذلك عن طريق نفخ رئتي الفأر المخدر بالغاز الذي يحتوي على النيون وأول أكسيد الكربون ، والاحتفاظ بالغاز في الرئتين لمدة تسع ثوان وجمع الغاز. ثم يتم تخفيف الغاز المسحوب من الرئتين إلى ملليلترين ويتم حقنه في كروماتوجراف الغاز.
يستخدم الامتصاص التفاضلي للنيون وأول أكسيد الكربون في الرئة لحساب قدرة الانتشار. يمكن استخدام هذا القياس لتقييم فقدان وظائف الرئة في مجموعة واسعة من نماذج أمراض الرئة. الميزة الرئيسية لهذه التقنية على جميع الطرق الأخرى الموجودة لقياس وظيفة الرئة في الفأر هي أن هذا قياس بسيط للغاية قابل للتكرار يمكن مقارنته مباشرة بقياسات مماثلة في البشر.
يمكن استخدام هذه الطريقة لمتابعة التغييرات في بنية الرئة التي تحدث مع مجموعة متنوعة من أمراض الرئة. يبدأ هذا البروتوكول بإعداد وحدة كروماتوجراف الغاز المزودة بالجهاز لقياس ذروة النيتروجين والأكسجين والنيون وأول أكسيد الكربون. بالنسبة لهذا التطبيق ، هناك حاجة فقط إلى بيانات النيون وأول أكسيد الكربون.
تستخدم الأداة عمود غربال جزيئي مع الهيليوم كغاز ناقل. يحتوي كروماتوجراف الغاز هذا على عمود سعة 0.8 مليلتر ويتم استخدام عينة ملليلتر لضمان التنظيف الكافي لهذا العمود قبل البدء. تقوم سلسلة من القياسات دائما بمعايرة الماكينة باستخدام ملليلترين من الغاز مباشرة من كيس عينة الغاز.
الذروة الأولى التي تظهر هي النيون ، ثم الأكسجين والنيتروجين ، والتي لا نقيسها لهذا الإجراء. أخيرا ، تظهر ذروة أول أكسيد الكربون في وقت كروماتوجراف الغاز. لقياس كل هذه القمم أقل بقليل من دقيقة واحدة.
للبدء ، قم بتخدير الفئران بالكيتامين والزيلازين. تأكيد التخدير من خلال عدم وجود حركة انعكاسية استجابة لقرصة إصبع القدم. بعد ذلك لحماية العينين ، ضع مرهما بيطريا ، ثم استئصال القصبة الهوائية للفئران باستخدام قنية مدرودة.
استخدم قنية قياس 18 للبالغين أو قنية قياس 20 للفئران الصغيرة جدا. بعد ذلك ، ابدأ بنقرات مسموعة كل ثانية. بالنسبة للفئران التي يزيد عمرها عن ستة أسابيع ، استخدم حقنة سعة ثلاثة ملليلتر لسحب 0.8 مل من الغاز من كيس خليط الغاز.
إذا كان عمر الفأر أقل من أربعة أسابيع ، فاستخدم 0.4 مل من الغاز ، ثم قم بتوصيل المحقنة بالقنية القصبية وقم بنفخ الرئتين بسرعة. ابدأ العد عقليا من واحد إلى 10 بالتزامن مع نقرات المسرع. عندما يصل العدد إلى 10 ، اسحب بسرعة حجم 0.8 ملليلتر.
خفف غاز الزفير هذا إلى ملليلترين عن طريق إضافة المساحة والهواء والوزن لمدة 15 ثانية على الأقل. من المهم جدا تضخيم الرئتين وتفريغهما في أسرع وقت ممكن. من السهل جدا إجراء التضخم السريع ، ولكن الأمر يتطلب القليل من الممارسة لسحب 0.8 مل بدقة بسرعة ، ثم حقن العينة بأكملها في كروماتوجراف الغاز.
للتحليل ، من المهم تجنب تلوث العينة عند نقلها من وإلى وإلى كروماتوجراف الغاز. يمكن القيام بذلك بعناية عن طريق تغطية العلامة بإصبع أثناء قيام GC بقياس العينة. قم بتضخيم رئة الفأر ب 0.8 مل أخرى من خليط الغاز من الكيس ، ثم قم بمعالجة هذه العينة بشكل مماثل مثل الأول.
باستخدام متوسط القيم من القياسين، احسب DFCO. يشير الرمز C إلى غازات المعايرة ، ويشير الرمز التسعة إلى العينات التي تم جمعها من. بعد تسع ثوان من التنفس.
تبلغ قيمة التحكم الاسمي DFCO المأخوذة من C 57 ستة فئران سوداء حوالي 0.77. في دراسة باستخدام نموذج الإنفلونزا PR الثماني ، لوحظ فقدان تدريجي للوظيفة في اليومين السادس والثامن في نموذج انتفاخ الرئة بعد 21 يوما من تركيب الإلتراط. انخفض DFCO بشكل معتدل ، ولكن كانت هناك تغييرات أكبر بكثير في نموذج التليف الناجم عن تركيب Blio Mycin.
أدى المسار الليفي الناجم عن البليومايسين إلى أكبر تغيير في DFCO لوحظ في أي من النماذج المرضية. هذا مهم لأن قدرة الانتشار هي أيضا علامة موثوقة للتليف لدى البشر. يلعب جين CFTR دورا مهما في التليف الكيسي وفي دراسة أجريت على الفئران التي تفتقر إلى هذا الجين ، كان هناك انخفاض كبير في DFCO.
انخفض DFCO بشكل أكبر مع العدوى الفطرية في هذه الفئران بالضربة القاضية. النموذج الشائع الاستخدام لإصابة الرئة ناتج عن LPS. في الفئران المعرضة ل LPS ، كان هناك فقدان تدريجي يعتمد على الوقت لوظائف الرئة من اليوم الأول إلى الرابع كما تم تقييمه بواسطة قياسات DFCO ، يمكن إجراء قياس DFCO بنجاح في الفئران التي لا تتجاوز عمرها أسبوعين.
يتطلبالحجم الأصغر للرئة حجم نفخ أصغر يبلغ 0.4 ملليلتر. يمكن ل DFCO المقاس بهذا الحجم الأصغر إظهار الزيادة المتوقعة مع نضوج الرئة بمجرد إتقانها. يمكن إجراء هذه التقنية في بضع دقائق فقط لكل فأر قبل إجراء أي قياسات أو تقييمات أخرى لوظائف الرئة.
أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم التأكد من تنفيذ خطوة التضخم والانكماش بسرعة وتوخي الحذر عند نقل العينة حتى يتم منع التلوث.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تصف هذه المقالة طريقة لقياس قدرة الانتشار الرئوي في الفئران باستخدام جهاز كروماتوغرافي للغازات معياري. تعتبر التقنية حساسة للتغيرات في النمط الظاهري في أمراض الرئة المختلفة، مما يجعلها ذات صلة بالبحث الترادفي.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- الفيزيولوجيا التنفسية
- البحث الترادفي
الخلفية
- قدرة الانتشار الرئوي هي مقياس حيوي للوظيفة الرئوية.
- الطرق الحالية لقياس وظيفة الرئة في الفئران يمكن أن تكون معقدة.
- الدراسات المقارنة بين الفئران والبشر ضرورية لأهمية الترجمة.
- هناك حاجة إلى تقنيات بسيطة وقابلة للتكرار لإجراء أبحاث فعالة.
غرض الدراسة
- تطوير طريقة بسيطة لقياس قدرة الانتشار الرئوي في الفئران.
- لتقييم فقدان وظيفة الرئة عبر نماذج مختلفة لأمراض الرئة.
- تسهيل المقارنات بين قياسات الوظيفة الرئوية بين الفئران والبشر.
الطرق المستخدمة
- تضخيم رئتي الفأر المتخدر بمزيج من الغازات يحتوي على النيئون وأول أكسيد الكربون.
- الاحتفاظ بالغاز في الرئتين لمدة تسع ثوان قبل التجميع.
- تخفيف الغاز المجمع إلى مليتين لتحليله.
- استخدام جهاز كروماتوغرافي للغاز لقياس الامتصاص التفاضلي للغازات.
النتائج الرئيسية
- توفر الطريقة قياسًا موثوقًا لقدرة الانتشار الرئوي.
- إنها حساسة للتغيرات في وظيفة الرئة المرتبطة بالأمراض المختلفة.
- التقنية بسيطة وقابلة للتكرار، مما يزيد من قابليتها للاستخدام في البحث.
- يمكن مقارنة النتائج مباشرة مع قياسات مماثلة في البشر.
الاستنتاجات
- تقدم هذه الطريقة أداة قيمة لتقييم وظيفة الرئة في نماذج الفئران.
- تدعم البحث الترادفي من خلال ربط القياسات بين الفئران والبشر.
- يمكن للدراسات المستقبلية استخدام هذه التقنية لاستكشاف أمراض الرئة بشكل أكثر فعالية.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
Measuring lung diffusing capacity in mice provides a translational pulmonary function test that enables direct comparison with human clinical data. This approach supports phenotypic characterization of lung disease models and enhances predictive confidence in preclinical target validation. The method’s simplicity and reproducibility facilitate integration into discovery workflows for mechanistic de-risking and portfolio triage.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by quantifying lung function loss across emphysema, fibrosis, acute lung injury, and infection models.
- Operational Value: Provides a rapid, reproducible assay for functional target validation in murine lung pathology studies.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Delivers quantitative, gas-exchange-based readouts suitable for screening compound effects on lung structure and function.
- Operational Value: Standardized procedure with <1-minute readout supports high-throughput phenotypic screening in discovery pipelines.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Aligns with human diffusing capacity measurements, enabling cross-species biomarker alignment and translational continuity.
- Operational Value: Supports risk-adjusted advancement decisions by detecting early functional changes in preclinical models.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, offering a phenotypic bridge between murine models and human clinical endpoints.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by detecting structural lung changes via functional gas exchange metrics.
- Screening: Enables assay readiness through standardized gas collection and chromatographic analysis of neon and carbon monoxide uptake.
- Analytics: Generates quantitative diffusing capacity (DFCO) values that allow comparison of lung function across experimental conditions and time points.
- Translational Research: Connects murine phenotypes to human clinical relevance through direct comparability of diffusing capacity measurements.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable capability for longitudinal lung function monitoring across multiple disease models and study phases.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in lung pathology models through quantitative phenotyping.
- Operational Value: Enhances standardization and reproducibility via rapid gas injection, breath-hold, and GC analysis workflow.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing early, translationally relevant functional readouts that reduce late-stage biological risk.
- Portfolio Impact: Enables risk-based prioritization of compounds based on lung function preservation or improvement in disease models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in mouse anesthesia, tracheal cannulation, and gas handling techniques.
- Dependent on access to a calibrated gas chromatograph with molecular sieve column and helium carrier gas.
- Necessitates cross-team standardization of gas volumes, inflation timing, and sample dilution protocols.
- Involves adaptation considerations for neonatal vs. adult mice due to lung size and required gas volumes (0.4 mL vs. 0.8 mL).
- Includes practical limitations such as the need to prevent sample contamination during transfer and the importance of rapid lung inflation/deflation for accurate measurements.
