جيل طراز انسداد الشعب الهوائية المزمن في الفئران بالتعرض للأوزون المتكررة
أغسطس 25, 2017
تصف هذه الدراسة نجاح توليد نموذج جديد للحيوان مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) وذلك بتعريض الفئران لتركيزات عالية من الأوزون مرارا وتكرارا.
الهدف العام من هذه التجربة هو إحداث مرض الانسداد الرئوي المزمن أو C-O-P-D عن طريق التعرض للأوزون ، O-E في الفئران. يمكن أن يحدث نموذج OE الجديد هذا في توصيف الآلية الأساسية لمرض الانسداد الرئوي المزمن ويمكن استخدامه لفحص الأدوية الجديدة. تتمثل المزايا الرئيسية لنموذج OE هذا في أنه يلخص العمليات المرضية لمرضى الانسداد الرئوي المزمن.
يمكن إنشاؤه في غضون ستة إلى ثمانية أسابيع فقط. سيظهر الإجراء معي Weijaian Sang ، زميل باحث في مجموعتنا. لتوليد الأوزون ، استخدم مولدا كهربائيا ومنفاخ هواء صغيرا لتفجير الهواء خارج صندوق Perspex المغلق من خلال أنبوب تنفيس هواء متصل من الداخل والخارج من الصندوق باستخدام مسبار الأوزون لمراقبة تركيز الأوزون في الصندوق.
عندما يصل تركيز الأوزون إلى 2.5 جزء في المليون ، ضع الفئران في الصندوق لمدة 3 ساعات. في نهاية الأسبوع 7 ، قم بتصوير المعالجة بالأوزون بواسطة التصوير المقطعي المحوسب الدقيق وفقا للبروتوكولات القياسية. لاختبار التغيرات والقدرات الوظيفية التي يسببها الأوزون مثل إجهاد الرئة ، قم أولا بتسخين الفئران بسرعة 10 أمتار في الدقيقة على جهاز المشي.
بعد 5 دقائق ، قم بزيادة السرعة إلى 15 مترا في الدقيقة لمدة 10 دقائق. استمر في زيادة السرعة بمقدار خمسة أمتار في الدقيقة لكل 30 دقيقة حتى لا تتمكن الفئران من الركض. تسجيل إجمالي مسافة الجري ووقت الجري لكل كمسافة التعب ووقت التعب على التوالي.
لقياس الوظيفة الرئوية للحيوانات المعرضة للأوزون ، ضع فأرا مخدرا في جهاز تحجم الجسم المتصل بجهاز التنفس الصناعي الذي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر. استخدم التهوية التي يتم التحكم فيها بالضغط لفرض متوسط تردد تنفس يبلغ 150 نفسا في الدقيقة للحيوان المخدر حتى يتم الحصول على نمط تنفس منتظم وانتهاء صلاحية كاملة في كل دورة تنفس. ثم سجل حجم الزفير القسري في أول 25 و 50 و 75 مللي ثانية من الزفير رافضا أي مناورات دون المستوى الأمثل.
بعد التخدير النهائي ، استخدم أنبوبا قصغاميا بقطر ملليمتر واحد لغسل مرتين بمليلتر واحد من PBS لكل غسل. قم بتجميع aloquats الغسيل المسترجع من كل للطرد المركزي وجمع المواد الطافية على النيتروجين السائل. أعد تعليق الكريات في PPS الجديد للعد وتجهيز حاملين لكل ماوس بشريحة مجهرية وبطاقة مرشح وقمع.
أضف ما يقرب من 100 إلى 125 ميكرولتر من الخلايا المعاد تعليقها إلى كل قمع. قم بتحميل الحوامل على جهاز طرد مركزي سيتو وقم بتدوير الخلايا على الشرائح. ثم ضع محلول التلوين الصحيح على الخلايا وفقا لتعليمات الشركة المصنعة واحسب 200 خلية لكل فأر تحت تكبير 400 مرة.
لأخذ عينات الدم القلبية ، اجمع ما يقرب من 500 ميكرولتر من الدم من المعرضة للأوزون عن طريق ثقب القلب. وأضف الدم إلى أنابيب 1.5 ملليلتر على الثلج. بعد 30 دقيقة على الثلج ، قم بالطرد المركزي لعينات الدم ونقل المواد الطافية في المصل إلى أنابيب جديدة لتخزينها على النيتروجين السائل.
يمكن إذابة العينات لاحقا لتقييم مستويات تعبير السيتوكين في الدم بواسطة ELISA وفقا للبروتوكولات القياسية. لتحليل مورفومتري الرئة ، ضع الفأر الأول في وضع ضعيف بعد أخذ عينات القلب. ثم افتح التجويف الصدري وقم بتشريح عضلات القصبة الهوائية وعضلات القصبة الهوائية الأمامية للوصول إلى حلقات القصبة الهوائية.
حصاد الرئتين والقصبة الهوائية دون فصل القلب عن الرئتين. بعد ذلك ، استخدم أنبوب البولي إيثيلين PE90 لتوصيل قسطرة القصبة الهوائية بحقنة تحتوي على 4٪ من الفورمالديهايد وتضخيم الرئتين بالكامل بحوالي 200 ميكرولتر من بارافورمالديهايد. ثم ضع الرئتين في أنبوب سعة 15 مليلتر يحتوي على 10 ملليلتر من الفورمالديهايد الطازج بنسبة أربعة بالمائة لمدة أربع ساعات على الأقل.
وفقا للتقييم من خلال التصوير المقطعي المحوسب الدقيق ، تظهر الفئران المعرضة للأوزون حجما إجماليا للرئة ونسبة مئوية لمساحة التوهين المنخفضة أكبر بكثير من التحكم المعرضة للهواء المحيط. النمط الظاهري لانتفاخ الرئة هو أيضا دليل على تضخم الحويصلات الهوائية الرئوية وزيادة متوسط الاعتراضات الخطية. يوضح تقييم وظائف الرئة بواسطة مخطط التشعب أن جميع المعلمات التي تنخفض في الفئران المعرضة للأوزون تتوافق مع العيوب الوظيفية النموذجية للرئة التي لوحظت في مرضى مرض الانسداد الرئوي المزمن.
علاوة على ذلك ، يقلل التعرض للأوزون بشكل كبير من وقت التعب ومسافة التعب في اختبارات تحمل التمرين. تظهر المعالجة بالأوزون أيضا زيادة كبيرة في الخلايا الالتهابية بما في ذلك البلاعم والعدلات بالإضافة إلى انخفاض كبير في IL-10 وزيادة في IL-1 بيتا و TNF alpha مما يدل على أن نموذج التعرض للأوزون يلخص أعراض مرض الانسداد الرئوي المزمن البشري. باتباع هذا الإجراء على سلالات أخرى من الفئران مثل الفئران C57 BR6 يمكن استخدامها لإنشاء نموذج OE بعد تطويره ، تمهد هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال الأمراض الرئوية لاستكشاف الآليات الأساسية لمرض الانسداد الرئوي المزمن.
لا تنس أن العمل مع بارافورمالدهيد يمكن أن يكون خطيرا وأن الاحتياطات مثل ارتداء القفازات ونظارات السلامة واستخدام المحلول داخل غطاء الدخان يجب دائما اتخاذ أثناء العمل مع هذا الكاشف.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تصف هذه الدراسة النجاح في إنشاء نموذج حيواني جديد لمرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) عن طريق تعريض الفئران بشكل متكرر لتركيزات عالية من الأوزون. ويمكن استخدام هذا النموذج لتوصيف الآليات الكامنة وراء مرض الانسداد الرئوي المزمن وفحص الأدوية الجديدة.
المكونات الرئيسية للدراسة
مجال العلم
- مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD)
- النماذج الحيوانية
- التعرض للأوزون
خلفية علمية
- يُعد مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) مشكلة صحية جسيمة تتميز بتقييد تدفق الهواء.
- قد لا تحاكي النماذج الحالية المرض البشري بشكل كامل.
- يُعتبر التعرض للأوزون طريقة محتملة لاستحثاث مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) في النماذج الحيوانية.
- تهدف هذه الدراسة إلى تطوير نموذج موثوق لأغراض البحث.
الغرض من الدراسة
- حث مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) في الفئران من خلال التعرض للأوزون.
- إنشاء نموذج يحاكي العمليات المرضية لمرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD).
- تسهيل فحص الأدوية والدراسات الميكانيكية.
الطرق المستخدمة
- تعريض الفئران بشكل متكرر لتركيزات عالية من الأوزون.
- استخدام مولد كهربائي ومنفاخ هواء لإنتاج الأوزون.
- مراقبة تركيز الأوزون باستخدام مسبار.
- اكتمل إنشاء النموذج في غضون ستة إلى ثمانية أسابيع.
النتائج الرئيسية
- تم إنشاء نموذج حيواني جديد لمرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) بنجاح.
- يُحاكي هذا النموذج العمليات المرضية التي تظهر لدى مرضى الانسداد الرئوي المزمن.
- يوفر هذا النموذج منصة لمزيد من الأبحاث واختبار الأدوية.
- قام زميل بحثي بتقديم عرض توضيحي للإجراء.
الاستنتاجات
- يُعد النموذج الجديد أداة قيمة لدراسة مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD).
- يمكن أن يساعد في فهم آليات المرض.
- إمكانية استخدامه في فحص العوامل العلاجية الجديدة.
الأسئلة الشائعة
الأهمية الصناعية التنفيذية
يعالج نموذج التعرض للأوزون هذا عنق زجاجة حرج في اكتشاف أدوية مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) من خلال توفير بديل سريع وذي صلة ميكانيكية للنماذج المستحثة بدخان السجائر. إن قدرته على إعادة إنتاج السمات المرضية الفسيولوجية الرئيسية — مثل محدودية تدفق الهواء، والنفاخ الرئوي، والالتهاب، وانخفاض القدرة على تحمل التمارين — خلال 6–8 أسابيع تعزز الثقة التنبؤية في التحقق من الأهداف والفحص قبل السريري. ويدعم هذا النموذج التخفيف المبكر من مخاطر الفرضيات العلاجية من خلال تمكين إجراء تقييم كمي وقابل للتكرار لوظائف الرئة والمؤشرات الحيوية الالتهابية، مما يتماشى مع احتياجات الصناعة لتحقيق الاستمرارية الانتقالية وفرز المحافظ الدوائية.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية البيولوجية
الاكتشاف المبكر والتحقق من صحة الهدف
- القيمة العلمية: يتيح استقصاء الفرضيات العلاجية المتعلقة بتقييد تدفق الهواء وتدمير نسيج الرئة من خلال انخفاض FEV25/50/75/FVC القابل للقياس الكمي.
- القيمة العلمية: يدعم التحقق من الأهداف الوظيفية من خلال نمذجة النفاخ الرئوي والالتهاب الناجم عن الأوزون، مما يحاكي مسببات مرض COPD البشري.
- القيمة التشغيلية: يقلل وقت إنشاء النموذج من أشهر إلى أسابيع، مما يسرع دراسات ارتباط الهدف وتوضيح المسارات.
الفحص وتطوير المقايسة
- القيمة العلمية: يوفر نظاماً معيارياً لتقييم تأثيرات المركبات على إجهاد الرئة، وتدفق الخلايا الالتهابية، والتغيرات في السيتوكينات (على سبيل المثال، انخفاض IL-10، وزيادة IL-1β/TNF-α).
- القيمة التشغيلية: يسهل إعادة إنتاج المقايسة من خلال بروتوكولات ثابتة للتعرض للأوزون وقراءات وظيفية مثل القدرة على التحمل على جهاز المشي وقياس حجم التنفس (plethysmography).
- القيمة التشغيلية: يتيح تدفقات عمل قابلة للتوسع للفحص نظراً لقصر فترة التحريض والتعقيد التقني الأدنى مقارنة بأنظمة التعرض للدخان.
الأبحاث الانتقالية وقبل السريرية
- القيمة العلمية: يوضح الصلة بالمرض من خلال التغيرات المتوازية في مورفولوجيا الرئة (تضخم الحويصلات الهوائية، وزيادة متوسط التقاطعات الخطية) والملفات المناعية التي تظهر في مرض الانسداد الرئوي المزمن لدى البشر.
- القيمة العلمية: يدعم تقليل المخاطر الآلية عن طريق ربط التعرض للأوزون بالمسارات الإمراضية التي تشمل كثرة العدلات، وتراكم البلاعم، واختلال تنظيم السيتوكينات.
- القيمة التشغيلية: يسمح بالتقييم الطولي للتدخل العلاجي على التدهور الوظيفي والضرر الهيكلي عبر المراحل الممتدة من الاكتشاف إلى الدراسات قبل السريرية.
تكامل خطوط المعالجة وسير العمل
يتناسب هذا النموذج ضمن تسلسل عملية الاكتشاف، بدءاً من التحقق من الهدف وصولاً إلى تحسين المركبات الرائدة، مما يوفر منصة قابلة للتكرار لتقييم فعالية المركبات على نقاط النهاية ذات الصلة بمرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) قبل الاستثمار في الدراسات قبل السريرية.
- بيولوجيا الاكتشاف: تدعم اختبار الفرضيات من خلال رصد انخفاضات قابلة للقياس في وظائف الرئة وزيادات في الوسائط الالتهابية عقب التعرض للأوزون.
- الفحص: توفر مخرجات كمية وموحدة (نسب FEV، ووقت/مسافة الإرهاق، وتعداد خلايا BALF) من أجل مرحلة الانتقال من تحديد المركبات الواعدة إلى تطوير الرصاصة الدوائية.
- التحليلات: تولد مجموعات بيانات متعددة الأبعاد (وظيفية، ومورفومترية، ومناعية) مما يتيح إجراء تحليل مقارن بين مجموعات العلاج.
- الأبحاث الانتقالية: تعمل كجسر بين مرحلتي الاكتشاف والمراحل قبل السريرية من خلال نمذجة التعرض البيئي ذي الصلة مسببيًا (الأوزون) المرتبط بإمراض مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) لدى البشر.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: تؤسس نموذجًا قابلاً لإعادة الاستخدام وفعالاً من حيث الوقت لإجراء اختبارات تكرارية عبر أهداف وأنماط علاجية متعددة في برامج أمراض الرئة.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية من خلال نمذجة عامل خطر معروف للإصابة بمرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) لدى البشر (الأوزون) مع نتائج مرضية ووظيفية قابلة للقياس.
- القيمة التشغيلية: تعزز القابلية للتكرار والإنتاجية من خلال توحيد سير عمل التعريض، والاختبار الوظيفي، ومعالجة الأنسجة.
- القيمة الاستراتيجية: تحسن كفاءة رأس المال من خلال تقليل الوقت والاستثمار في الموارد اللازمة لإنشاء النماذج، مما يسمح باتخاذ قرارات أسرع بشأن الاستمرار في المشروع من عدمه.
- التأثير على المحفظة: تدعم التقدم المعدل وفقاً للمخاطر من خلال توفير إشارات فعالية مبكرة في نموذج يتمتع بصلاحية ظاهرية وبنيوية ترجمية.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في علم سموم الاستنشاق، واختبارات وظائف الرئة، وتقنيات غسيل القصبات والأسناخ الرئوية.
- يعتمد على معدات توليد ومراقبة الأوزون، وجهاز قياس حجم الجسم (body plethysmograph)، والمقطاع الدقيق (microtome)، ومقايسة ELISA أو قياس التدفق الخلوي لتحليل السيتوكينات.
- يستلزم توحيداً معيارياً بين الفرق فيما يتعلق بمدة التعرض، والتركيز (2.5 ppm)، وبروتوكولات المقايسة الوظيفية لضمان إمكانية مقارنة البيانات.
- يتضمن اعتبارات التكييف عند تعميم النتائج عبر سلالات الفئران المختلفة نظراً للتفاوت المحتمل في القابلية للتأثر بالأوزون.
- يتقيد بالحاجة إلى التخدير النهائي في التقييمات الوظيفية والنسيجية، مما يحد من إمكانية المراقبة الطولية غير الباضعة.
الأسئلة الشائعة حول الصناعات الدوائية الحيوية
Chapters in this video
0:05
Title
0:52
Ozone Air Exposure and Treadmill Test
2:17
Pulmonary Function Measurements
3:05
Broncheoalveolar Lavage Fluid (BALF) Collection
4:25
Cardiac Blood Sampling and Lung Morphometric Analysis
6:06
Results: Representative Chronic Obstructive Pulmonary Disease Mouse Model
7:29
Conclusion
