表型鼠标肺功能在体内与肺弥散功能
2015年1月6日
我们描述了一种快速简单地测量小鼠肺弥散量的方法，并表明它对多种常见肺部病理的表型变化足够敏感。 因此，该指标为小鼠模型带来了直接的翻译相关性，因为在人类中也很容易测量弥散能力。
以下实验的总体目标是学习如何使用校准的气相色谱仪测量小鼠肺部的弥散能力。这是通过用含有氖和一氧化碳的气体给麻醉小鼠的肺部充气，将气体保持在肺部 9 秒钟并收集气体来实现的。然后将从肺部抽出的气体稀释至 2 毫升并注入气相色谱仪。
肺中氖和一氧化碳的差异摄取用于计算弥散量。这种测量可用于评估各种肺部疾病模型中的肺功能丧失。与所有其他现有测量小鼠肺功能的方法相比，该技术的主要优点是，这是一种非常简单、可重复的测量方法，可以直接与人类的类似测量结果进行比较。
该方法可用于跟踪各种肺部病变引起的肺结构变化。该方案从设置机器随附的气相色谱模块开始，以测量氮气、氧气、氖和一氧化碳的峰。对于此应用程序，只需要氖和一氧化碳数据。
该仪器使用分子筛柱，以氦气作为载气。这种特殊的气相色谱仪有一个 0.8 mL 的色谱柱和一个 2 mL 的样品，以确保在开始之前充分清除该色谱柱。一系列测量始终使用直接从气体样品袋中取出的 2 毫升气体校准机器。
出现的第一个峰是氖，然后是氧和氮，我们不在这个过程中测量它们。最后，一氧化碳峰出现，这是气相色谱仪的时间。测量所有这些峰值只需不到一分钟。
首先，用氯胺酮和甲苯噻嗪麻醉小鼠。通过没有响应脚趾捏的反射运动来确认麻醉。接下来为了保护眼睛，涂抹兽用药膏，然后用 studen 插管对小鼠进行气管切开。
成人使用 18 号套管，或非常年轻的小鼠使用 20 号套管。接下来，以每秒可听到的咔嗒声启动节拍器。对于超过 6 周龄的小鼠，使用 3 毫升注射器从气体混合物袋中取出 0.8 毫升气体。
如果小鼠不到 4 周大，请使用 0.4 毫升气体，然后将注射器连接到气管插管并快速给肺部充气。开始在脑海中从 1 到 10 与节拍器的咔嗒声同步数数。当计数达到 10 时，快速取出 0.8 毫升的体积。
通过添加空间、空气和重量至少 15 秒，将呼出的气体稀释至 2 毫升。尽快给肺部充气和放气非常重要。快速充气非常容易，但需要一点练习才能精确快速取出 0.8 mls，然后将整个样品注入气相色谱仪。
对于分析，在与动物和气相色谱仪之间转移时，避免样品受到污染非常重要。这可以通过在 GC 测量样品时用手指盖住标志来小心地完成。从袋子中再用 0.8 毫升气体混合物给小鼠肺充气，然后以与第一个相同的方式处理该样品。
使用两个测量值的平均值，计算 DFCO。C 下标是指校准气体，9 下标是指从动物身上采集的样品。屏气 9 秒后。
从 C 57 black six 小鼠中提取的标称对照 DFCO 值约为 0.77。在一项使用 PR 8 流感模型的研究中，在弹性蛋白酶安装后 21 天，肺气肿模型在第 6 天和第 8 天观察到功能进行性丧失。DFCO 适度降低，但 Blio Mycin 安装诱导的纤维化模型发生了更大的变化。
由博来霉素引起的纤维化途径导致在任何病理模型中观察到的 DFCO 变化最大。这很重要，因为弥散能力也是人类纤维化的可靠标志物。CFTR 基因在囊性纤维化中起着至关重要的作用，在一项针对缺乏该基因的小鼠的研究中，DFCO 显着降低。
在这些基因敲除小鼠中，真菌感染进一步降低了 DFCO。肺损伤的常用模型是由 LPS 引起的。在暴露于 LPS 的小鼠中，通过 DFCO 测量评估，从第 1 天到第 4 天肺功能进行性时间依赖性丧失，可以在年仅两周龄的小鼠中成功测量 DFCO。
较小的肺尺寸需要较小的充气量，为 0.4 毫升。用这个较小的体积测量的 DFCO 能够显示随着肺的成熟而预期的增加一旦掌握。在进行任何其他肺功能测量或评估之前，每只小鼠只需几分钟即可完成这项技术。
尝试此程序时，请务必确保快速执行充气和放气步骤，并在转移样品时小心，以防止污染。
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概览
本文描述了一种使用校准气体色谱仪测量小鼠肺扩散能力的方法。该技术对各种肺病理的表型变化敏感，因此对转化研究具有相关性。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 呼吸生理学
- 转化研究
背景
- 肺扩散能力是肺功能的关键衡量指标。
- 现有的小鼠肺功能测量方法可能较为复杂。
- 小鼠与人类之间的比较研究对于转化相关性至关重要。
- 需要简单且可重复的技术来进行有效的研究。
研究目的
- 开发一种测量小鼠肺扩散能力的简单方法。
- 评估各种肺病模型中肺功能的丧失。
- 促进小鼠与人类肺功能测量的比较。
使用的方法
- 用含有氖和一氧化碳的气体混合物充气麻醉的小鼠肺部。
- 在收集之前将气体在肺中保持九秒钟。
- 将收集的气体稀释至两毫升以便分析。
- 使用气体色谱仪测量气体的差异吸收。
主要结果
- 该方法提供了肺扩散能力的可靠测量。
- 它对与各种病理相关的肺功能变化敏感。
- 该技术简单且可重复，增强了其在研究中的适用性。
- 结果可以直接与人类的类似测量结果进行比较。
结论
- 该方法为评估小鼠模型的肺功能提供了一个有价值的工具。
- 它通过连接小鼠和人类之间的测量支持转化研究。
- 未来的研究可以利用这种技术更有效地探索肺病理。
常见问题
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.
