Das Protokoll beschreibt eine Studie über die systemischen und lokalen Auswirkungen der Exposition gegenüber ultraviolettem B auf die Haut bei Mäusen.
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Methodenartikel
Das Protokoll beschreibt eine Studie über die systemischen und lokalen Auswirkungen der Exposition gegenüber ultraviolettem B auf die Haut bei Mäusen.
Ultraviolette B-Strahlung (UVB) (280-320 nm) ist seit 1928 als krebserregend anerkannt und führt zu einer Minimierung der Sonneneinstrahlung. Epidemiologische Studien deuten jedoch darauf hin, dass die Sonneneinstrahlung mit einer erhöhten Lebenserwartung und einer geringeren Inzidenz von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und bestimmten Krebsarten wie Dickdarm- und Gebärmutterschleimhautkrebs korreliert. Die UVB-Exposition beeinflusst auch den Leberstoffwechsel, schützt vor hepatozellulärer Lipotoxizität und beeinträchtigt die metabolische Gesundheit. Diese Effekte sind teilweise auf die Vitamin-D-Synthese zurückzuführen, obwohl einige unabhängig von Vitamin D sind. Darüber hinaus hat die Phototherapie mit UVB immunmodulatorische Eigenschaften und wird zur Behandlung von Hauterkrankungen wie Vitiligo und Psoriasis eingesetzt, während sie auch das systemische Immunsystem beeinflusst. Angesichts der breiten physiologischen Wirkungen von UVB gibt es Lücken im Verständnis des Mechanismus hinter den meisten dieser Effekte. Wir zeigten, dass eine tägliche UVB-Exposition bei männlichen Mäusen das Verhalten bei der Nahrungssuche verbessert, nicht jedoch bei weiblichen Mäusen, da die Ghrelinsekretion aus den Hautadipozyten erhöht ist. Bei Frauen hemmt Östrogen die p53-Aktivität der Adipozyten, blockiert die Ghrelinerhöhung und zeigt eine geschlechtsabhängige Reaktion auf UVB-Strahlung. Darüber hinaus aktiviert die UVB-induzierte p53-Aktivierung in epidermalen Keratinozyten die Hypothalamus-Hypophysen-Gonaden-Achse, wodurch das Sexualverhalten und die Fruchtbarkeit der Eierstöcke induziert werden. In diesem Artikel wird ein Protokoll zur Untersuchung lokaler und systemischer Auswirkungen geringer UVB-Strahlung anhand eines C57BL/6J-Mausmodells vorgestellt. Zu den wichtigsten Elementen gehören die präzise Kalibrierung der UVB-Dosis, die Gehäusebedingungen und die sorgfältige Haarentfernung, um eine gleichmäßige Belichtung zu gewährleisten. Mäuse werden über mehrere Wochen einem abgestuften UVB-Expositionsregime unterzogen, wobei Gesundheits- und Verhaltensänderungen überwacht werden. Methoden zur Validierung der Strahleneffizienz durch Pigmentierungsmessungen werden ebenfalls detailliert beschrieben. Durch die Betonung der Kalibrierung der UVB-Dosen, der strengen Tierpflege und der methodischen Kontrollen wird dieses Protokoll die Untersuchung der umfassenden Auswirkungen der UVB-Exposition erleichtern und zu einem nuancierten Verständnis ihrer therapeutischen Vorteile und Risiken beitragen.
Zu den Frequenzen der Sonnenstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht, gehören ultraviolette (UV), UVA-Strahlung (320-400 nm) und UVB-Strahlung (280-320 nm). UVB ist ein Mutationsinduktor. UV-Strahlung wurde 1928 als krebserregend anerkannt1, und ab Mitte der 1900er Jahre wurde als Vorsichtsmaßnahme empfohlen, die Sonneneinstrahlung zu reduzieren, um Hautkrebs zu vermeiden2. Obwohl UVB eindeutig ein umweltbedingter Auslöser für Hautkrebs ist, hat die Forschung in den letzten zehnJahren 3 mit neueren Studien unserer Gruppe 4,5,6 gezeigt, dass UVB weitreichende Auswirkungen auf physiologische Systeme hat. Eine Studie mit einer Kohorte von Frauen, die über 20 Jahre beobachtet wurden, ergab, dass die Lebenserwartung bei Frauen, die die Sonne nicht mieden, um 2 Jahre höher war als bei Frauen, die 7Jahre alt waren. Weitere Studien zeigten, dass die Sonneneinstrahlung mit einem Rückgang der Herz-Kreislauf-Erkrankungen und der Gesamtmortalität korrelierte 8,9,10. Inverse Korrelationen wurden auch zwischen Sonnenlicht und Dickdarmkrebs und Endometriumkarzinom berichtet8. Die UVB-Exposition induziert auch den Leberstoffwechsel11, schützt vor hepatozellulärer Lipotoxizität und Stoffwechselerkrankungen und wirkt sich positiv auf Endorphine und sexuelle Verhaltensweisenaus 3,6. Diese Beweise deuten auf die nachteiligen Auswirkungen der Vermeidung von Sonneneinstrahlung auf die menschliche Gesundheit hin. Die positiven Auswirkungen der Sonneneinstrahlung wurden hauptsächlich auf die Induktion der Vitamin-D-Produktion zurückgeführt, jedoch sind zumindest einige der gesundheitlichen Vorteile des Sonnenlichts unabhängig vom Vitamin-D-Spiegel 4,6,12
Die Haut ist das größte Organ des Körpers und die erste Verteidigungslinie gegen Umweltstressoren. Die epidermale und die dermale Schicht der Haut sind durch eine basale Epidermisschicht getrennt, die aus undifferenzierten, sich selbst erneuernden Keratinozyten und Melanozyten besteht10. Keratinozyten in zunehmenden Stadien der terminalen Differenzierung befinden sich in der oberen Epidermisschicht. Die Dermis umfasst Fibroblasten und Blutgefäße, die Unterhaut besteht hauptsächlich aus Adipozyten. Die Haut ist ein dermato-endokrines Organ, da mehrere Rezeptoren von Hormonen, wie der Androgenrezeptor und der Corticotropin-Releasing-Hormonrezeptor, in der Haut exprimiert werden, was darauf hindeutet, dass Hormone Prozesse in der Haut auf parakrinen und autokrinen Wegen beeinflussen 13,14,15. Die Haut ist auch ein Produzent von Hormonen. Bis auf wenige Ausnahmen ist jedoch weder die Hormonproduktion in der Haut und die Freisetzung ins Blut dokumentiert, noch sind die Auslöser für die Expression bekannt (Review in16).
Es hat sich gezeigt, dass UVB ein therapeutisches Potenzial bei Hautkrankheiten hat. Die Phototherapie, einschließlich der Psoralen-UVA- und der Schmalband-UVB-Therapie, ist die wichtigste Behandlungsmethode für generalisierte Vitiligo17. Das Ansprechen auf die Phototherapie trat bei 74 % der Patienten nach 6 Monaten und bei 75 % der Patienten nach 12 Monaten nach Beginn der Behandlung auf18. Der Wirkmechanismus der Phototherapie bei Vitiligo ist nicht gut verstanden. Seine therapeutische Wirkung beinhaltet eine Kombination von Effekten auf die Kinetik des Zellzyklus, Veränderungen der Zytokinexpression, Auswirkungen auf Melanozyten und Immunmodulation. Zahlreiche Studien haben die Auswirkungen der Phototherapie auf die Immunität der Haut untersucht 19,20,21; Die systemischen Auswirkungen sind jedoch nur unzureichend verstanden, insbesondere im Zusammenhang mit Vitiligo. Im Gegensatz zur Psoriasis, wo eine Studie eine Abnahme der proinflammatorischen Zytokine und eine Zunahme der regulatorischen T-Zellen nach der Phototherapie zeigte, nahm bei Vitiligo die Anzahl der regulatorischen T-Zellen mit der UV-Phototherapieab 21.
Obwohl UVB Auswirkungen auf das Gehirn14,15, die Nebennieren22, die Eierstöcke 5,6, die Hoden6, die Leber11 und die Lymphknoten23 hat, sind die Mechanismen, durch die UVB systemische Systeme moduliert, meist nicht bekannt. Dieses Forschungsprotokoll beschreibt ein Mausmodell zur Untersuchung der systemischen und lokalen (Haut-)Effekte der UVB-Exposition, das die Untersuchung der umfassenden Auswirkungen der UVB-Exposition erleichtern wird. Das UVB-Mausmodell ist von breitem Interesse in der Hautphysiologie, Dermatologie und Hautkrebs, insbesondere im Melanom. Das übergeordnete Ziel dieser Methode ist es, ein einfaches, aber robustes, effektives Protokoll zur Entwicklung des UVB-Mausmodells für hautbezogene wissenschaftliche Forschungsfragen bereitzustellen. Das Protokoll beschreibt, wie die Herausforderungen von Hautrötungen, die mit der Haarentfernung und der UVB-Exposition verbunden sind, unter physiologischen Bedingungen überwunden werden können, und ist wirksam bei der Untersuchung der lokalen und systemischen Auswirkungen von UVB auf die Haut.
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Alle beschriebenen Versuchsverfahren wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien des Tel Aviv University Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC-Genehmigung: 01-20-043) durchgeführt.
1. Gewöhnung der Mäuse an den Versuch
2. Unterbringung der Mäuse
3. Rasur und Haarentfernung
4. Einrichtung der UVB-Exposition
5. UVB-Exposition
6. Analyse der UVB-Exposition
HINWEIS: Die Mäuse wurden gemäß den AVMA-Richtlinien durch CO2 -Erstickung eingeschläfert.
7. Tierpflege
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In diesem Methodenpapier wird die detaillierte Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Generierung des UVB-Expositions-Mausmodells beschrieben. Abbildung 1 zeigt deutlich den rasierten Bereich der repräsentativen C57BL/6J-Maus auf der dorsalen Seite vor der UVB-Exposition und zeigt, dass 50 % bis 60 % des dorsalen Bereichs rasiert wurden. Das Rasierprotokoll zeigt keine Anzeichen von Hautrötungen, was für dermatologische Studien von größter Bedeutung ist. Abbildung 2 ...
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UVB ist seit langem als umweltbedingter Risikofaktor für Hautkrebs anerkannt. Neuere Studien haben jedoch ein breiteres Spektrum an UVB-Effekten beleuchtet3. Es besteht ein Bedarf an Studien, die ein tieferes Verständnis der systemischen Wirkungen von UVB ermöglichen. Die unterschiedlichen Dosen, die in der Grundlagenforschung im Vergleich zum klinischen Umfeld verwendet werden, erschweren unser Verständnis der UVB-Effekte und unterstreichen die Bedeutung einer Fo...
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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte.
C.L. bedankt sich für die Unterstützung durch den Europäischen Forschungsrat im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union (Fördervereinbarung Nr. 726225), des I-CORE Gene Regulation in Complex Human Disease Center (Nr. 41/11) und der Israel Science Foundation (ISF; Zuschuss 129/13).
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Desinfektionsmittel | Amity international | Nicht zutreffend | |
| Belichtungskammer | Hergestellt im Haus | Nicht zutreffend | |
| Creme zur Haarentfernung | Veet | Nicht zutreffend | |
| Haarrasierer | Heiniger | 707-303 120V US | |
| Isofluran | Piramal Intensivpflege | Nicht zutreffend | |
| Isofluran-System | Kent Scientific | VetFlo-1210S | |
| PBS | Sigma Aldrich | TMS-012 | |
| Plexiglas-Kammer | Hergestellt im Haus | Nicht zutreffend | |
| UVB-Lampe | Ultraviolette Produkte | XX-Serie - 15 Watt | |
| UVX-Radiometer | Ultraviolette Produkte | 97-0015-02 |
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