Denne undersøgelse beskriver den succesfulde generation af en ny kronisk obstruktiv lungesygdom (KOL) dyremodel af gentagne gange udsætter mus til høje koncentrationer af ozon.
Kronisk obstruktiv lungesygdom (KOL) er karakteriseret ved vedvarende luftstrømmen begrænsning og lunge parenkymalt ødelæggelse. Det har en meget høj forekomst i aldrende befolkninger. Den nuværende konventionelle behandlingsformer for KOL fokus primært på symptom-ændring narkotika; udvikling af nye behandlingsformer er således bydende nødvendigt. Kvalificeret dyremodeller for KOL kunne bidrage til at karakterisere de underliggende mekanismer og kan bruges til nye stof screening. Nuværende KOL modeller, såsom LPS (LPS) eller de svin i bugspytkirtlen elastase (PPE)-induceret emfysem model, generere KOL-lignende læsioner i lungerne og luftvejene men ikke ellers ligner patogenesen af menneskelige KOL. En cigaretrøg (CS)-induceret model er en af de mest populære, fordi det ikke kun simulerer KOL-lignende læsioner i luftvejene, men det er også baseret på en af de vigtigste farlige materialer, der forårsager KOL i mennesker. Men de tidskrævende og arbejdskrævende aspekter af modellens CS-induceret dramatisk begrænse dens anvendelse i nye stof screening. I denne undersøgelse genereret vi med succes en ny KOL model ved at udsætte mus til høje niveauer af ozon. Denne model viste følgende: 1) faldt tvungen ekspirationsvolumen 25, 50 og 75/tvunget vital kapacitet (FEV25/FVC, FEV50/FVC og FEV75/FVC), der angiver forværringen af lungefunktion; 2) udvidet lunge alveolerne, med lunge parenkymalt ødelæggelse; 3) reduceret træthed tid og afstand; og 4) øget inflammation. Taget sammen, viser disse data, at ozon eksponering (OE) model er en pålidelig dyremodel, der ligner mennesker fordi ozon overeksponering er en af de ætiologiske faktorer af KOL. Desuden, tog det kun 6-8 uger, baseret på vores tidligere arbejde, at skabe en OE model, der henviser til, at det kræver 3-12 måneder til at fremkalde cigaretrøg model, der angiver, at OE model kunne være et godt valg for KOL forskning.
Det er blevet anslået, at KOL, herunder emfysem og kronisk bronkitis, kunne være den tredje hyppigste årsag til dødsfald i verden i 20201,2. Potentielle forekomsten af KOL i en befolkning over 40 år gamle skønnes for at være 12,7% hos mænd og 8,3% hos kvinder inden for de næste 40 år3. Ingen medicin er i øjeblikket tilgængelig at vende den gradvise forværring i KOL patienter4. Pålidelig dyremodeller for KOL ikke kun kræve efterligning af patologiske sygdomsprocessen men også kræver et kort generation periode. Nuværende KOL modeller, herunder LP’ER eller en PPE-induceret model, kan fremkalde emfysem-lignende symptomer5,6. En enkelt administration eller en uge-lang udfordring af LP’ER eller PPE til mus eller rotter resulterer i markant neutrofili i bronchoalveolar lavage væske (BALF), øger pro-inflammatoriske mediatorer (fx TNF-α og IL-1β) i BALF eller serum, producerer lung parenkymalt ødelæggelse, udvidede luft rum, og grænser luftstrømmen5,6,7,8,9,10. Dog LP’ER eller PPE er ikke årsagerne til menneskelige KOL og dermed efterligne ikke den patologiske proces11. En CS-induceret model produceret en vedvarende luftstrømmen begrænsning, lunge parenkymalt ødelæggelse, og reduceret funktionelle motion kapacitet. Men en traditionel CS protokollen kræver mindst 3 måneder til at generere en KOL model12,13,14,15. Det er således vigtigt at generere en ny, mere effektiv dyremodel, der opfylder de to krav.
For nylig, supplement rygning, luftforurening og erhvervsmæssig eksponering er blevet mere almindelige årsager til KOL16,17,18. Ozon, som en af de vigtigste forurenende stoffer (dog ikke det vigtigste element i luftforurening), kan direkte reagerer med luftvejene og ødelægge lungevæv af både børn og unge voksne19,20,21 ,22,23,24,25. Ozon, samt andre Stimulatorer, herunder LP’ER, PPE og CS, er involveret i en alvorlig af biokemiske veje af pulmonal oxidativ stress og DNA-skader og er knyttet til indledningen og fremme af KOL26,27. En anden faktor er, at symptomerne på nogle KOL patienter forværres efter at være udsat for ozon, der angiver, at ozon kan forstyrre lunge funktion18,28,29. Derfor, vi skabt en ny KOL model af gentagne gange udsætter mus til høje koncentrationer af ozon i 7 uger; Dette resulterede i luftstrømmen defekter og lunge parenkymalt skader ligner dem i tidligere undersøgelser30,31,32. Vi udvidede OE protokol til hunmus i denne undersøgelse og gengivet korrekt emfysem observeret i mandlige mus i vores tidligere undersøgelser30,31,32. Fordi KOL dødeligheden er faldet i mænd, men øget hos kvinder i mange lande33, en KOL model i hunner er nødvendigt at studere mekanismerne og udvikle terapeutiske metoder for kvindelige KOL-patienter. Anvendeligheden af OE model til alle køn giver yderligere støtte til dets anvendelse som en KOL model.
I denne undersøgelse præsenterer vi en pålidelig metode til at generere en ny KOL model. Sammenlignet med andre modeller (dvs. LP’ER eller PV-modeller), sammenfatter denne OE model den patologiske proces af KOL-patienter. Fordi cigaretrøg er den vigtigste farligt materiale, der forårsager KOL i menneskelige patienter40, stadig CS modellen den mest populære KOL model41,42. CS modellen kræver dog en 3 – 12 måneder R & D …
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne vil gerne udtrykke taknemmelighed over for Mr. Boyin Qin (Shanghai Public Health kliniske Center) for den tekniske bistand med µCT evaluering i denne protokol.
BALB/c mice | Slac Laboratory Animal,Shanghai, China | N/A | 7-to-9-week-old female BALB/c mice were used in this study. |
Individual ventilated cages | Suhang, Shanghai, China | Model Number: MU64S7 | The cages were used for housing mice in the animal facility. |
Sealing perspex-box | Suhang, Shanghai, China | N/A | The box was used to contain the ozone generator. Mice were exposed to ozone within the box. |
Electric generator | Sander Ozoniser, Uetze-Eltze, Germany | Model 500 | The device was used for generating ozone. |
Ozone probe | ATi Technologies, Ashton-U-Lyne, Greater Manchester, UK | Ozone 300 | The device was used for monitoring and controlling the generation of ozone. |
Pelltobarbitalum natricum | Sigma, St. Louis, MO, USA | P3761 | Mice were anesthetized by intraperitoneal injection of pelltobarbitalum natricum. |
Micro-Computed Tomography | GE Healthcare, London, ON, Canada | RS0800639-0075 | This device was used for acquiring images of the lung. |
Micro-view 2.01 ABA software | GE Healthcare, London, ON, Canada | Micro-view 2.01 | This device was used for reconstruct the lung and analyze volume, LAA of the lung. |
Treadmill machine | Duanshi, Hangzhou, Zhejiang, China | DSPT-208 | This machine was usd for fatigue test. |
Body plethysmograph | eSpira™ Forced Manoeuvres System, EMMS, Edinburgh, UK | Forced Manoeuvres System | This device was used to test spirometry pulmonary function. |
Ventilator | eSpira™ Forced Manoeuvres System, EMMS, Edinburgh, UK | Forced Manoeuvres System | This device was used to test spirometry pulmonary function. |
Slide spinner centrifuge | Denville Scientific, Holliston, MA, USA | C1183 | It was used to spin BALF cells onto slides. |
Wright Staining | Hanhong, Shanghai, China | RE04000054 | It was used to staining macrophages, neutrophils in the suspended BALF. |
Hemocytometer | Hausser Scientific, Horsham, PA, USA | 4000 | It was used to count cells. |
IL-1β | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab100704 | They were used to test the respective factors in serum. |
IL-10 | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab46103 | They were used to test the respective factors in serum. |
TNF-α | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab100747 | They were used to test the respective factors in serum. |
Paraformaldehyde | Sigma, St. Louis, MO, USA | P6148 | The lung was inflated by 4% paraformaldehyde. |
Paraffin | Hualing, Shanghai, China | 56# | It was used to embed the lung. |
Rotary Microtome | Leica, Wetzlar, Hesse, Germany | RM2255 | It was used for sectioning the lung. |
Hgaematoxylin and Eosin (H&E) staining solution | Solarbio, Beijing, China | G1120 | H&E staining was done for morphometric analysis. |
Upright bright field microscope | Olympus, Center Valley, PA, USA | CX41 | It was used to image the H&E staining slides. |
Adobe Photoshop 12 | Adobe, San Jose, CA, USA | Adobe Photoshop 12 | It was used to count the number of alveoli on the H&E stained images. |
GraphPad prism 5 | Graphpad Software Inc., San Diego, CA | GraphPad prism 5 | It was used for data analysis and production of figures. |