Établissement d’un modèle murin pour l’inhalation d’air à très basse température des voies respiratoires

Résumé

La stimulation environnementale froide a été impliquée dans le développement de diverses maladies chroniques. Par conséquent, il est crucial d’établir des modèles animaux pour la recherche préclinique. Ce système répond à ce besoin en proposant un dispositif qui crée un modèle de stimulus, répondant aux exigences de la recherche fondamentale sur les mécanismes pathogènes.

Résumé

À l’heure actuelle, la construction d’un modèle murin pour la stimulation de l’environnement froid utilise des plaques de chaleur froide et des dispositifs de refroidissement portables. Ces méthodes peuvent répondre partiellement aux exigences de l’étude des réponses et des effets régulateurs de la peau de souris ou des circuits neuronaux à la stimulation par le froid. De nombreuses études cliniques ont corroboré la corrélation entre l’exposition à des environnements à basse température et le développement de diverses maladies. Récemment, l’accent a été mis de plus en plus sur l’échange continu d’informations entre les organes et les tissus, offrant une nouvelle perspective sur la résolution de problèmes de longue date au sein du corps humain. Cependant, les installations existantes ne sont pas en mesure de construire un modèle pour les souris inhalant de l’air froid.

Bien que placer des souris dans un environnement froid semble attrayant, il présente des limites considérables. Alors que les souris inhalent de l’air froid, leur peau est également stimulée par l’environnement froid, ce qui ne permet pas de savoir si les changements pathologiques qui en résultent sont dus à la stimulation pulmonaire par l’interaction d’organes distants ou aux récepteurs cutanés et à la transmission du signal neuronal. Cela crée une confusion considérable dans les recherches connexes. Ce schéma présente une nouvelle approche pour la construction d’un modèle murin de stimulation par inhalation d’air extrêmement froid. Cet appareil permet aux souris d’inhaler des gaz à très basse température pendant que leur corps reste à une température normale. Il maximise la simulation des effets stimulants des températures ambiantes extrêmes sur les souris et répond aux besoins de recherche pour l’étude de la relation entre les températures environnementales extrêmes et les maladies associées.

Introduction

Cette méthode fournit principalement un modèle de stimulation de l’air à très basse température chez la souris à l’aide d’un dispositif de retour de température de réfrigération à semi-conducteurs non invasif, normalisé, stable et discontinu. Des expériences cliniques liées aux basses températures ont confirmé une relation étroite avec l’incidence et le pronostic de diverses maladies. Une étude chronologique portant sur 272 grandes villes de Chine a permis de recenser un total de 1 826 186 cas de décès non accidentels. La relation entre la température et la mortalité indique systématiquement une courbe en forme de J inversé, la phase des taux de mortalité élevés dus au froid étant nettement plus longue que les autres températures. Cela suggère que l’impact des basses températures sur les accidents vasculaires cérébraux et les maladies cardiovasculaires est illimité à la phase froide ; Il y a une influence continue pendant une période après que la phase froide s’est calmée.

Parmi les décès non accidentels, 14,33 % peuvent être attribués à des facteurs de température ambiante, le froid modéré (-1,4 à 22,8 °C) et le froid extrême (-6,4 à -1,4 °C) représentant respectivement 10,49 % et 1,14 %. Les causes de décès comprennent les maladies cardiovasculaires et cérébrovasculaires (17,48 %), les maladies coronariennes (18,76 %), les accidents vasculaires cérébraux ischémiques (14,09 %), les accidents vasculaires cérébraux hémorragiques (18,10 %), les maladies de l’appareil respiratoire (10,57 %) et la bronchopneumopathie chronique obstructive (12,57 %⁾¹. En Chine, les études épidémiologiques sur les accidents vasculaires cérébraux suggèrent un gradient clair du nord vers le sud². Dans le climat glacial du nord-est de la Chine, la prévalence des accidents vasculaires cérébraux est 2,36 fois plus élevée que dans la région méridionale³. Des recherches substantielles ont confirmé l’impact direct des environnements à basse température sur les taux de mortalité et l’incidence des accidents vasculaires cérébraux ^4,5,6. Par conséquent, les différences importantes de température climatique représentent un facteur environnemental qui ne peut être ignoré.

L’absence de raisonnement scientifique efficace expliquant la corrélation entre les environnements à basse température et l’augmentation des taux d’accidents vasculaires cérébraux et de problèmes cardiaques reste un sujet de recherche. Alors que la sagesse conventionnelle suggère que les températures froides peuvent augmenter la pression artérielle par l’irritation de la peau et l’excitation sympathique⁷, les individus prennent généralement des mesures pour s’isoler et maintenir l’équilibre de la température corporelle en réponse aux conditions froides. Lorsqu’ils sont exposés à des températures froides, les humains modernes s’appuient sur leur système respiratoire plutôt que sur la peau comme principal mécanisme de défense. Bien que des vêtements épais puissent protéger la peau du froid externe, ils ne peuvent pas empêcher l’inhalation d’air froid dans les voies respiratoires, exposant la trachée et les alvéoles à une stimulation intense par le froid. Les méthodes actuelles de construction de modèles animaux pour la stimulation à basse température sont principalement divisées en deux aspects. Tout d’abord, de nombreuses études se sont concentrées sur l’exploration de la réponse et des mécanismes de régulation de la peau de souris à la stimulation à basse température. Une méthode consiste à placer des souris sur une plaque capable de contrôler les changements de température (4-25°C) pour étudier les mécanismes de régulation spécifiques de la régulation de la température corporelle et le comportement d’évitement en réponse à des stimuli froids ^8,9. D’autres études ont placé des dispositifs de refroidissement sur le dos de souris pour explorer le rôle des circuits neuronaux dans la régulation de la température corporelle¹⁰.

À l’inverse, plusieurs études ont placé des souris dans de petites chambres à température variable (4-30 °C). Les recherches de Lal et ses collègues et de Qian et al. ont utilisé cette méthode pour construire un modèle murin de stimulation par le froid afin d’explorer les circuits neuronaux régulant le contrôle neuroendocrinien du comportement alimentaire induit par le froid^11,12. Cependant, les deux méthodes mentionnées ont leurs limites. Tout d’abord, la température la plus basse est de 4 °C, ce qui est insuffisant pour simuler une stimulation de l’air à très basse température. Cette méthode ne peut exclure les effets régulateurs de la peau et des circuits neuronaux sur l’environnement froid. En tant que principal site d’échange d’air, les poumons sont également des organes où sont concentrés les neurones sensibles au froid^13,14. Le rôle régulateur des neurones sensibles au froid dans diverses maladies a également été confirmé par plusieurs chercheurs 15,16,17. Par conséquent, il est urgent de mettre au point une méthode pour construire de manière stable, massive et normative un modèle animal à basse température des voies respiratoires. Comprendre le rôle régulateur des poumons et des neurones sensibles au froid dans diverses maladies chroniques sous stimulation atmosphérique à très basse température est essentiel pour fournir une base théorique pour la prévention et le traitement des accidents vasculaires cérébraux, des maladies coronariennes et des maladies du système respiratoire dans les régions froides. Notre équipe a comblé cette lacune critique en construisant un appareil à basse température au cours des deux dernières années. Cet appareil se caractérise par sa répétabilité, sa praticité, sa structure simple et son faible coût, ce qui le rend adapté à de telles études.

Protocole

Le Comité d’éthique des animaux d’expérimentation a approuvé toutes les procédures impliquant des sujets animaux au premier hôpital affilié de l’Université de médecine de Harbin.

1. Assemblage de l’appareil

REMARQUE : reportez-vous à la Figure 1 pour les composants de l’appareil.

1. Utilisez des connecteurs métalliques pour fixer deux ensembles de coques en laiton à deux ensembles de puces de refroidissement de semi-conducteurs. Appliquez de la graisse silicone thermoconductrice entre la coque en laiton et la puce de refroidissement du semi-conducteur.
2. Appliquez de la graisse thermique entre la coque en laiton et la puce de refroidissement du semi-conducteur.
3. Connectez deux groupes de ventilateurs dans chaque pièce de réfrigération à semi-conducteurs ci-dessous. Assurez-vous que la coque en laiton, le ventilateur, la puce de refroidissement des semi-conducteurs et la graisse silicone thermoconductrice sont solidement connectés en tant qu’unité complète.
4. Placez l’appareil dans son ensemble dans le bocal de récupération de gaz et les deux plaques de recouvrement des fentes.
5. Installez les plaques au-dessus et en dessous du bocal de récupération de gaz.
6. Connectez le tuyau d’entrée d’eau et les tuyaux de sortie d’eau à l’entrée et à la sortie d’eau de la coque en laiton, respectivement.
7. Connectez quatre groupes de coquilles en laiton en haut et en bas du bocal de récupération de gaz avec des tuyaux.
8. Connectez la pompe à eau au tuyau d’arrivée d’eau.
9. Placez le tuyau de sortie d’eau dans la citerne.
10. Connectez quatre ensembles de refroidisseurs de semi-conducteurs et de pompes à eau à deux ensembles d’alimentations (12 V et 40 A).

2. Préparation de l’animal pour l’expérience

REMARQUE : Nous avons utilisé une souris mâle C57Bl/6 âgée de 4 semaines pour ces expériences. Il est recommandé de laisser la souris s’adapter au fixateur pendant 3 à 5 jours avant la préparation du modèle. L’environnement expérimental doit être à température ambiante et silencieux pour éviter le bruit pendant toute la durée de l’expérience.

1. Fixez la souris dans le fixateur : Placez la souris dans le fixateur, en positionnant la partie avant du nez de la souris à l’ouverture du fixateur. Utilisez un bouchon éponge assorti pour remplir et fixer la partie arrière du fixateur, en vous assurant qu’il a des trous de ventilation. Ensuite, placez le fixateur de souris dans la fente cylindrique du bocal de récupération de gaz (Figure 1D).

3. Flux de fonctionnement expérimental

1. Préparez un mélange d’eau glacée et placez-le dans la citerne.
   REMARQUE : Pour cette étape, assurez-vous que le niveau d’eau du mélange d’eau glacée et d’eau est supérieur à celui de la pompe pour vous assurer que le mélange est ajouté à temps tout au long de l’expérience. Il n’est pas recommandé d’utiliser de l’eau à température ambiante
2. Positionnez la pompe à eau dans le mélange d’eau glacée et assurez-vous que le tuyau de sortie est immergé.
3. Placez la sonde du capteur de température à l’intérieur de l’orifice de mesure de la température du bocal de récupération de gaz.
4. Connectez la pompe à eau à sa source d’alimentation et allumez-la.
5. Connectez l’alimentation au régulateur de température, branchez l’adaptateur d’alimentation de l’unité de réfrigération dans la prise de courant du régulateur de température et réglez la plage de température souhaitée sur le régulateur.
6. Réglez la plage de température du régulateur de température.
7. Après l’expérience, retirez la souris et remettez-la dans son environnement de logement.
8. Coupez l’alimentation électrique du régulateur de température.
9. Éteignez la pompe à eau.

4. Imagerie thermique

REMARQUE : Pour démontrer et vérifier que les souris peuvent inhaler de l’air à très basse température tout en maintenant une température corporelle normale à l’intérieur de cet appareil, la température dans le bocal de collecte de gaz a été mesurée à l’aide d’une caméra thermique (Figure 2).

1. À l’aide d’une caméra thermique portative, vous pouvez déterminer les températures du trou d’air et du trou de mesure de la température du bocal de récupération de gaz à une distance optimale.
2. Positionnez le point laser rouge, indiquant l’emplacement de la mesure, précisément au centre de la zone de mesure de température désignée.
3. En utilisant la même méthodologie, mesurez à nouveau la température corporelle des souris.

Résultats

Nous pouvons observer la construction globale de cet appareil, qui comprend une puce de réfrigération à semi-conducteurs, de la graisse silicone thermoconductrice, un bocal de récupération de gaz, un régulateur de température, un ventilateur, un système de circulation de refroidissement par eau, un fixateur de souris et un adaptateur secteur. Une seule unité peut répondre simultanément aux besoins de modélisation d’un maximum de 16 souris (Figure 1A,B). Le bocal de collecte ...

Discussion

Dans la construction d’un modèle de stimulation à basse température, plusieurs étapes et précautions clés sont nécessaires pour assurer la précision de l’expérience et le bien-être des animaux. Utilisez un mélange d’eau glacée au lieu d’eau à température ambiante pour maintenir un état de basse température de l’eau de refroidissement tout au long de l’expérience, ce qui permet de simuler des environnements à très basse température. Assurez-vous que le système d’eau de refroidissement à r...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
coquille en laiton	Shenzhen Haida citerne d’entreprise
	Shenzhen Gongdecheng ventilateur de l’industrie
	ChaoJingYin electoronic.,LTD	4010	12 V
Pot de collecte de gaz	Shenzhen Gongdecheng industrie du plastique tuyau d’admission
/ sortie	Shenchen caoutchouc et plastique produits usine
fixateur de souris  ;	Technologie Lanjieke  ;
énergie	Shenzhen Haida entreprise d’équipement électronique de haute technologie	12 V 40 A
	entreprise
silicone thermoconductrice	Shenzhen Haida entreprise d’équipement électronique de haute technologie	DRG102
pompe à eau	Shenzhen Jutai pump Co., LTD	DC005	12 V
Adaptateur d’alimentation de pompe à eau	Chaoke adaptateur d’alimentation usine	1210	100-240 V 50-60 HZ 12 V

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