L'esposizione alla silice nei lavoratori è inevitabile in alcuni ambienti di lavoro e, una volta esposti alla silice, il deterioramento progredisce anche dopo la rimozione dall'ambiente. Inoltre, la maggior parte di questi lavoratori fuma e le sigarette tradizionali contengono migliaia di sostanze chimiche, con il componente chiave che crea dipendenza essendo la nicotina1. Le sigarette elettroniche stanno diventando sempre più popolari nelle fasce di età più giovani2; Queste sigarette elettroniche agiscono come un sistema di somministrazione di nicotina e aumentano l'accesso alla nicotina, aumentando così la suscettibilità polmonare e la polmonite3. Il fumo di sigaretta accelera anche la fibrosi polmonare nei topi esposti alla bleomicina4 e aumenta la tossicità polmonare e la fibrosi nei topi esposti alla silice 5,6. Tuttavia, resta da indagare se la nicotina possa influenzare il processo di fibrosi infiammatoria e polmonare causato dalla silice.
Il modello murino di silicosi stabilito dall'inalazione una tantum di un'alta dose di silice nella trachea è traumatico per i topi. Sebbene questo metodo fornisca rapidamente un modello di silicosi, non corrisponde alla realtà di un ambiente in cui i lavoratori sono ripetutamente esposti alla silice. Pertanto, abbiamo stabilito un modello murino esposto alla silice somministrando ripetutamente una bassa dose di sospensioni di silice tramite una flebo nasale; Questa dose può causare infiammazione e fibrosi nei topi.
Per aggirare gli effetti di altri componenti della sigaretta, questo modello murino è stato iniettato per via sottocutanea con nicotina nella pelle flaccida del collo per determinare l'effetto del componente che crea dipendenza, la nicotina, sulla silicosi. Somministrando iniezioni sottocutanee, è possibile ottenere un dosaggio accurato, rendendo così possibile la creazione di modelli di esposizione alla nicotina e l'osservazione delle risposte dose-tossicità, nonché della dipendenza. Un modello di dipendenza da nicotina è stato sviluppato in topi maschi, con una dose iniettata di nicotina di 0,2-0,4 mg/kg 7,8. In quel modello, per soddisfare le esigenze di ricerca di droga dei topi dipendenti, sono state somministrate due iniezioni sottocutanee a intervalli di 12 ore. Questo modello murino di dipendenza da nicotina è utile per simulare le abitudini umane di fumo e l'esposizione alla silice.
I modelli animali a fattore singolo hanno limitazioni negli studi sulle malattie, mentre il metodo qui descritto coinvolge un modello murino a due fattori di co-esposizione a nicotina e silice. Prima dell'esposizione alla silice, i topi sono stati pre-esposti alla nicotina per replicare l'esposizione alla nicotina nelle persone che fumano. Successivamente, l'esposizione alla silice ha avuto luogo dal giorno 5 al giorno 19 per imitare l'esposizione alla silice in un ambiente di lavoro per individui con una storia di fumo.
I macrofagi alveolari sono noti per svolgere un ruolo significativo nella regolazione dell'infiammazione polmonare e della fibrosi. I macrofagi non possono scomporre la silice dopo l'inalazione di silice, portando alla polarizzazione dei macrofagi o all'apoptosi9 e al rilascio di citochine come il fattore di necrosi tumorale-alfa (TNF-α) e il fattore di crescita trasformante beta (TGF-β). I macrofagi M1, che sono identificati dalla presenza del marcatore di superficie CD86, sono i principali istigatori della risposta infiammatoria nella silicosi, mentre i macrofagi M2, che sono marcati da CD206, sono responsabili della fase fibrotica della condizione10. Nei topi a doppia esposizione, la nicotina ha indotto la polarizzazione dei macrofagi verso il fenotipo M2 nei polmoni danneggiati dalla silice, promuovendo così la fibrosi polmonare. Inoltre, il TGF-β1 è fondamentale per l'induzione della fibrosi e dell'EMT11; l'aumento dell'espressione di TGF-β1 ha accelerato la progressione della fibrosi polmonare attraverso l'EMT. Questo modello ha analizzato con successo gli effetti della nicotina sulla silicosi e ha ulteriormente evidenziato l'importanza della cessazione della nicotina.