Multimodal 접근을 이미징 Bleomycin 유도 폐 섬유 증 생쥐에서의 경도 평가 대 한 마이크로-CT와 형광 분자 단층에 따라

요약

우리 비-침략 적 multimodal 접근 bleomycin의 이중 intratracheal 주입에 의해 유도 된 마우스 폐 섬유 증 모델의 경도 평가 대 한 마이크로-CT와 형광 분자 단층에 따라 이미지를 설명 합니다.

초록

특 발성 폐 섬유 증 (IPF) 치명적인 폐 질환 폐 기능 및 호흡 실패에서 후속 죽음에 상당한 저하를 일으키는 원인이 되는 폐 아키텍처의 진보와 돌이킬 수 없는 파괴에 의해 특징입니다.

실험 동물 모델에서 IPF의 병 인 bleomycin 관리에 의해 유발 되어 있다. 이 연구에서 우리는 이중 intratracheal bleomycin 주입에 의해 유도 된 IPF 같은 마우스 모델 조사. 폐 섬유 증 공부에 사용 하는 표준 조직학 평가 침략 터미널 절차. 이 작품의 목표 모니터링 하는 데 비 침 투 적인 이미징 기법 형광 분자 단층 (FMT)와 마이크로 CT 등을 통해 폐 섬유 증 조직학 결과 함께 유효성을 검사 하는 이러한 두 기술을 실시간으로 비-침략 적 IPF 질병 엄격과 진행의 모니터링을 위한 혁신적인 functional 접근을 대표할 수 있었다. 다른 방식의 융합이 나타냅니다 IPF 질병, 병 적인 상태에서 발생 하는 분자 이벤트 FMT 관찰 될 수 있다 및 후속 해 부 변화 마이크로-코네티컷으로 모니터할 수 있습니다 이해에 대 한 추가 단계를

서론

특 발성 폐 섬유 증 (IPF)은 불행히도 종종 치명적인 진단¹의 4 년 이내 폐 기능의 진보적인 감소와 만성 폐 질환 이다. IPF의 주요 특징은 세포 외 매트릭스 증 착 및 섬유 아 세포 확산, 하지만 병 인은 아직 완전히 이해 되지 않습니다. 가장 지원된 가설 폐 상해의 여러 사이클 중간 엽 세포 주기 확산의 변경, 섬유 아 세포와 myofibroblasts, 과장 된 축적 하는 폐 포 상피 세포의 파괴를 일으키는 원인이 되 고 증가 매트릭스 생산입니다. 중재자와 같은 매트릭스 metalloproteinases (MMPs) 섬유 증 개발 인간의 IPF 또는 bleomycin 유발 동물 모델에서에서 dysregulated 발견 되었습니다 이러한 프로세스에 참여. 통제 MMP 생산 리드는 불균형된 콜라겐 증 착 폐 interstitium 및 치조 공간 내에서 비정상적인 상처 수리^1,2를 흉내 낸.

약물 발견 및 개발에 대 한 주요 장애물 중 하나 인간의 pathogenesis 및 질병 표현 형을 모방 액세스할 수 마우스 모델의 가용성입니다. 다른 에이전트 동물 모델에서 폐 섬유 증을 유발 하는 데 사용 되었습니다: 방사선 손상, 석면, 실리 카, fibrinogenic cytokines 및 bleomycin^3,4; 관리의 관리 그러나 bleomycin은 가장 사용 되는 쥐, 쥐, 기니 피그, 햄스터, 토끼⁵ 또는 큰 동물 (비 인간 대주교, 말, 개 및 반추 동물)^6,7. Bleomycin은 Streptomyces verticillus⁸ 박테리아에 의해 항생제 이며 항 암 에이전트⁹로 사용 됩니다. 폐 섬유 증 및 이런 이유로 약물의 일반적인 부작용, 폐 섬유 증을 유도 하기 위해 실험 동물 모델에서 사용 됩니다.

Bleomycin 유도 폐 섬유 증 모델에서 거리 병 변 발생 bleomycin 관리 후 14-21 일. 제시 작품 우리 이중 bleomycin intratracheal 주입에 의해 쥐에서 폐 섬유 증을 유발 하는 새로운 프로토콜을 사용 합니다. Bleomycin 마우스 모델은 새로운 약물 설립된 거리 병 변, 평가 될 필요가 있기 때문에 매우 시간이 소모 하 고 항 염증 효과에서 그들의 반대로 거리 효과 구별 하는 테스트.

콜라겐 콘텐츠, morphometrical 및 조직학 분석의 생 화 확 적인 결정 했다 같은 동물에 있는 질병의 병 인에 따라 가능성을 제한 하는 게시물 부검 분석을 기반으로 합니다. 비록 이러한 매개 변수는 섬유 증 평가 대 한 황금 표준 간주 됐다, 그들은 거리 병 변의 어떤 시간적 또는 공간적 분포를 제공 하지 않았고 질병 진행의 과정을 조사 하는 방법을 배제. ¹⁰

최근, 비-침략 적 이미징 기술을 적용 된 모니터 기도 개장, 염증, 및 murine 모델 진행 성 섬유 증: 자기 공명 영상 (MRI), 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 (마이크로 CT), 형광 분자 단층 (FMT) 및 발광 (BLI)^{11,12,13,14,15,,1617,18,19 ,,2021}. 우리는 경도 다른 시간 점에 후 한 bleomycin 도전²²FMT와 마이크로 CT, 폐 섬유 증 진행을 모니터링 하는 비-침략 적 이미징 접근 방식을 제안 합니다.

많은 경로 설립 및 섬유 증의 개발에 참여 하 고 별로 알려져 있다. 이러한 프로세스의 더 깊은 이해만 병원으로 전송할 수 있습니다 더 많은 약물 목표 번역할 수 있습니다. 경도 마이크로-CT에 의해 폐 parenchymal 변경의 탐지를 결합 하는 형광 분자 단층에 의해 MMP 활성화를 모니터링 하는 기능 치료에 임상 응답 액세스 하려면 나중에 사용할 수 있습니다.

프로토콜

여기에 설명 된 모든 동물 실험 프로토콜 번호 아래 Chiesi Farmaceutici와 에라스무스의 동물 실험에 대 한 교내 동물 복지 위원회에 의해 승인 되었다: 유럽 지침 2010/63 UE 준수 EMC 3349 (138-14-07) 이탈리아 D.Lgs 26/2014 고 개정된 "가이드에는 관리 및 사용의 실험실 동물"²³.

참고: 사용, 이전 여성의 타고 난된 C57Bl/6 (7-8 주 이전) 마우스 했다 acclimatized 로컬 물고기 조건에 적어도 7 일 동안 (실내 온도: 20-24 ° C, 상대 습도: 40-70%; 12-h 빛 어두운 주기에), 표준 설치류 차 우에 대 한 무료 액세스 하는 데와 부드럽게 탭 물입니다.

1. Intratracheal Bleomycin와 쥐의 치료

1. 내부 tracheal 점^12,,1314에 대 한 장비를 준비 합니다.
2. 2.5% 산소와 혼합 설정 isoflurane 기화에 연결 된 마 취 약 실에 쥐를 넣어. 발가락-핀치 응답의 부족에 의해 마 취의 깊이를 확인 합니다. 마 취의 효과 3-5 분 후 발생 했습니다.
3. 삽 관 법 플랫폼에 마 취 마우스 위치, 전선에 배치의 앞 니에 의해 매달려 있습니다.
4. 후 두 경, 무뚝뚝한 끝난된 집게의 쌍을 켜고는 집게 또는 후 두 경의 팁 중 하나를 사용 하 여 부드럽게 입을 열.
5. 혀를 꺼냅니다을 쪽 집게로. 기도 개방 시각까지 입 뒤쪽으로 후 두 경 블레이드를 놓고는 후 두 경 그 자리에 유지 합니다.
6. 다른 한편으로는, 3-방향 밸브 회전 기관에 PE 튜브의 끝에 연결 된 배달 튜브 삽입. Bleomycin (0.020 µ g/마우스)의 50 µ L를 제공 합니다. 점, 후 신속 하 게 질 식 방지 하기 위해 기관에서 튜브를 제거 합니다. 쥐 잡고 몇 초 동안 직 립.
   1. 0에서 bleomycin intratracheally를 관리 하 고 하루 4 (그림 1)에서 반복 합니다.
7. 삽 관 법 플랫폼에서 마우스를 제거 하 고 30 분 (마 취에서 완전히 복구 하는 데 필요한 시간)에 대 한 마우스를 모니터링 합니다.
8. Vivo에서 이미징 FMT와 마이크로 CT 쥐 폐의 하루 7, 14, 및 21에서 더블 bleomycin 주입 후 수행 합니다.

2. 형광 분자 단층에 의해 vivo에서 이미징

참고: 사전, MMP 민감한 형광 기판 680 생리 식 염 수 (0.9% 나트륨 염화 물), 및 저장소에 사용 하기 전에 4 ° C에서 빛에서 보호의 6 nmol/mL의 신선한 재고 솔루션을 준비 합니다. 그것은 4 ° c.에서 최대 6 개월 안정 MMP 이미징 에이전트 동물에 주입 하기 전에 실내 온도에 equilibrate를 허용 한다.

1. 프로브 주입
   1. MMP 프로브 솔루션의 정 맥 주입을 위해 장비를 준비 합니다. 미리 따뜻한 물 열 마우스 꼬리를 50 ° C에서.
   2. 마우스 아저씨를 단단히 파악 꼬리 고 케이지 뚜껑 그립 수 있도록. 동물의 어깨에 걸쳐 쥐를 잡고, 꼬리 꼬리 피부에 열 부상을 방지 하기 위해 최대 8 s 열 부상 4 따뜻한 물 비 커에 넣어.  정 맥이 쉽게 시각화 및 바늘 삽입에 붓기를 확인 하십시오.
   3. 주입 절차 동안 꾸준히 유지 하 고 뒤에 특별 한 구멍을 통해 꼬리를 당겨 플라스틱 restrainer에 쥐를 넣어. 꼬리;의 양쪽에 두 개의 꼬리 정 맥을 찾아 아니라는 꼬리의 동맥
   4. 정 맥에 1 mL 주사기의 바늘 (26 G)를 삽입 합니다. 바늘은 제대로 배치 하 고, 주입 쉽게 되며 프로브 솔루션 선박에 흐를 것 이다.
   5. 10 mL/kg에서 MMP 프로브 솔루션을 주입.
   6. 바늘을 삭제 합니다.
      참고: 최적의 이미징 시간 포인트는 24 시간 MMP 프로브 주입 후 활성화 되는 조사에 필요한 시간 때문에. 종 적 연구를 수행 하는 경우 최적의 재 주입 시간 마우스에서 에이전트의 완전 한 정리를 위한 수 있는 7 일입니다.
2. FMT 이미징
   참고: 시작 하기 전에, 항상 제거는 모피에 그리고 동물의 영역 주위, 가슴, 산란과 조직에 흡 광도을 피하기 위해이 경우에 이미지를.
   1. 마우스를 anesthetize, 마 취 실에서 그것을 넣어 고 유도 대 한 2.5% 및 유지 보수에 대 한 2 %isoflurane 다이얼.
   2. 데이터 수집 소프트웨어를 초기화 하 고 실험에 대 한 데이터베이스에서 새로운 연구를 엽니다.
   3. 시작 하기 전에, FMT와 이미징 이미징 카세트에 마우스를 전송 합니다. 최적은 FMT의 보기의 필드를 사용 하 여 카세트 이미징 중간 마 취 마우스를 놓습니다. 이미징 카세트의 두 창에 대 한 생쥐 플랫, 안전 하 고 부드럽게 압축 하십시오. 손잡이 카세트에 의해 높이 조정 하 고 도킹 스테이션에 밀어.
   4. 검색 창에서 제목 에 클릭 하 고 라이브 이미지를 볼 미리 보기 를 클릭 합니다.
   5. 조직 주변 형광의 예상된 지역 캡처 있도록 충분히 큰 검사 영역을 그립니다. 25 검색 포인트 보장의 총 포함 폐 지역 완전히 스캔 한 것입니다.
   6. 투자 수익 그려집니다, 일단 먼저 재건 큐에 추가 클릭 하 고 스캔 이미지는 마우스를 클릭. 있는지 확인 680에서 정확한 레이저 nm을 선택.
   7. 이미지 수집 완료 되 면, 그것의 감 금에 다시 마우스를 놓습니다. 그것은 마 취에서 완전히 복구 해야 합니다.
   8. ROI 도구 를 사용 하 여 분석 소프트웨어의 분석 창에서 형광의 picomoles를 계량 하 고 폐 지역에서 나오는 신호에 700-800 밀리미터³ 주위 투자 수익 감소. 간 신호를 제외 하려면 주의 해야 합니다. 그들이 비슷한 차원에서 각 동물 이미지에 그들의 위치를 조정 하는 다른 과목에 투자 수익을 복사 합니다.
   9. Jpg 파일로 이미지를 내보냅니다.

3. 마이크로-CT에 의해 Vivo에서 이미징

주의: 시작 하기 전에, 항상 제거 어떤 금속 보석 또는 엑스레이의 비 산을 방지 하려면 이미징 인근의 금속 물체.

참고: 방사선-유도 폐 섬유 증 방사선 중 일반적인 찾는 유도 폐 상해²⁴입니다. 마이크로-CT 파생 지표도 폐 섬유 증과 관련 된 조직학 발견 당일 21 4 마이크로-CT 세션 이미징, 엑스레이 복용량 동물에 마이크로-CT 동안 배달 나타내는 대상이 염 분 처리 통제 쥐에 있는 참석 했다 시험 결과 영향을 미칠 충분 하지 않았다.

1. 마이크로-CT 녹색 전원 버튼을 눌러 켜고 x-ray 소스를 따뜻한 소프트웨어를 실행. 마우스 이미지에 대 한 작은 구멍 및 동물 침대를 사용 합니다.
2. 새로운 것에 대 한 새 데이터베이스 를 클릭 하 여 데이터베이스를 만들 고 빌드 브라우저는 실험에서 쥐의 수에 따라 또는 기존 데이터베이스에 연결 이전에 생성 한 데이터를 저장 하려면 클릭 합니다.
3. 소프트웨어 제어 창에서 수집 매개 변수를 선택 스캔을 시작 하기 전에: x 선 관 전압, 90 k v; CT x-선 튜브 전류, 160 µ A; 라이브 x 선 관 전류, 80 µ A; FOV, 36 밀리미터; 아니 제어 기술; 스캔 기술, 높은 해상도 4 분.
4. 3 %isoflurane 흡입에 의해 쥐를 anesthetize 하 고 마 취의 지속적인 공급을 제공 하는 코 콘 구멍에 삽입 하는 침대에 그들을 배치. 테이프 가슴 노출 될 수 있도록 침대에 있는 쥐의 발 고정
5. 도어를 계기 고 캡처 버튼을 누르면 실시간으로 마우스 위치를 볼 수 있는 라이브 모드 를 켭니다. 직접 CT 장비에 있는 단추를 사용 하 여 시야 (FOV)와 가슴에 맞게 동물 침대를 이동 합니다. 마우스에 스캔 센터 그렇지 않다면 CT 장비에 있는 왼쪽 및 오른쪽 화살표와 위치를 조정.
6. 90 ° 을 선택 하 고 설정을 클릭 하 여는 갠트리 회전 하 여 최적의 침대 위치를 확인 합니다. 지역 이미지에는 FOV 안에 완벽 하 게 다는 것을 확인 하십시오.
7. 하지 어떤 제어 기법을 적용 하 고 CT 스캔 버튼을 클릭 하 여 스캔을 시작. 예 x 선 소스 설정 되어있을 것입니다 알려 주는 메시지를 클릭 합니다.
   참고: 일단 엑스레이 켜져 악기 위에 주황색 램프 조명 될 것입니다 하 고 슬라이딩 도어 연산자의 안전에 대 한 열 수 있을 것입니다. 검사가 완료 되 면 transaxial, 화관, 재건의 화살 슬라이스를 보여주는 2D 뷰어 소프트웨어의 새로운 창이 나타납니다.
8. 이미지 품질을 확인 하 고 마 취의 낮은 수준으로 인해 움직임에서 이미지를 흐리게 하지 않도록 주의 하십시오. 필요한 경우 스캔을 반복 합니다.
9. 감 금 소에 다시 동물을 놓고 그들은 마 취에서 완전히 복구 해야 합니다.

4. Bronchoalveolar 게

1. 복 부 대동맥에서 출혈 하 여 3 %isoflurane 희생 동물을 anesthetize.
2. 가 위를 사용 하 여 흉부 새와 목. 다음 기도 하 고 발 프로시저 프로시저 바늘 없이 1 mL 주사기에 부착 된 21-게이지 게 튜브를 사용 하 여 수행 하는 작은 절 개를 만들기. 주의 기도 통과를 하지.
3. 발을 수행 하려면 채우기 1 mL 주사기 바늘 없이 살 균 솔루션의 0.6 mL [10 x 행 크의 균형 소금물 (HBSS); 100 mM ethylenediaminetetraacetic 산 (EDTA) 1 mM 4-(2-hydroxy-ethyl)-1-piperazineethansulphonic 산 (HEPES); 소 주 물]입니다.
4. 기도에 절 개에 게 튜브를 삽입 천천히 주입 하 고 철회 솔루션 3 번 후속 분석을 위해 BALF의 최적의 컬렉션을 허용 하도록 제 3 철수에 일시 중지.

5. 조직학 및 Histomorphometry

1. 노출 및 10% 중립 버퍼링 포 르 말린의 0.6 mL와 함께 부드러운 주입에 의해 그들을 기도 통해 정 맥을 팽창, 폐를 제거 하 고 24 시간 실 온에서 샘플을 저장할.
2. 탈수 알코올 솔루션 (1 시간에 대 한 60% 에탄올, 1 시간, 1 시간에 대 한 90% 에탄올, 2 h에 대 한 95% 에탄올에 대 한 70% 에탄올과 2 h에 대 한 100% 에탄올)의 농도 증가에 다른 통로 통해 샘플 자동 조직 프로세서를 사용 하 여.
3. 표본 2 h 반투명 하 게 그들에 대 한 크 실 렌에 놓습니다. 탈수의 끝에, 샘플 3 h에 대 한 60 ° C에 파라핀을 침투 하 고 자동화 된 프로세서에서 그들을 포함 합니다.
4. 5 µ m 두께 직렬 섹션 로타리 톰을 사용 하 여 얻을.
5. Deparaffinize 하 고 에탄올의 내림차순 학년에서 슬라이드를 rehydrate Masson의 Trichrome 자동 조직 프로세서를 사용 하 여와 얼룩.
6. 수동으로 슬라이드 스캐너를 사용 하 여 20 배 확대 스캔 폐 조각에 집중 하 고 451 nm/픽셀의 해상도와 보기 소프트웨어를 사용 하 여 전체 폐 섹션의 디지털 이미지를 캡처.
7. 형태학 상으로 평가 거리 폐 상해 반 정량적, 양적 매개 변수에 의해 다음과 같습니다.
   1. Ashcroft 점수를 결정 합니다. 애쉬 크 로프트¹⁰ Hübner 외. 수정 정의 규모에 따라 폐 섹션에서 반 정량적 학년 형태학 변화 ²⁵ 0-8의 시스템을 사용 하 여 폐 섹션에서 모든 실질 평가 점수.
   2. 콜라겐 콘텐츠를 결정 합니다. 현미경 이미지 분석 소프트웨어에 의해 섬유 증^10,25 의 정도 수량화 합니다. 각 슬라이드 당 10 배 확대에 세 ROIs를 임의로 선택 합니다. 색상 임계값 설정의 표준화, 녹색 얼룩이 진 지역으로 콜라겐 검색할.
   3. 치경 공기 영역을 결정 합니다. 섬유 증^10,25의 간접 매개 변수로 치경 공기 지역 계량. 동일한 소프트웨어 및 ROIs는 섬유 증 소수 부분에 대 한 적용, ROIs 흰색 임계값을 사용 하 여 내부 공기 영역을 감지 합니다.

결과

폐 섬유 증 장애의 자연 해상도 3 주 후이 모델의 한계를 강조 하는 단일 bleomycin 관리 및 적당 한 구조 변화를 관찰 했다. 예방 치료만 임상 연습¹⁷나타내지 않는 좁은 치료 창 때문 수행 될 수 있습니다.

여기, 우리는 이중 bleomycin intratracheal 주입의 우리의 프로토콜은 쥐¹⁸에 오래 견 딘 폐 섬유 증을 개발할 수 보여 줍니다. 실험 설계는 그림 1^19,,2021에 표시 됩니다. 이 연구의 목표는 비 침범 성 이미징 기술로 쥐...

토론

많은 연구 그룹 새로운 약물을 개발에 초점을 맞추고 IPF의 치료에 불구 하 고 현재 2만 사용할 수 있습니다 환자에 대 한. 의료 긴급 하기 때문에 더 효과적인 치료⁷ 을 찾이 필요가 폐 transplantationis 4-5 년²⁶의 생존을 머리말을 붙이는 수. 변환 의학 및 신약의 개발에 대 한 필수적인 전제 조건 어떤 중재 연구는 병원에서 성공의 예측에서 IPF의 기능을 모방 하는 동물 모델의 가용성 이다. 그러나, 기존의 폐 섬유 증 동물 모델의 유용성은 아직 논란이²⁷. 우리는 bleomycin¹⁸ 그림 1설명 된 대로의 이중 주입을 필요로 하는 폐 섬유 증의 새로운 마우스 모델을 개발 한다. 이미징 기술은 질병 진행 및 치료에 약리 응답을 시각화 하기 위해 강력한 도구입니다. 이 동물 모델은 더...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
FMT 2500 형광 단층 촬영 시스템	Perkin Elmer Inc.	실험적 빌더
MMPsense 680	Perkin Elmer Inc.	NEV10126	빛으로부터 보호하고 프로브를 4°C에 보관하십시오. C
TrueQuant 소프트웨어	Perkin Elmer Inc.
여성 근친 C57BL/6	San Pietro NatisoneHorst, 네덜란드 (UD),		사용하기 전에, 동물들은 적어도 5일 동안 현지 비바리움 조건에 순응하였습니다.
이소플루란	ESTEVE 스파	571329.8	흡입하지 마십시오
자동 세포 카운터	Dasit XT 1800J	실험용 빌더
식염수, 0.9% 염화나트륨 (NaCl)	Eurospital	15A2807
Quantum FX Micro-CT 스캐너	퍼킨 엘머 Inc.
스트렙토마이세스 버티실러스(Streptomyces Verticillus)의 블레오마이신 황산염	시그마	B2434
자동 조직 프로세서	ATP700 Histo-Line Laboratories	ATP700
임베딩 시스템	EG 1160 Leica Biosystems	EG 1160
로터리 마이크로톰	Slee Cut 6062
디지털 슬라이드 스캐너	NanoZoomer S60, Hamamatsu Photonics
NIS-AR 이미지 분석 소프트웨어	니콘
마송 s Trichrome Staining	Histo-Line Laboratories
10% 중성 완충 포르말린	Sigma	HT5012-1CS
Penn-century 모델 DP-4M 드라이 파워 인슐플라터	Penn-century	DPM-EXT
PE190 마이크로 의료용 튜브	2biological instruments snc	BB31695-PE/8
바늘 없는 주사기 5mL	Terumo	SS*05SE1	피스톤의 보드를 가위로 자릅니다
Hamilton 0.10 mL (모델 1710)	Gastight	81022
Discofix 3-way Stopcock	Braun	4095111
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플라스틱 공급 튜브 18 ga x 50	mm 2biological instruments snc	FTP-18-50	팁을 비스듬히 자릅니다.