우리는 장 조작을 통해 생성된 수술 후 장폐색의 쥐 모델을 설명합니다. 위장 통과 기능, 병리학적 변화 및 면역 세포 활성화는 수술 후 24시간 후에 평가되었습니다.
방법 논문
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우리는 장 조작을 통해 생성된 수술 후 장폐색의 쥐 모델을 설명합니다. 위장 통과 기능, 병리학적 변화 및 면역 세포 활성화는 수술 후 24시간 후에 평가되었습니다.
대부분의 환자는 수술 후 장폐색(POI)을 경험하며, 이는 이환율, 사망률 및 입원 시간 증가와 관련이 있습니다. POI는 수술 중 기계적 손상으로 인해 위장관의 운동성이 중단된 결과입니다. POI의 메커니즘은 비정상적인 신경 세포 민감성, 상피 장벽 기능 손상 및 국소 염증 증가와 관련이 있습니다. 그러나 세부 사항은 여전히 수수께끼로 남아 있습니다. 따라서 실험용 쥐 모델은 POI 손상의 병태생리학 및 메커니즘을 밝히고 새로운 치료법을 개발하는 데 중요합니다.
여기에서는 임상 수술과 유사한 장 조작(IM)을 통해 생성된 POI의 쥐 모델을 소개합니다. 이것은 면봉으로 복부를 1-3회 마사지하여 소장을 기계적으로 손상시킴으로써 달성됩니다. IM은 FITC-dextran gavage 및 분절 소화관의 형광 검출로 평가한 바와 같이 수술 후 24시간 동안 위장 통과를 지연시켰습니다. 또한, 점막하의 조직 팽창 및 면역 세포 침투는 헤마톡실린 및 에오신 염색 및 유세포 분석으로 조사되었습니다. IM의 적절한 압력과 장에 대한 충혈 효과는 시술에 매우 중요합니다. 이 POI의 쥐 모델은 복부 수술 후 장 손상 및 회복 메커니즘을 연구하는 데 사용할 수 있습니다.
수술 후 장폐색(POI)은 인체 건강 분야, 특히 복부 수술을 받는 환자의 관리에 중대한 도전을 제기하는 증후군입니다. 위장 운동성의 회복이 지연되는 것이 특징인 POI는 입원 기간을 연장하고 의료 비용을 증가시키는 원인이 되지만, 확립된 정의, 병인 또는 치료법은 존재하지 않는다1. 최근 연구는 POI 2,3,4의 진행에서 면역 세포의 중추적인 역할을 밝혀 주었지만, 관련된 기본 메커니즘을 밝히기 위해서는 추가 조사가 필요합니다.
이 프로토콜에서는 복강 내 수술에 의해 유도된 POI의 쥐 모델을 소개하며, 이는 복부 수술이 소화관에 미치는 영향을 밀접하게 모방합니다. 우리의 목표는 생쥐의 POI를 모델링하기 위한 표준화된 방법을 제공하여 연구자들이 병태생리학을 조사하고 새로운 치료 개입을 탐색할 수 있도록 하는 것이었습니다.
이 기술의 개발 및 활용의 근거는 POI를 연구하기 위한 신뢰할 수 있는 전임상 모델의 필요성에 있습니다. POI 연구에 대한 전통적인 접근 방식은 종종 번역 관련성이 부족하거나 상태에 기여하는 요인의 복잡한 상호 작용을 포착하지 못합니다. 임상 시나리오를 밀접하게 복제하는 쥐 모델을 도입함으로써 연구자들은 POI의 기저에 있는 메커니즘을 보다 정확하게 조사하고 통제된 실험 환경에서 잠재적인 치료 개입을 테스트할 수 있습니다.
대체 기술과 비교했을 때, 이 프로토콜에 제시된 POI의 쥐 모델은 몇 가지 이점을 제공합니다. 초기에 우리는 실험 동물에서 POI를 유도하기 위한 표준화되고 재현 가능한 프로토콜을 확립하기 위해 실험 결과를 최근의 발전 기술과 통합했습니다. 이 프로토콜은 위장 기능에 대한 일관된 평가를 용이하게 합니다. 둘째, 조직학적 염색 및 유세포 분석을 사용하여 조직 팽창, 면역 세포 증식 및 활성화를 평가할 수 있었고 POI5의 기저에 있는 염증 과정에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있었습니다.
문헌의 더 넓은 맥락에서, POI의 쥐 모델을 확립하는 것은 이 상태의 병태 생리학을 이해하는 것을 목표로 하는 연구의 확장에 기여합니다. 기초 과학과 임상 실습 간의 격차를 해소함으로써 전임상 모델은 POI6에 대한 새로운 치료 전략을 개발하는 데 중추적인 역할을 합니다. 또한 표준화된 동물 모델의 가용성은 여러 실험실에서 연구 결과의 재현성과 비교 가능성을 향상시킵니다. 그러나 이 POI 모델은 수술 절차 중 기계적 자극에 의존합니다. 다른 형태의 자극 유도 장폐색은 이 모델에 적합하지 않을 수 있습니다. 또한 연구자들은 이 모델을 사용하여 실험을 계획할 때 동물 복지 규정, 윤리적 고려 사항 및 자원 가용성과 같은 요소를 고려해야 합니다.
요약하면, POI의 쥐 모델의 도입은 이 쇠약해지는 상태에 대한 전임상 연구에서 주목할 만한 진전을 의미합니다. 또한 H&E 염색 및 유세포 분석을 사용하여 조직 부종과 면역 세포 증식 및 활성화를 평가했습니다. 쥐 POI 모델의 확립은 POI 메커니즘의 발견을 촉진하고 POI에 대한 새로운 치료법의 개발을 촉진할 것입니다.
동물 관리 및 실험 절차는 Guiding Principles in the Care and Use of Animals(중국)에 따라 수행되었으며 베이징 친선 병원 윤리 검토 위원회(NO. 20-2056)의 승인을 받았습니다. C57BL/6 마우스(8-12주령)를 사용하여 연구를 진행했습니다.
1. 수술 준비
2. 마취
3. 수술
4. 위장 통과 분석
5. 파라핀 끼워넣고는 및 hematoxylin와 eosin (HE) 염색
6. 면역 세포 분리 및 유세포 분석
이 프로토콜에서 POI는 임상 수술의 효과와 유사한 장 조작(IM)에 의해 외과적으로 유도되었습니다. 가짜 그룹에서는 IM 없이 절개가 이루어졌습니다. POI 마우스는 POI 수술 후 24시간 동안 가짜 대조군 마우스와 함께 희생되었습니다. 소화관의 중요한 기능인 내용물 전달 기능은 FITC-덱스트란의 위장에 의해 감지되었습니다. POI 모델은 소장의 근위부에서 FITC 강도가 증가했기 때문에 성공적인 것으로 간주되었습니다(그림 2B). 평균 GC는 IM의 통과 기능 장애를 정량화하고 작동의 일관성을 나타내기 위해 계산되었습니다(그림 2C).
HE 염색은 소화관의 여러 세그먼트의 형태를 나타냅니다(그림 3). 십이지장과 회장의 점막하층과 평활근층은 POI 유도 후 24시간 후에 부풀어 올랐습니다(그림 3A, B). 가짜 마우스와 비교했을 때, 십이지장을 염색한 결과 POI 마우스에서 면역 세포 침투가 증가한 것으로 나타났습니다(그림 3A).
다색 유세포 분석은 면역 세포의 비율, 상태 및 기능을 분석하기 위한 핵심 방법입니다. 장 조직을 콜라겐 분해 효소와 데옥시리보뉴클레아제로 소화하고 유세포 분석을 위해 단세포 현탁액으로 분리했습니다. 게이팅 전략은 LPL 중 CD3 T 세포 및 관련 하위 집단의 비율을 결정하는 데 사용되었습니다(그림 4A). POI 마우스에서는 활성화 및 부착 마커 CD69와 CD4 T 세포, CD8 T 세포 및 gd T 세포의 발현이 상향 조절됩니다(그림 4B)7. 마찬가지로, CD44+ PD-1+(활성화, 말단 분화 및 소진 마커) 하위 모집단의 비율은 증가하는 경향을 보였습니다(그림 4C)7. 림프구 외에도 IM 수술 후 골수성 세포 부분집합(호중구, 수지상 세포 및 대식세포)의 비율도 증가합니다(그림 4D)8.

그림 1: 수술 후 장폐색의 쥐 모델. (A) 수술 후 장폐색의 쥐 모델의 개략도. (B) 마취 및 면도 후 마우스 고정. (C) 절개 부위를 노출시키고 의료용 멸균 거즈로 덮었습니다. (D) 복부 절개를 통해 장관을 복강 밖으로 짜내어 멸균 거즈에 올려 노출시켰다. (E) 소장 전체를 축축한 멸균 면봉에 노출시켰다. (F) 근육층은 외과적 봉합사로 봉합되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 소화관 기능 평가를 위한 위장관 통과 분석법. 수술 후 22.5시간에 가짜 또는 POI 마우스에 FITC-덱스트란 용액을 주입하고 90분 후에 희생했습니다. (A) 소화관은 15개의 부분으로 나뉘고 생리학적 위치에 따라 번호가 매겨졌습니다. (B) 가짜 마우스와 POI 마우스의 소화관에서 나온 모든 분절의 FITC 강도. (C) 투여된 FITC-덱스트란의 기하학적 중심을 계산하여 바이올린 플롯으로 표시했습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: POI 마우스의 소장의 대표적인 HE 염색. 가짜 마우스와 POI 마우스의 (A) 십이지장과 (B) 회장의 단면을 염색하는 HE. 스케일 바: 100 μm 또는 25 μm(삽입 이미지 확대). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: POI 마우스의 소장 면역 세포에 대한 대표적인 유세포 분석. (A) 수술 24시간 후 POI 마우스의 소장 조직에서 T 세포 집단에 대한 유세포 분석 게이팅 전략. (B) 가짜 마우스와 POI 마우스의 소장에서 CD4 T 세포, CD8 T 세포 및 gd T 세포에서 T 세포 활성 마커 CD69+의 비율. (C) 가짜 마우스와 POI 마우스의 소장에서 CD4 T 세포, CD8 T 세포 및 gd T 세포 중 CD44+ PD-1+ 활성 마커의 비율. (D) 가짜 마우스와 POI 마우스의 소장에서 CD45+ 아쿠아 살아있는 면역 세포 중 호중구(Ly6G+, CD11b+), 수지상 세포(CD11c+, MHC-II+) 및 대식세포(CD11b+, F4/80+)의 비율. 각 패널의 숫자는 각 셀 유형의 백분율을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
수술의 성공은 몇 가지 중요한 단계에 달려 있습니다. 첫째, 장 벽내 수술(IM) 중 일관성을 유지하는 것은 소장에 대한 광범위한 손상을 유도하는 데 필수적입니다. IM 시술 중 가해지는 적절한 압력과 그에 따른 장에 대한 충혈 효과는 수술 성공에 매우 중요합니다. 면봉으로 문지른 후 소화관 전체가 분홍색으로 변하고 붉은 출혈 반점이 나타나는 것을 관찰한 것은 성공적인 수술의 지표가 되었습니다. 또한 수술 후 평균 GC 값이 약 5로 유지되는 것은 모델이 가짜 수술 마우스와 비교하여 성공적이었음을 나타냅니다. HE 염색에서 입증된 바와 같이 점막하 조직 부종과 면역 세포 침투에 대한 현미경 검사도 POI의 중증도를 검증하는 데 중요한 단계로 작용합니다.
결과를 최적화하거나 발생한 문제를 해결하기 위해 프로토콜 수정이 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 장 상피의 형태학적 변화를 정확하게 나타내기 위해서는 Carnoy의 고정제를 사용하여 장 조직과 그 내용물을 삽입하는 것이 좋습니다9. 이 고유한 포매팅 프로토콜은 조직 형태를 보존하는 데 필수적인 빠른 고정을 보장합니다. 그러나 연구자의 목표가 상피 또는 얇은 판 propria에 초점을 맞추는 경우 장 조직 제제의 왁스 포매를 위해 개선된 스위스 압연 기술을 사용하는 것이 좋습니다10. 이 기술은 장 조직의 사이공간을 압축하고 융모의 일관된 방향을 보장하여 하나의 왁스 포매 샘플에 전체 소장을 쉽게 포매할 수 있도록 합니다.
유용성에도 불구하고 프로토콜에는 한계가 있습니다. 한 가지 한계는 동물 모델에 의존한다는 것인데, 이는 인간 병태생리학의 복잡성을 완전히 복제하지 못할 수 있습니다. 또한 수술 기법과 개별 마우스 반응의 차이로 인해 결과에 변동성이 발생할 수 있습니다. 최근 연구에 따르면 일관된 연산자를 사용하는 것은 연산자 의존적 변동성을 줄이는 데 중요한 원칙입니다. 더욱이, Van 등은 장에 특정 무게를 가할 수 있는 자체 제작 장치를 도입하여 서로 다른 마우스11에 걸쳐 IM에 대한 일관된 압력을 보장합니다. 이 접근 방식은 실제로 모델의 일관성을 유지하는 데 유용한 것으로 입증되었습니다.
이 프로토콜은 마우스에서 IM 수술을 통해 POI를 유도하기 위한 표준화된 방법을 제공함으로써 이 분야에 대한 귀중한 기여를 나타냅니다. 이 프로토콜은 중요한 단계를 설명하고 조직 포매 및 면역 세포 분리에 대한 수정 사항을 제공함으로써 POI 모델링의 재현성과 신뢰성을 향상시킵니다. 면역 세포 분석을 위해 유세포 분석 7,8을 활용하면 POI 발병의 기저에 있는 면역 반응을 포괄적으로 조사할 수 있으며, 기존 기술을 보완하고 이 복잡한 증후군에 대한 이해를 확장할 수 있습니다.
여기에 제시된 프로토콜은 POI를 이해하고 치료하는 데 초점을 맞춘 향후 전임상 연구에 대한 약속을 제시합니다. 수술 기법을 개선하고 조직 처리 방법을 최적화함으로써 연구자들은 POI 발달의 기저에 있는 메커니즘을 추가로 탐색하고 새로운 치료 표적을 식별할 수 있습니다. 또한 프로토콜과 유세포 분석의 호환성은 심층적인 면역 프로파일링을 가능하게 하여 POI 증상 완화를 목표로 하는 면역 조절 중재를 조사할 수 있는 길을 열어줍니다. 전반적으로 이 프로토콜은 POI에 대한 지식을 발전시키고 환자 결과를 개선하기 위한 표적 치료 전략을 개발하기 위한 토대를 마련합니다.
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동물 치료를 제공해 주신 실험동물센터(Laboratory Animal Center), 베이징 임상연구소(Beijing Clinical Research Institute), 베이징 우정병원(Beijing Friendship Hospital)에 감사드립니다. 이 연구는 국가핵심기술 R&D 프로그램(No. 2015BAI13B09), 베이징자연과학재단(No. 7232035), 중국국가자연과학재단(No. 82171823, 82374190), 베이징 친선병원 저명한 젊은 학자(No. yyqcjh2022-4)의 지원을 받았다.
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