이 프로토콜은 낭염의 쥐 모델을 확립하는 방법을 설명합니다. 회장낭 모델은 미세수술 기법을 사용하여 회장낭-항문 문합(IPAA) 수술을 수행하여 만들어졌습니다. 수술 후, 쥐는 4 일 동안 4 % 덱스트란 설페이트 나트륨 (DSS)으로 치료되었습니다.
방법 논문
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이 프로토콜은 낭염의 쥐 모델을 확립하는 방법을 설명합니다. 회장낭 모델은 미세수술 기법을 사용하여 회장낭-항문 문합(IPAA) 수술을 수행하여 만들어졌습니다. 수술 후, 쥐는 4 일 동안 4 % 덱스트란 설페이트 나트륨 (DSS)으로 치료되었습니다.
궤양성 대장염(UC)은 만성 면역 매개 질환으로 결장과 직장 전체에 재발 및 완화 과정에 영향을 미쳐 평생 질병을 유발합니다. 의학적 치료가 효과적이지 않을 때, 특히 대규모 위장관 출혈, 천공, 독성 거대결장 또는 발암의 경우 수술이 UC를 치료하기 위한 마지막 방어선이 됩니다. 결장 직장 전절제술과 회장낭-항문 문합술(IPAA)은 장기 치료를 위한 가장 좋은 기회를 제공합니다. 낭염은 가장 흔하고 골칫거리인 수술 후 합병증입니다. 이 연구에서는 IPAA 수술을 통해 실험용 쥐에서 회장 주머니 모델을 만들기 위해 미세 수술을 사용합니다. 그 후, 덱스트란 설페이트 나트륨(dextran sulfate súdcal, DSS)으로 회장낭의 염증을 유도하여 낭염의 지속적인 쥐 모델을 확립합니다. 쥐낭염의 성공적인 확립은 수술 후 전반적인 상태, 체중, 음식 및 수분 섭취량, 분변 데이터, 주머니 조직 병리학, 면역조직화학, 염증 인자 분석 등을 통해 검증되었습니다. 이 낭염의 실험 동물 모델은 질환의 발병 기전 및 치료를 연구하기 위한 기초를 제공합니다.
낭염은 회장낭에 영향을 미치는 비특이적 염증으로, 궤양성 대장염(UC)이 있는 개인에서 전체 직장 절제술 및 회장낭-항문 문합술(IPAA) 후 흔히 발생하는 합병증입니다1,2,3. 이 질환은 최대 50%의 비교적 높은 발생률을 보이며 설사, 복통, 분변 출혈, 발열 등 다양한 임상 증상을 유발할 수 있습니다. 낭염의 정확한 원인은 아직 밝혀지지 않았지만, 일부 연구자들은 낭 세균총의 변화가 면역 활성화와 그에 따른 염증을 유발할 수 있다고 생각합니다 4,5,6,7.
낭염에 대한 임상시험 수행과 관련된 어려움으로 인해 동물 모델은 낭염 약물 및 메커니즘을 연구하는 데 유용한 도구가 될 수 있습니다. 쥐 회장 주머니 생성에 대한 우려가 커지고 있으며, 염증 가능성이 있다는 보고가 있다8. 그러나 이 분야의 연구는 명확한 지침 9,10이 없는 제조 공정의 복잡한 특성으로 인해 여전히 드물게 남아 있습니다. 1998년, Lichtman은 Lewis 랫과 Sprague-Dawley(SD) 랫에서 전체 결장 절제술을 시행하여 회장 주머니 모델을 최초로 확립했습니다11. 그들은 대식세포 침투, 점막 궤양, 그리고 이 쥐의 장 내 혐기성 세균총의 증가를 관찰했으며, 이는 회장낭 염증에 대한 추가 연구를 위한 견고한 기초를 제공했습니다. 쥐 주머니염에 대한 이 실험 모델은 인간 주머니염에서 관찰되는 신체적 징후와 기본 메커니즘을 밀접하게 모방합니다.
일반적으로 적용되는 전임상 궤양성 대장염 모델에는 DSS 및 TNBS 모델이 포함됩니다. 유도 화학물질인 2,4,6-트리니트로벤젠 술폰산(TNBS)은 일반적으로 크론병을 시뮬레이션한다12. 효능, 안전성 프로필 및 경제성으로 존경받는 DSS 모델은 관찰된 명백한 증상으로 인해 UC 유도를 위한 신뢰할 수 있는 도구로 자주 사용됩니다. 주머니 조직의 집락화를 감안할 때, DSS13,14를 사용하여 낭염 모델을 성공적으로 유도했습니다.
본 연구에서는 미세수술을 사용하여 IPAA 수술을 통해 실험용 쥐에서 회장낭 모델을 성공적으로 생성했습니다. 그 후, DSS로 회장낭의 염증을 유도하여 지속적인 쥐주머니염 모델을 확립하였다. 수술 중 정확성은 성공적인 모델 형성에 필수적이며 수술 후 관리도 중요합니다. 이 모델은 낭염의 발병 기전을 조사하고, 잠재적인 치료제를 평가하고, 이 복잡한 상태에 대한 이해를 높이는 데 사용할 수 있습니다. 이 연구는 회장 주머니 제조 절차를 간소화하여 수술 시간을 줄이고 효율성을 높임으로써 수술 후 주머니 질환에 대한 기초 연구를 위한 강력한 기반을 구축합니다.
모든 동물실험은 천진의과대학 종합병원 윤리위원회의 방침에 따라 진행되었습니다. 이 연구에는 약 320-360g의 체중이 나가는 9주에서 12주 사이의 수컷 Sprague-Dawley 쥐가 사용되었습니다. 사용된 시약 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 동물 선택 및 유지 관리
2. 수술 전 준비
3. 쥐 회장 주머니 모델 확립
4. DSS를 이용한 쥐회장낭염 모델 구축
5. 조직학적 분석
6. 면역조직화학적 분석
7. ELISA 테스트
설립 후 회장낭 모델 쥐의 일반 상태 평가
시술자가 IPAA 수술 학습 곡선을 통과한 후, 쥐는 수술 시간이 192.94분± 27.15분으로 수술을 잘 견뎌냈고 수술 후 합병증이 덜 발생했습니다. 수술 후 초기 기간 동안 쥐는 식이 섭취량이 감소했지만 수술 후 10일에서 14일 이내에 수술 전 식욕이 회복되었습니다. 수술 후 초기의 활동은 약간 감소하였고, 눈과 코에서 뚜렷한 분비물이 나오지 않았다. 수술 전후 체중 감량은 21.17g ± 1.59g이었다. 수술 후 초기 체중은 최대 69.58g ± 33.19g으로 감소 추세를 보였다. 수술 후 8.25일째± 2.53일째부터 안정적인 성장이 시작되었고, 수술 후 31일째 에는 수술 다음날 체중의 9.35%± 4.7%를 초과하였습니다. 쥐는 수술 후 24시간 이내에 배변을 할 수 있었으며, 묽은 변은 있었지만 혈변은 없었다. 무른 변의 형성은 수술 후 9일에서 12일째 에 발생했습니다.
회장낭의 보상적 증가
수술 후 35일째 되는 날, 마취하에 쥐의 복강을 열었고 회장낭과 골반강 사이에 심각한 유착이 드러났습니다. 주머니와 주변 조직 사이의 유착을 조심스럽게 분리한 후 회장낭의 보상적 확대, 장 벽의 두꺼워짐 및 원위 소장의 경미한 팽창이 관찰되었습니다(그림 1). 수술 당시 회장낭의 길이는 2.89cm ± 0.28cm였으나, 수술 후 35일째 되는 날에는 3.86cm ± 0.87cm로 P= 0.000의 유의한 통계적 차이를 보였다. 회장낭의 점막 면적(cm2)도 수술적 측정치에 비해 유의하게 증가했다(6.46 ± 0.85 vs. 17.02 ± 4.61, P =0.000). IPAA 투여군과 회장낭염 투여군 간에 유의한 차이는 없었다(P > 0.05).
회장낭염이 있는 쥐의 일반 상태 평가 및 대변 점수
수술 후 31일째 되는 날, 회장낭염 그룹에 DSS를 투여했습니다. 투여 초기에는 IPAA 투여군과 회장낭염 투여군 모두 체중이 같았으며(352.00g ± 30.03g 대 352.00g ± 25.92g, P=1) 대체로 양호한 상태였다. 그러나 회장낭염 그룹에서 섭취하는 음식과 물의 양이 감소하여 정신적 피로, 모발 풍성, 눈과 코의 분비물, 운동성 저하 등이 나타났으며, IPAA 그룹에서는 유의한 변화가 관찰되지 않았다. 수술 후 35일째 되는 날, 회장낭염 그룹의 체중은 IPAA 그룹보다 유의하게 낮았다(322.83g ± 29.24g vs. 364.83g ± 30.13g, P=0.028).
회장낭염 환자는 DSS 투여 후 첫째 날에 상당한 설사를 경험하였고, DSS 투여 후 둘째 날에는 점액, 고름 및 혈변이 있었다(그림 3). 수술 후 35일째 되는 날, IPAA 그룹과 회장낭염 그룹의 대변 점수는 각각11 점이었다(4.33 ± 0.82 대 2.17 ± 0.75, P =0.001). IPAA 그룹 쥐는 깨끗하고 오염되지 않은 항문을 가진 반면, 회장낭염 쥐는 항문이 부풀어 오르고 점액, 고름, 피가 섞인 대변이 부착되었습니다.
회장낭의 조직병리학적 변화
회장낭 표본의 거시적 관찰
IPAA 그룹에서는 회장낭의 장벽이 두꺼워졌고 미란, 궤양 또는 출혈점이 관찰되지 않았습니다. 회장낭염 그룹에서는 장간막의 혈관이 두꺼워지고 회장낭의 점막에 광범위한 또는 국소적으로 염증이 생기며 눈에 띄는 미란, 궤양 및 출혈점이 나타나며, 그 중 일부는 상당한 원위 소장 확장을 동반합니다(그림 4).
회장낭 조직의 현미경 관찰
IPAA 쥐 그룹에서는 주머니 조직의 일부 장 융모 끝이 뭉툭해지고 소량의 호중구 침윤이 동반되었으며 때때로 점막 표면에서 소량의 삼출물이 관찰되었습니다.
대조적으로, 회장낭염 그룹에 속한 쥐의 회장낭 조직에서 장 융모의 배열은 극도로 무질서했다. 일부 장 융모가 결손되었고, 근육층을 침범하지 않고도 광범위한 미란과 여러 개의 반점성 궤양이 보였다. 이로 인해 많은 수의 호중구와 림프구 침윤, 과도한 삼출물, 눈에 띄는 분뇨관 염증이 동반되었습니다. 회장낭염 그룹에서 회장낭 조직의 병리학적 점수는 IPAA 그룹보다 유의하게 높았으며, 유의한 통계적 차이가 관찰되었다(8.50 ± 1.76 대 1.33 ± 0.52, P =0.000)(그림 5).
장 장벽 기능성 단백질 오클루딘(occludin)의 발현 수준
장 장벽의 중요한 기능성 단백질인 오클루딘(Occludin)은 쥐의 IPAA 및 회장낭염 그룹 모두에서 회장낭 조직의 세포막에서 발현된다11. 그러나 회장낭염 그룹에서 오클루딘 단백질의 발현 수준은 IPAA 그룹보다 유의하게 낮았습니다(0.25 ± 0.03 대 0.15 ± 0.02, P =0.000)(그림 6).
회장낭의 염증 인자 검출
회장낭염 그룹의 쥐의 회장낭 조직에서 IL-6, IL-17, TNF-α 및 INF-γ의 발현 수준은 IPAA 그룹의 발현 수준보다 유의하게 높았습니다(ELISA 테스트16에 의해 결정됨). 반대로, IL-10은 통계적 차이가 관찰되는 등 정반대의 결과를 보였다(P =0.000)(표 1).

그림 1: 회장낭의 상태. 화살표는 (A) 수술 당시의 회장 주머니와 (B) 수술 후 35일째 (검체 채취 중)의 회장 주머니의 보상적 확대를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: IPAA 수술 후 쥐의 체중 변화 추세. 오차 막대는 각 그룹의 표준 편차 n = 6과 관련이 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 쥐의 배설물 사진. (A) IPAA 그룹. (B) 회장낭염 그룹. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 회장낭 표본의 거시적 관찰. (A) IPAA 그룹. (B) 회장낭염 그룹. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 쥐 회장 주머니 조직의 병리학적 변화. (A) IPAA 그룹. (B) 회장낭염 그룹. 스케일 바: 60 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 쥐의 회장 주머니 조직에서 오클루딘 단백질 발현의 면역조직화학적 검출. (A) IPAA 그룹. (B) 회장낭염 그룹. 스케일 바: 60 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 그룹 | n | 일리노이-6 | 일-10 | 일-17 | TNF-α | INF-γ |
| IPAA 그룹 | 6 | 2.60 ± 0.36 | 5.81 ± 0.66 | 17.48 ± 4.81 | 86.94 ± 24.06 | 4.08 ± 0.56 |
| 낭염 그룹 | 6 | 6.94 ± 1.18 | 2.77 ± 0.60 | 34.82 ± 2.41 | 213.00 ± 26.11 | 9.67 ± 1.70 |
| P | 0 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 |
표 1: 쥐의 회장 주머니 조직에서 염증 인자의 발현 수준(pg/mL).
궤양성 대장염(UC)은 재발성 상복부 통증, 설사, 점액 혈변을 특징으로 하는 만성 장 염증입니다. 주로 직장에 영향을 미치며 다양한 정도로 진행성 결장을 포함할 수 있습니다. 수술은 UC 17,18,19 관리에 중요한 역할을 합니다. Parks et al.20이 1978년 회장낭-항문 문합술(IPAA)을 이용한 전체 결장 절제술을 도입하여 변형된 조직을 제거하고 장 연속성을 회복하기 위해 이 수술은 UC의 외과적 치료의 국제 표준이 되었습니다. 파우치의 염증성 질환은 IPAA 수술 후 가장 흔한 합병증입니다.
낭염에 대한 임상 시험을 수행하는 데 직면한 어려움으로 인해 동물 모델은 낭염과 관련된 약물 및 메커니즘을 연구하기 위한 보완 실험으로 사용되었습니다. 1998년, Lichtman 등[11 ]은 대장을 완전히 제거하고 주머니를 직장에 다시 연결하는 쥐 모델을 개발했습니다. 이 모델은 수술 후 4주 이내에 단핵 세포 침윤, 발광 삼출, 점막 궤양 및 장액 염증과 같은 염증 징후를 보였습니다. 염증 수준은 주머니 내 박테리아 수 증가와 상관관계가 있었으며 뚜렷한 숙주 유전적 감수성을 관찰할 수 있었습니다. 2002년, Shebani 등[21 ]은 SDD를 통해 IPAA 수술용 쥐 모델을 성공적으로 구축하여 낭염을 효과적으로 유도했습니다. 이 모델은 낭염의 발병 기전을 연구하기 위해 동물을 사용하는 효능을 확인했으며 낭염에 대한 기초 연구를 위한 강력한 실험 플랫폼을 제공했습니다. 그들은 또한 인간과 설치류 저장소 모두에서 풍부한 박테리아 성장의 유사한 패턴을 식별하여 장내 박테리아 불균형을 조사하고 주머니염과 관련된 잠재적 병원체를 식별하는 데 유용함을 검증했습니다.
쥐 먹이기 및 IPAA 수술 모델링에 대한 이전 경험을 바탕으로 학습 곡선을 약 10개 과목으로 압축하는 것이 가능합니다. 이 과정에서 중요한 단계는 J 파우치의 구성 및 문합입니다. 생쥐의 장이 상대적으로 가늘다는 점을 감안할 때, 8-0 봉합사에는 봉합사가 사용되었습니다. 연속 잠금 봉합사와 Connel 스티치는 파우치의 후방 벽과 전방 벽의 봉합사에 별도로 사용되었습니다. 주머니와 항문관 문합술을 하는 동안 경사면을 만드는 것은 직장 그루터기를 예로 들어 문합 부위의 협착을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 처음에는 문합 부위의 양쪽에 두 바늘을 꿰맨 다음 연속 잠금 봉합사를 진행하여 후방 및 전방 벽을 개별적으로 봉합하면 문합의 무결성을 보장하고 수술 시간을 단축할 수 있습니다.
수술 후 관리는 성공적인 모델링에도 중추적인 역할을 합니다. 수술 후 72시간의 금식 기간은 장폐색의 발생을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 반면에, 초기의 적당한 액체 식단은 생쥐의 영양 및 수분 요구량을 보장할 수 있습니다. 학습 곡선을 마스터한 후 외과의는 모델 설정에서 보다 효율적이고 일관된 성공률을 달성할 수 있습니다.
이 연구는 이러한 기반을 바탕으로 예비 탐색 및 개선을 통해 미세 수술을 사용하여 쥐 회장 주머니 모델을 성공적으로 확립했습니다. 그런 다음 이 모델을 사용하여 주머니 염증 및 장 장벽 지표의 상태를 조사했습니다. 그 결과, 쥐가 DSS에 노출된 후 혈변, 설사, 체중 감소와 같은 눈에 띄는 증상을 보였다는 것을 보여주었습니다. 이로 인해 주머니 점막 부종 및 미란, 조직병리학적 점수에 나타난 바와 같이 염증이 발생하고, 인터루킨-6(IL-6), IL-17, 종양괴사인자-알파(TNF-α), 인터페론-감마(INF-γ)를 포함한 전염증 인자 수치가 증가했으며, 항염증 인자인 인터루킨-10(IL-10)의 수치도 감소했습니다. 또한, 장 장벽 지표인 오클루딘(occludin)의 단백질 발현이 감소했다. 이러한 발견은 이전 연구11 과 일치하며 쥐 낭염 모델의 성공적인 확립을 확인시켜주며 후속 약물 및 메커니즘 연구를 위한 견고한 플랫폼을 제공합니다.
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