여기서는 페럿 모델에서 블레오마이신 유발 폐섬유증의 특성을 정량적으로 평가하기 위해 마이크로 CT를 사용하는 프로토콜을 제시합니다. 이 페럿 모델은 폐섬유증 이해와 새로운 치료법 시험에 있어 강력한 중개 가능성을 보여줍니다.
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여기서는 페럿 모델에서 블레오마이신 유발 폐섬유증의 특성을 정량적으로 평가하기 위해 마이크로 CT를 사용하는 프로토콜을 제시합니다. 이 페럿 모델은 폐섬유증 이해와 새로운 치료법 시험에 있어 강력한 중개 가능성을 보여줍니다.
폐섬유증(PF)은 반복적인 폐포 손상으로 인해 실질이 두꺼워지고 흉터가 형성되며 호흡 장애를 겪는 만성적이고 진행성 폐 질환입니다. 현재 설치류 모델, 특히 블레오마이신(BLEO)을 사용하는 모델들은 호흡성 기관지의 부재와 같은 해부학적 차이로 인해 인간 특발성 폐섬유증(IPF)과의 번역 관련 성격이 제한적입니다. 이 한계를 해결하기 위해, 우리는 인간과 유사한 호흡 기관지를 가진 페럿의 폐섬유증 대형 동물 모델을 개발했습니다. 3개월 된 야생 페럿은 기관 내 BLEO 주입을 받았습니다. 폐는 치료 후 8주 후에 적취하여 마이크로 컴퓨터 단층촬영(micro-CT) 및 조직학적 평가를 실시하였다. 다중 검출기 CT(MDCT)의 공간 해상도가 제한되어 페럿 작은 기도를 시각화할 수 있었기 때문에, 적절 폐는 마이크로 CT 스캐너를 사용해 통제된 기도 압력(0 cmH2O 및 25 cmH2O)에서 외부 체외 영상으로 촬영하여 구기 및 흡기 상태를 시뮬레이션했습니다.
마이크로 CT 영상 검사에서 정상 및 BLEO 처리된 페럿 폐 사이에 뚜렷한 구조적 차이가 확인되었습니다. 정상 폐는 감쇠가 낮고 구조가 보존된 반면, BLEO 처리된 폐는 섬유증과 일치하는 현저히 증가한 감쇠를 보였다. 인간 섬유화성 폐질환의 특징인 낭포 공간이 있는 벌집 모양, 두꺼워진 간중격, 초기 섬유화 또는 염증성 변화를 나타내는 갈마 불투명 등이 명확히 나타났다. 정량적 마이크로 CT 분석을 통해 BLEO 처리된 페럿 폐의 기도는 두 압력 모두에서 요골 확장, 종방향 신축, 부피 변화가 유의미하게 감소하는 것으로 관찰되었습니다. 더 나아가, 세대별 매칭 분석에서는 시각적으로 섬유화가 보이는 부위의 기도벽이 유의미하게 두꺼워진 것으로 나타났습니다. 조직학적 평가, 특히 마송의 삼색 염색 결과, 광범위한 콜라겐 침착과 섬유화가 확인되었다.
이 연구는 BLEO 처리된 페럿이 인간 폐섬유증과 유사한 방사선학적, 기계적 및 조직병리학적 특징을 발현함을 보여줍니다. 더 나아가, 마이크로 CT는 섬유화 분포, 기도 역학, 폐 용적 변화를 고해상도로 평가할 수 있게 합니다. 이 발견들은 족제비가 PF 발병 기전 연구와 새로운 치료 전략 평가를 위한 번역 모델로서의 잠재력을 강조합니다.
폐섬유증(PF)은 반복적인 치포 손상이 실질성 비후, 섬유화, 진행성 호흡 기능 장애를 유발하는 만성적이고 진행성 간질성 폐 질환입니다. 폐섬유증은 약물, 환경 독소, 감염, 기저 자가면역 질환 등 다양한 노출로 유발될 수 있으며, 특발성 1도있습니다. 특발성 폐섬유증(IPF) 환자를 위해 질병 진행을 늦추기 위한 약물이 개발되었지만, 폐섬유증은 진단 후 3–5년의 생존율로 1,2번 질환은 여전히 불치병입니다. 대부분의 경우, 유일한 확실한 치료법은 폐 이식입니다; 따라서 새롭고 더 효과적인 치료법 개발이 시급히 필요합니다.
블레오마이신은 인간에게 악성 종양 치료에 흔히 사용되는 약물입니다; 하지만 폐 독성으로 인해 사용이 제한되며, 이는 빠르게 폐섬유증3단계로 진행될 수 있습니다. 이 부작용이 발견된 후, 블레오마이신은 폐섬유증의 동물 모델 개발을 위한 연구에 사용되었습니다. 마우스는 IV 및 기관내 삽입 등 다양한 블레오마이신 투여 방법으로 일반적으로 사용되어 왔습니다. 섬유화가 이 모델들에서 발달하지만, 인간에서 관찰되는 폐섬유증의 모든 주요 특징을 모두 포함하지는 않습니다8. 폐섬유증의 설치류 모델은 벌집 낭종 형성과 원위 폐포9의 기관지화를 포함한 진행성 질환의 주요 특징을 반영하지 못합니다. 또한, 연구에 따르면 블레오마이신 유발 폐 손상은 설치류에서 블레오마이신 치료 후 약 28일 후에 자연적으로 회복되기 시작하는 것으로 나타났습니다. 또한, 이 모델들에서 섬유증 억제를 입증한 약물들은 인간에게서 동일한 효과를 보이지 않아 치료 선택지가 제한되었습니다11.
국내 페럿(Mustela putorius furo)은 해부학적으로 인간호흡기계와 유사하기 때문에 호흡기 생의학 연구에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 또한, 이들은 인간을 감염시키는 호흡기 융합 바이러스(RSV)와 인플루엔자 등 유사한 호흡기 병원체에 취약하여 생리학적 유사성을 보입니다12. 블레오마이신의 페럿 모델은 기관지화, 섬유화 초점 형성, 그리고 이상 기둥 유사 세포(KRT7+/KRT17+/KRT5–/TP63+)의 존재를 보여준다9. 블레오마이신 단일 투여는 페럿에게 지속적인 폐섬유증을 유발했으며, 제한적 생리학과 섬유화성 폐 이상이 최소 22주 이상 지속되었습니다13. 이 발견은 광범위하게 사용되는 마우스 블레오마이신 모델과는 상당히 다릅니다. 블레오마이신은 섬유증이 일반적으로 자율적으로 발생하며 약 28일 후에 해결되기 시작하고, 6주에서 8주 정도 지나면 상당한 퇴행이 일어나므로, 페럿 모델이 인간 폐섬유증의 만성적이고 진행적인 특성을 더 잘 재현할 수 있음을 시사합니다. 더불어, 페럿은 최근에는 인간과 유사하기 때문에 호흡기에 가장 흔히 영향을 미치는 전신 질환인 낭포성 섬유증 연구에 활용되고있습니다. 따라서 이 동물들은 이전 설치류 모델보다 PF의 더 나은 모델이 될 수 있습니다.
이번 연구는 인간 상태와 더 유사한 폐섬유증의 동물 모델을 개발하는 것을 목표로 했습니다. 우리는 가정용 페럿에게 기관내 블레오마이신을 투여했습니다. 8주 후, 이 페럿들은 폐섬유증 환자 인간과 유사한 방사선 및 조직학적 변화를 보였습니다.
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모든 동물 시술은 미시간 주립대학교의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 지침과 규정에 따라 수행되었습니다(동물 프로토콜 승인 번호). PROTO202300066). 동물 관리 및 실험 프로토콜은 미시간 주립대학교에서 승인받았으며, 연구에서 동물의 윤리적 사용에 관한 기관 기준을 준수하였습니다.
1. 페럿에 대한 기관지경 주입 블레오마이신
2. 페럿 폐의 고해상도 마이크로 CT 영상
3. 이미지 처리 및 세분화
(1)
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5마리 페럿 중 1마리의 건강한 페럿과 1마리의 섬유화된 페럿에서 적출된 폐는 마이크로 CT 스캐너로 각각 0 cmH2O 및 25 cmH2O의 통제된 기도 압력으로 촬영하여 인기성 폐 팽창과 흡기 폐 팽창을 시뮬레이션하였습니다.
그림 1은 0 cmH2O 압력에서 체외 내 페럿 폐의 마이크로 CT 영상(그림 1A)을 위한 영상 처리 파이프라인의 중간 결과를 보여줍니다. 그림 1B는 절제된 페럿 폐를 0 cmH2O로 부풀린 마이크로 CT 이미지에서 반복 간 기도 트리 부피 분할과 해당 임계값 매개변수의 중간 결과를 보여줍니다....
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본 연구는 페럿에서 기관내 블레오마이신 투여와 고해상도 체외 미세 컴퓨터 단층촬영(micro-CT)을 결합하여 폐섬유증의 구조적·기계적 특징을 특성화하는 프로토콜을 설명합니다. 마이크로 CT는 0.2mm까지 작은 기도도 감지할 수 있으며, 부피, 기도 두께, 밀도, 형태를 측정할 수 있습니다. 조직 밀도 증가, 부피 손실, 지역적 이질성은 조직병리학과 밀접하게 연관되어 있습니다. 주요 목표는 이 대형 동물 모델과 고급 영상 분석이 결합하여 인간 폐섬유증과 유사한 방사선학, 기도 및 조직병리학적 특징을 포착할 수 있음을 입증하고 실현 가능성을 입증하는 것이었습니다. 프로토콜의 여러 단계는 재현성과 해석 가능성을 위해 매우 중요합니다. 첫째, 기관지경 유도 기관내 블레오마이신 주입은 폐 노출을 가능하게 하면서 근위기 기도 고수를 최소화하는데, 이는 소동물 모델에서 알려진 한계 4,7,11
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MATK는 2024년 5월 입원 COVID-19 환자를 위한 IMV/ECMO 자문위원회에 참여하기 위해 InflaRx로부터 컨설턴트로 보상금을 받았습니다. 이 수수료들은 코어웰 헬스 재단에 기부되었습니다.
저자들은 이 논문의 연구, 저자 자격 및/또는 출판을 위해 재정적 지원을 받았다고 주장합니다. 이 연구의 자금은 R01 HL153165-01A1(X.P.L.에 지원)과 헬렌 드보스 아동병원 소아과 연구 기금의 보조금으로 부분적으로 제공되었습니다.
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