To badanie opisuje udane wygenerowanie nowego modelu zwierzęcego przewlekłej obturacyjnej choroby płuc (POChP) poprzez wielokrotne wystawianie myszy na działanie wysokich stężeń ozonu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
To badanie opisuje udane wygenerowanie nowego modelu zwierzęcego przewlekłej obturacyjnej choroby płuc (POChP) poprzez wielokrotne wystawianie myszy na działanie wysokich stężeń ozonu.
Przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP) charakteryzuje się uporczywym ograniczeniem przepływu powietrza i niszczeniem miąższu płuc. Występuje bardzo często w starzejących się społeczeństwach. Obecne konwencjonalne terapie POChP koncentrują się głównie na lekach modyfikujących objawy; W związku z tym pilnie potrzebne jest opracowanie nowych terapii. Kwalifikowane modele zwierzęce POChP mogą pomóc w scharakteryzowaniu mechanizmów leżących u podstaw POChP i mogą być wykorzystane do badań przesiewowych nowych leków. Obecne modele POChP, takie jak lipopolisacharyd (LPS) lub model rozedmy płuc wywołanej elastazą trzustkową świń (PPE), generują zmiany podobne do POChP w płucach i drogach oddechowych, ale poza tym nie przypominają patogenezy POChP u ludzi. Model wywołany dymem papierosowym (CS) pozostaje jednym z najpopularniejszych, ponieważ nie tylko symuluje zmiany podobne do POChP w układzie oddechowym, ale także opiera się na jednym z głównych materiałów niebezpiecznych, które powodują POChP u ludzi. Jednak czasochłonne i pracochłonne aspekty modelu indukowanego przez CS znacznie ograniczają jego zastosowanie w badaniach przesiewowych nowych leków. W tym badaniu udało nam się wygenerować nowy model POChP, wystawiając myszy na wysoki poziom ozonu. Model ten wykazał, co następuje: 1) zmniejszona natężona objętość wydechowa 25, 50 i 75 / natężona pojemność życiowa (FEV25 / FVC, FEV50 / FVC i FEV75 / FVC), co wskazuje na pogorszenie czynności płuc; 2) powiększone pęcherzyki płucne, ze zniszczeniem miąższu płuc; 3) skrócenie czasu zmęczenia i dystansu; i 4) zwiększony stan zapalny. Podsumowując, dane te pokazują, że model narażenia na ozon (OE) jest wiarygodnym modelem zwierzęcym, który jest podobny do człowieka, ponieważ nadmierna ekspozycja na ozon jest jednym z czynników etiologicznych POChP. Dodatkowo, w oparciu o nasze wcześniejsze prace, stworzenie modelu OE zajęło tylko 6-8 tygodni, podczas gdy potrzeba 3-12 miesięcy na wywołanie modelu dymu papierosowego, co wskazuje, że model OE może być dobrym wyborem do badań nad POChP.
Oszacowano, że POChP, w tym rozedma płuc i przewlekłe zapalenie oskrzeli, może być trzecią najczęstszą przyczyną zgonów na świecie w 2020 roku1,2. Potencjalna częstość występowania POChP w populacji powyżej 40 roku życia szacowana jest na 12,7% u mężczyzn i 8,3% u kobiet w ciągu najbliższych 40 lat3. Obecnie nie są dostępne żadne leki, które mogłyby odwrócić postępujące pogorszenie stanu zdrowia u pacjentów z POChP4. Wiarygodne modele zwierzęce POChP nie tylko wymagają naśladowania procesu patologicznego choroby, ale także wymagają krótkiego okresu pokoleniowego. Obecne modele POChP, w tym LPS lub model indukowany przez PPE, mogą wywoływać objawy podobne do rozedmy płuc5,6. Jednorazowe podanie lub tygodniowa prowokacja LPS lub PPE myszom lub szczurom powoduje wyraźną neutrofilię w płynie z płukania oskrzelowo-pęcherzykowego (BALF), zwiększa mediatory prozapalne (np. TNF-α i IL-1β) w BALF lub surowicy, wytwarza powiększone przestrzenie powietrzne w postaci zniszczenia miąższu płuc i ogranicza przepływ powietrza5,6,7,8,9,10. Jednak LPS lub PPE nie są przyczynami POChP u ludzi, a zatem nie naśladują procesu patologicznego11. Model indukowany przez CS spowodował trwałe ograniczenie przepływu powietrza, zniszczenie miąższu płuc i zmniejszoną funkcjonalną wydolność wysiłkową. Jednak tradycyjny protokół CS wymaga co najmniej 3 miesięcy na wygenerowanie modelu POChP12,13,14,15. Dlatego ważne jest, aby wygenerować nowy, bardziej wydajny model zwierzęcy, który spełnia te dwa wymagania.
Ostatnio, oprócz palenia papierosów, zanieczyszczenie powietrza i narażenie zawodowe stały się częstszymi przyczynami POChP16,17,18. Ozon, jako jedno z głównych zanieczyszczeń (choć nie główny składnik zanieczyszczenia powietrza), może bezpośrednio reagować z drogami oddechowymi i uszkadzać tkankę płucną zarówno dzieci, jak i młodych dorosłych19,20,21,22,23,24,25. Ozon, a także inne stymulatory, w tym LPS, PPE i CS, są zaangażowane w poważne biochemiczne szlaki stresu oksydacyjnego płuc i uszkodzenia DNA oraz są związane z inicjacją i promocją POChP26,27. Innym czynnikiem jest to, że objawy u niektórych pacjentów z POChP pogarszają się po ekspozycji na ozon, co wskazuje, że ozon może zaburzać czynność płuc18,28,29. Dlatego wygenerowaliśmy nowy model POChP, wielokrotnie wystawiając myszy na działanie wysokich stężeń ozonu przez 7 tygodni; Spowodowało to wady przepływu powietrza i uszkodzenie miąższu płuc podobne do tych z poprzednich badań30,31,32. W tym badaniu rozszerzyliśmy protokół OE na samice myszy i z powodzeniem odtworzyliśmy rozedmę płuc zaobserwowaną u samców myszy w naszych poprzednich badaniach30,31,32. Ponieważ śmiertelność z powodu POChP zmniejszyła się u mężczyzn, ale wzrosła u kobiet w wielu krajach33, potrzebny jest model POChP u kobiet, aby zbadać mechanizmy i opracować metody terapeutyczne dla kobiet chorych na POChP. Możliwość zastosowania modelu OE do wszystkich płci stanowi dodatkowe wsparcie dla jego stosowania jako modelu POChP.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Model OE został wygenerowany i wykorzystany w wcześniej zgłoszonych badaniach30,31,32. Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt (IACUC) Uniwersytetu Jiaotong w Szanghaju.
1. Myszy
2. Narażenie na ozon lub powietrze
3. Tomografia mikrokomputerowa
4. Test na bieżni
5. Pomiary funkcji płuc
6. Kolekcja BALF
7. Pobieranie próbek krwi z serca
8. Analiza morfometryczna płuc
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przykłady trójwymiarowych obrazów µCT dla każdej grupy przedstawiono na Rysunku 1a. Myszy eksponowane na ozon miały istotnie większą całkowitą objętość płuc (Rysunek 1a i b) oraz LAA% (Rysunek 1c) niż myszy kontrolne eksponowane na powietrze. Objętość płuc i LAA% pozostały podwyższone po sześciu tygodniach ekspozycji na ozon31...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W niniejszej pracy przedstawiono wiarygodną metodę generowania nowego modelu POChP. W porównaniu z innymi modelami (tj. modelami LPS lub PPE), ten model OE podsumowuje proces patologiczny pacjentów z POChP. Ponieważ dym papierosowy jest głównym materiałem niebezpiecznym, który powoduje POChP u ludzi40, model CS pozostaje najpopularniejszym modelem POChP41,42. Jednak model CS wymaga od 3 do 12 miesięcy okresu badawczo-rozwojowego d...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Z.W.S. i W.W. są obecnymi pracownikami i posiadaczami opcji na akcje Cellular Biomedicine Group (NASDAQ: CBMG). Pozostali autorzy deklarują, że nie mają sprzecznych interesów.
Autorzy pragną wyrazić wdzięczność Panu Boyin Qin (Centrum Kliniczne Zdrowia Publicznego w Szanghaju) za pomoc techniczną przy ocenie μCT w tym protokole.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| myszy BALB / c | Slac Laboratory Animal, Szanghaj, Chiny | tym badaniu wykorzystano 7-dniowe do 9-tygodniowe samice myszy BALB/c. | |
| Indywidualne klatki wentylowane | Suhang, Szanghaj, Chiny | Numer modelu: MU64S7 | Klatki służyły do trzymania myszy w pomieszczeniu dla zwierząt. |
| Uszczelnienie pudełka z pleksiglasu | Suhang, Szanghaj, Chiny | Nie dotyczy | Pudełko zostało użyte do przechowywania generatora ozonu. Myszy były wystawione na działanie ozonu w pudełku. |
| Generator elektryczny | Sander Ozoniser, Uetze-Eltze, Niemcy | Model 500 | Urządzenie służyło do wytwarzania ozonu. |
| Sonda ozonu | ATi Technologies, Ashton-U-Lyne, Greater Manchester, Wielka Brytania | Ozon 300 | Urządzenie służyło do monitorowania i kontrolowania wytwarzania ozonu. |
| Pelltobarbitalum natricum | Sigma, St. Louis, MO, USA | P3761 | Myszy znieczulono przez dootrzewnowe wstrzyknięcie pelltobarbitalum natricum. |
| Mikrotomografia komputerowa | GE Healthcare, Londyn, ON, Kanada | RS0800639-0075 | To urządzenie służyło do pozyskiwania obrazów płuc. |
| Micro-view 2.01 Oprogramowanie ABA | GE Healthcare, Londyn, ON, Kanada | Micro-view 2.01 | Urządzenie to służyło do rekonstrukcji płuca i analizy objętości LAA płuca. |
| Maszyna do bieżni | Duanshi, Hangzhou, Zhejiang, Chiny | DSPT-208 | Ta maszyna została przeprowadzona do testu zmęczeniowego. |
| Pletyzmograf ciała | eSpira™ System wymuszonych manewrów, EMMS, Edynburg, Wielka Brytania | System wymuszonych manewrów | Urządzenie to służyło do badania spirometrycznej czynności płuc. |
| Respirator | eSpira&handel; System wymuszonych manewrów, EMMS, Edynburg, Wielka Brytania | System wymuszonych manewrów | Urządzenie to służyło do badania spirometrycznej czynności płuc. |
| Wirówka do szkiełkowania Denville | Scientific, Holliston, MA, USA | C1183 | Służył do obracania komórek BALF na szkiełkach. |
| Wright Staining | Hanhong, Szanghaj, Chiny | RE04000054 | Używano go do barwienia makrofagów, neutrofili w zawieszonym BALF. |
| Hemocytometr | Hausser Scientific, Horsham, PA, USA | 4000 | Służył do liczenia komórek. |
| IL-1 i beta; | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab100704 | Użyto ich do przetestowania odpowiednich czynników w surowicy. |
| IL-10 | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab46103 | Użyto ich do przetestowania odpowiednich czynników w surowicy. |
| TNF-&alfa; | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab100747 | Wykorzystano je do przetestowania odpowiednich czynników w surowicy. |
| Paraformaldehyd | Sigma, St. Louis, MO, USA | P6148 | Płuco było napompowane 4% paraformaldehydem. |
| Parafina | Hualing, Szanghaj, Chiny | 56# | Służyła do osadzania płuc. |
| Mikrotom obrotowy | Leica, Wetzlar, Hesja, Niemcy | RM2255 | Służył do cięcia płuc. |
| Hgaematoksylina i eozyna (H& E) roztwór barwiący | Solarbio, Pekin, Chiny | G1120 | H& Barwienie E wykonano do analizy morfometrycznej. |
| Pionowy mikroskop jasnego pola | Olympus, Center Valley, PA, USA | CX41 | Służył do obrazowania H& Szkiełka do barwienia E. |
| Adobe Photoshop 12 | Adobe, San Jose, Kalifornia, Stany Zjednoczone | Adobe Photoshop 12 | Służył do liczenia pęcherzyków płucnych na H& E poplamione obrazy. |
| GraphPad pryzmat 5 | Graphpad Software Inc., San Diego, CA | GraphPad pryzmat 5 | Był używany do analizy danych i tworzenia liczb. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.