Opisujemy nieinwazyjne podejście do obrazowania multimodalnego oparte na Micro-CT i fluorescencyjnej tomografii molekularnej do podłużnej oceny modelu zwłóknienia płuc myszy wywołanego podwójnym wkropleniem dotchawiczym bleomycyny.
Artykuł metodologiczny
Opisujemy nieinwazyjne podejście do obrazowania multimodalnego oparte na Micro-CT i fluorescencyjnej tomografii molekularnej do podłużnej oceny modelu zwłóknienia płuc myszy wywołanego podwójnym wkropleniem dotchawiczym bleomycyny.
Idiopatyczne zwłóknienie płuc (IPF) jest śmiertelną chorobą płuc charakteryzującą się postępującym i nieodwracalnym niszczeniem architektury płuc, co powoduje znaczne pogorszenie czynności płuc i późniejszą śmierć z powodu niewydolności oddechowej.
Patogeneza IPF w eksperymentalnych modelach zwierzęcych została wywołana przez podanie bleomycyny. W tym badaniu badamy mysi model podobny do IPF wywołany podwójnym wkropleniem bleomycyny dotchawiczej. Standardowe oceny histologiczne stosowane do badania zwłóknienia płuc są inwazyjnymi procedurami terminalnymi. Celem tej pracy jest monitorowanie zwłóknienia płuc za pomocą nieinwazyjnych technik obrazowania, takich jak fluorescencyjna tomografia molekularna (FMT) i mikrotomografia komputerowa. Te dwie technologie, zweryfikowane za pomocą wyników histologicznych, mogą stanowić rewolucyjne podejście funkcjonalne do nieinwazyjnego monitorowania w czasie rzeczywistym ciężkości i progresji choroby IPF. Połączenie różnych podejść stanowi krok naprzód w zrozumieniu choroby IPF, w której zdarzenia molekularne występujące w stanie patologicznym można obserwować za pomocą FMT, a późniejsze zmiany anatomiczne można monitorować za pomocą mikrotomografii komputerowej.
Idiopatyczne zwłóknienie płuc (IPF) to przewlekła choroba płuc z postępującym spadkiem funkcji płuc, która niestety często kończy się śmiercią w ciągu czterech lat od diagnozy1. Głównymi cechami IPF są odkładanie się macierzy zewnątrzkomórkowej i proliferacja fibroblastów, ale patogeneza nie jest jeszcze w pełni poznana. Najbardziej uzasadnioną hipotezą jest to, że wielokrotne cykle urazów płuc powodują niszczenie komórek nabłonka pęcherzyków płucnych, co prowadzi do zmiany proliferacji mezenchymalnego cyklu komórkowego, nadmiernej akumulacji fibroblastów i miofibroblastów oraz zwiększonej produkcji macierzy. Stwierdzono, że mediatory zaangażowane w te procesy, takie jak metaloproteinazy macierzy (MMP), są rozregulowane w rozwoju zwłóknienia zarówno w ludzkim IPF, jak i w modelach zwierzęcych indukowanych bleomycyną. Niekontrolowana produkcja MMP prowadzi do niezrównoważonego odkładania się kolagenu w śródmiąższu płuc i przestrzeni pęcherzykowej, naśladując nieprawidłowe gojenie się ran1,2.
Jedną z głównych przeszkód w odkrywaniu i opracowywaniu leków jest dostępność dostępnych modeli mysich, które naśladują ludzką patogenezę i fenotyp choroby. Do wywołania zwłóknienia płuc w modelach zwierzęcych zastosowano różne czynniki: uszkodzenie spowodowane promieniowaniem, podawanie azbestu i krzemionki, podawanie cytokin fibrynogennych i bleomycyny3,4; Jednak bleomycyna jest najczęściej stosowana u myszy, szczurów, świnek morskich, chomików, królików5 lub u dużych zwierząt (naczelnych, koni, psów i przeżuwaczy)6,7. Bleomycyna jest antybiotykiem wytwarzanym przez bakterię Streptomyces verticillus8 i jest stosowana jako środek przeciwnowotworowy9. Zwłóknienie płuc jest częstym skutkiem ubocznym leku i z tego powodu jest on stosowany w eksperymentalnych modelach zwierzęcych do wywoływania zwłóknienia płuc.
W modelach zwłóknienia płuc wywołanego bleomycyną, zmiany zwłóknieniowe występują 14 - 21 dni po podaniu bleomycyny. W prezentowanej pracy zastosowaliśmy nowy protokół indukcji zwłóknienia płuc u myszy poprzez podwójne wkroplenie bleomycyny dotchawiczej. Mysi model bleomycyny jest bardzo czasochłonny, ponieważ nowe leki muszą być oceniane na ustalonych zmianach zwłóknieniowych i testowane w celu odróżnienia ich działania przeciwzwłóknieniowego od przeciwzapalnego.
Biochemiczne określenie zawartości kolagenu, analiza morfometryczna i histologiczna opierały się na analizie post mortem, co ograniczyło możliwość śledzenia patogenezy choroby u tego samego zwierzęcia. Chociaż parametry te zostały uznane za złoty standard oceny zwłóknienia, nie zapewniały one żadnego czasowego ani przestrzennego rozkładu zmiany zwłóknieniowej i wykluczały sposób badania procesu progresji choroby. 10
Ostatnio zastosowano nieinwazyjne technologie obrazowania do monitorowania przebudowy dróg oddechowych, stanu zapalnego i postępu zwłóknienia w modelach mysich: rezonans magnetyczny (MRI), mikrotomografia komputerowa (Micro-CT), fluorescencyjna tomografia molekularna (FMT) i bioluminescencyjna (BLI)11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21. Proponujemy nieinwazyjne podejście do obrazowania w celu monitorowania podłużnej progresji zwłóknienia płuc za pomocą FMT i Micro-CT w różnych punktach czasowych po prowokacji bleomycyną 22.
Wiele ścieżek bierze udział w powstawaniu i rozwoju zwłóknienia, a niewiele wiadomo. Tylko głębsze zrozumienie tych procesów może przełożyć się na większą liczbę celów lekowych, które mogą zostać przeniesione do kliniki. Możliwość wzdłużnego monitorowania aktywacji MMP za pomocą fluorescencyjnej tomografii molekularnej w połączeniu z wykrywaniem zmian miąższowych płuc za pomocą mikrotomografii komputerowej może być w przyszłości wykorzystana w celu uzyskania dostępu do odpowiedzi klinicznej na leczenie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie doświadczenia na zwierzętach opisane w niniejszym dokumencie zostały zatwierdzone przez wewnętrzny komitet ds. dobrostanu zwierząt do eksperymentów na zwierzętach Chiesi Farmaceutici i ERASMUS MC pod numerem protokołu: EMC 3349 (138-14-07) zgodnie z Dyrektywą Europejską 2010/63 UE, włoską D.Lgs 26/2014 oraz zmienionym "Przewodnikiem do opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych"23.
UWAGA: Przed użyciem, samice myszy wsobnych C57Bl/6 (7-8 tygodni) były aklimatyzowane przez co najmniej 7 dni do lokalnych warunków wiwarium (temperatura pokojowa: 20-24 °C; wilgotność względna: 40-70%; 12-godzinny cykl jasny-ciemny), mając swobodny dostęp do standardowej karmy dla gryzoni i zmiękczonej wody z kranu.
1. Leczenie dotchawicze myszy bleomycyną
2. Obrazowanie in vivo za pomocą fluorescencyjnej tomografii molekularnej
UWAGA: Zanim użyjesz, przygotuj świeży roztwór podstawowy 6 nmol/ml wrażliwego na MMP podłoża fluorescencyjnego 680 w roztworze soli (0,9% chlorku sodu) i przechowuj przed użyciem w temperaturze 4 °C. Jest stabilny przez okres do 6 miesięcy w temperaturze 4 °C. Przed wstrzyknięciem zwierzętom należy pozwolić, aby środek do obrazowania MMP osiągnął odpowiednią temperaturę pokojową.
3. Obrazowanie in vivo za pomocą Micro-CT
UWAGA: Zanim zaczniesz, zawsze zdejmuj metalową biżuterię lub metalowe przedmioty w pobliżu obszaru obrazowania, aby uniknąć rozproszenia promieni rentgenowskich.
UWAGA: Zwłóknienie płuc wywołane promieniowaniem jest częstym zjawiskiem podczas uszkodzenia płuc wywołanego promieniowaniem24. Ani wskaźniki pochodzące z mikrotomografii komputerowej, ani wyniki histologiczne związane ze zwłóknieniem płuc nie były obecne u myszy kontrolnych leczonych solą fizjologiczną w dniu 21 poddanych czterem sesjom obrazowania mikro-CT, co wskazuje, że dawka promieniowania rentgenowskiego dostarczona zwierzętom podczas badań mikro-CT nie była wystarczająca, aby wpłynąć na wyniki.
4. Płukanie oskrzelowo-pęcherzykowe
5. Histologia i histomorfometria
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Spontaniczne ustąpienie zmian zwłóknienia płuc obserwowane trzy tygodnie po podaniu pojedynczej bleomycyny i umiarkowane zmiany strukturalne podkreślają ograniczenia tego modelu. Ze względu na wąskie okno terapeutyczne, które nie reprezentuje praktyki klinicznej, można było przeprowadzić tylko leczenie profilaktyczne17.
Tutaj pokazujemy, że nasz protokół podwójnej inkraplacji dotchawiczej bleomycyny jest ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pomimo tego, że wiele grup badawczych koncentruje się na opracowywaniu nowych leków do leczenia IPF, w tej chwili tylko dwa są dostępne dla pacjentów. Istnieje pilna potrzeba medyczna znalezienia skuteczniejszych terapii7 , ponieważ tylko przeszczep płuc jest w stanie przedłużyć przeżycie o 4-5 lat26. Podstawowym warunkiem wstępnym dla medycyny translacyjnej i opracowywania nowych leków jest dostępność modelu zwierzęcego, który naśladuje cechy IPF i w którym badania interwe...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie mają sprzecznych interesów.
Autorzy chcieliby podziękować dr Danieli Pompilio i Robercie Ciccimarra za pomoc techniczną.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| System tomografii fluorescencyjnej FMT 2500 | Perkin Elmer Inc. | Eksperymentalny budowniczy | |
| MMPsense 680 | Perkin Elmer Inc. | NEV10126 | Chronić przed światłem, przechowuj sondę w temperaturze 4 & stopni; C |
| Oprogramowanie TrueQuant | Perkin Elmer Inc. | ||
| Samica wsobna C57BL/6 | San Pietro NatisoneHorst, Holandia (UD), | Przed użyciem zwierzęta były aklimatyzowane przez co najmniej 5 dni do lokalnych warunków wiwarium | |
| Isoflurane | ESTEVE spa | 571329.8 | Nie wdychać |
| Automatyczny licznik komórek | Dasit XT 1800J | Eksperymentalny budowniczy | |
| roztwór soli fizjologicznej, 0,9% chlorek sodu (NaCl) | Eurospital | 15A2807 | |
| Skaner mikrotomografii komputerowej Quantum FX | Perkin Elmer Inc. | ||
| Siarczan bleomycyny ze Streptomyces Verticillus | Sigma | B2434 | |
| Automatyczny procesor tkanek | ATP700 Histo-Line Laboratories | ATP700 | |
| System osadzania | EG 1160 Leica Biosystems | EG 1160 | |
| Mikrotom obrotowy | Cyfrowy skaner slajdów Slee Cut 6062 | ||
| NanoZoomer S60, oprogramowanie do analizy obrazu NIS-AR firmy Hamamatsu Photonics | |||
| Nikon | |||
| Masson' s Trichrome Staining | Histo-Line Laboratories | ||
| 10% neutralnie buforowana formalina | Sigma | HT5012-1CS | |
| Penn-century model DP-4M Insulator suchej energii | Penn-century | DPM-EXT | |
| PE190 mikrorurki medyczne | 2instrumenty biologiczne snc | BB31695-PE/8 | |
| Strzykawka bez igły 5 ml | Terumo | SS*05SE1 | Wytnij deski tłoka nożyczkami |
| Hamilton 0,10 ml (model 1710) | Gazoszczelny | 81022 | |
| Discofix 3-drożny kran | Braun | 4095111 | |
| Strzykawka z igłą 1 ml | Roztwór | 3,071,260,300,320 | Używaj bez igły |
| Plastikowe rurki do karmienia 18 ga x 50 mm | 2instrumenty biologiczne snc | FTP-18-50 | Przyciąć ukośnie końcówkę |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie