Eksperymentalne mysie modele PNA stanowią platformę do oceny mechanizmów komórkowych i molekularnych leżących u podstaw uszkodzenia i ustąpienia ARDS. Składniki patofizjologiczne, które można ocenić, obejmują wczesne szlaki zapalne, usuwanie bakterii, dynamiczne zmiany krajobrazu immunologicznego, ustąpienie stanu zapalnego, fibroproliferację oraz naprawę nabłonka i naczyńkrwionośnych 16. Jednak planując powtórzenie tego modelu uszkodzenia płuc wywołanego zapaleniem płuc, należy wziąć pod uwagę kilka aspektów, w tym wiek, płeć, szczep myszy, wewnętrzne czynniki gospodarza (np. stan obniżonej odporności), specyficzny patogen i obciążenie bakteryjne oraz doświadczenie personelu wykonującego zabieg.
PNA jest jedną z głównych przyczyn ARDS. Zdecydowaliśmy się użyć żywych Spn i Kpn, które są najczęstszymi przyczynami PNA nabytego przez społeczność i szpital odpowiedniou ludzi17. Sugerujemy optymalizację modeli bakteryjnych PNA poprzez miareczkowanie dawek żywych bakterii w celu osiągnięcia pożądanego profilu śmiertelności i ustępowania urazów, który najlepiej pasuje do hipotezy badacza. Zoptymalizowaliśmy inokulację bakteriami dotchawiczymi 3 x 106 CFU dla Spn i 200 CFU dla Kpn u myszy, co spowodowało zapalenie pęcherzyków płucnych, przerwanie bariery pęcherzykowo-raśnikowatej i dysfunkcję narządów (ryc. 2). Jednak partie bakterii z różnych źródeł, a nawet w obrębie zduplikowanych pętli, mogą wykazywać różne stopnie zapalenia i urazu, nawet przy użyciu tego samego szczepu i CFU.
Dlatego, aby powtórzyć wyniki przedstawione w tym manuskrypcie, naukowcy powinni zacząć od opisanego tutaj stężenia bakterii; Może być jednak konieczne zwiększenie lub zmniejszenie dawki w celu uzyskania podobnego profilu modelu. W związku z tym każda nowa partia wykorzystywanych bakterii musi być zoptymalizowana pod kątem potencjalnego efektu rozwiązania urazu. Przedstawiamy solidny model PNA z dwoma różnymi wynikami rozdzielczości, jednym samorozwiązującym się (Spn) i drugim wolnorozdzielczym/nierozwiązującym (Kpn), które mogą służyć jako platformy dla badaczy do oceny mechanizmów immunologicznych i testowania interwencji terapeutycznych, szczególnie w szczycie lub po szczycie infekcji (np. 2 dni po zakażeniu).
Wiek, płeć, szczep i czynniki genetyczne wpływają na kinetykę wzorców rozwiązywania urazów16. Na przykład płeć powoduje przyspieszoną rozdzielczość u kobiet w porównaniu z mężczyznami18; Dlatego wzrost obciążenia bakteryjnego prowadzi do zwiększonej śmiertelności i opóźnionego ustąpienia u mężczyzn w porównaniu z samicami. Starzenie się jest kolejnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę przy miareczkowaniu CFU wykorzystywanych bakterii. Starzejące się myszy wykazywały 100% śmiertelność, gdy użyliśmy określonej dawki Spn (nie pokazanej tutaj). Młode myszy są najczęściej wykorzystywane w pneumokokowych modelach PNA (w okresie od 6 do 14 tygodni), podczas gdy myszy w wieku 19-26 miesięcy) wykazują zmienioną odpowiedź immunologiczną i są wykorzystywane do badania roli starzenia się w PNA11 . Musieliśmy zmniejszyć CFU do 300%, aby osiągnąć przeżycie u starzejących się zwierząt (nie pokazane tutaj). W tym badaniu wykorzystano samce myszy C57BL/6 (w wieku 8-12 tygodni) i obserwowano je przez 6 do 10 dni po zakażeniu. Znaczące różnice w wrażliwości można również znaleźć między szczepami; Szczepy wsobne, takie jak BALB/C i C57BL6/J, mają różną odpowiedź na zakażenie11,19.
Bezpośrednia inokulacja bakterii dotchawiczo pozwala na bardziej precyzyjne dostarczenie inokulum (do 99%) do płuc12, co stanowi alternatywę dla mniej zjadliwych serotypów i zmniejsza aerozolizację bakterii11. Można jednak argumentować, że jest to procedura inwazyjna. Intubacja może być trudna, wymaga znieczulenia ogólnoustrojowego i może prowadzić do urazu tchawicy, a następnie obrzęku dróg oddechowych i stridoru. Myszy mogą rozwinąć odruch wazowagalny, który prowadzi do bezdechu, w przypadku którego wymagane jest posiadanie małego respiratora myszy, aby w razie potrzeby zapewnić dodatkowe wsparcie respiratora. Wiedza specjalistyczna chirurga wykonującego zabieg jest kluczowym elementem gwarantującym udaną intubację11. W naszym badaniu żadne myszy nie musiały być poddawane eutanazji ze względu na odpowiednie leczenie bólu i nie większą niż 20% utratę masy ciała. Nie zaobserwowano żadnych oznak bólu i niepokoju, takich jak letarg, niemożność dotarcia do wody lub jedzenia, trudności w oddychaniu lub zmniejszona czujność umysłowa. Alternatywną metodą bezpośredniego dostarczania bakterii do płuc jest aspiracja ustno-gardłowa, chociaż ustąpienie uszkodzenia płuc wydaje się następować szybciej, a niektóre bakterie mogą trafić do żołądka i przewodu pokarmowego20.
Modele przedkliniczne PNA umożliwiają badaczom ocenę krajobrazu immunologicznego. Przedziały oskrzelowo-pęcherzykowe i śródmiąższowe można ocenić pod kątem dynamicznych zmian w komórkach odpornościowych16. Co więcej, komórki mogą być hodowane i stymulowane ex vivo w celu określenia ich specyficznej produkcji cytokin i chemokin. Tutaj skupiamy się na badaniu krajobrazu komórek odpornościowych w płucach i BAL za pomocą wielokolorowej cytometrii przepływowej. Można również przeprowadzić sekwencjonowanie RNA pojedynczej komórki, aby zrozumieć sygnatury transkryptomiczne specyficzne dla komórki na różnych etapach ustępowania urazu.
Modele PNA-ARDS generują efekty ogólnoustrojowe, które można wcześnie wykryć, mierząc masę ciała w trakcie choroby10. Chociaż nie mierzymy bezpośrednio ogólnoustrojowych skutków ARDS, dysfunkcję narządów można również ocenić za pomocą pomiaru profili chemicznych krwi oraz poprzez pobieranie różnych tkanek, takich jak śledziona, nerki i wątroba do badania histologicznego. Ogólnoustrojowe działanie pneumokokowe PNA-ARDS zostało wcześniej opisane przez inne grupy wykorzystujące ten sam szczep bakterii21.
W tym miejscu opisano model eksperymentalnego PNA, który przypomina niektóre z kluczowych zmian patofizjologicznych leżących u podstaw ludzkiego ARDS. Chociaż nie ma idealnych modeli, które w pełni oddają złożoność i niejednorodność ludzkiego ARDS9, modele te są istotne i powtarzalne dla badania mechanizmów uszkodzenia i naprawy płuc, służąc również jako platforma do identyfikacji nowych potencjalnych celów farmakologicznych, które koncentrują się na przyspieszeniu ustąpienia zapalenia płuc i promowaniu naprawy płuc.