Model wysięku opłucnowego u szczurów przez dotchawicze wkroplenie poliakrylanu/nanokrzemionki
12 kwietnia 2019
Tutaj prezentujemy protokół do budowy modelu wysięku opłucnowego u szczurów poprzez dotchawcze wkroplenie poliakrylanu/nanokrzemionki.
Metoda ta może dostarczyć informacji na temat toksyczności nanomateriałów i może być stosowana do badania toksyczności płucnej. Technika ta została opracowana w celu zbadania skutków wysięku opłucnowego wywołanego poliakrylanem/nanokrzemionką. Przed rozpoczęciem wkraplania należy poddać sonikacji świeżej, 10-mililitrowej zawiesiny poliakrylanu/nanokrzemionki w normalnej soli fizjologicznej przez 20 do 30 minut, a następnie 10 minut wirowania, przed rozcieńczeniem zawiesiny do stężeń 3,125, 6,25 i 12,5 miligrama na mililitr
.Następnie potwierdź brak reakcji na uszczypnięcie palca u znieczulonego szczura i przymocuj przednie zęby zwierzęcia do deski za pomocą kawałka nylonowego sznurka. Za pomocą kleszczy i wpuszczania czołowego delikatnie otwórz usta, aby uwidocznić szczelinę głośni i włóż cienką rurkę do obustronnego oskrzela. Następnie wlej 0,5 mililitra cząstek poliakrylanu/nanokrzemionki przez rurkę do płuc i umieść szczura w pozycji leżącej na plecach z monitorowaniem aż do pełnego wyzdrowienia.
W pierwszym, trzecim, siódmym i czternastym dniu po zakropleniu użyj golarki elektrycznej, aby usunąć włosy z klatki piersiowej i górnej części brzucha każdego znieczulonego szczura i umieść szczura na płycie montażowej systemu ultrasonograficznego z przetwornikiem liniowym w pozycji leżącej. Nałóż żel ultradźwiękowy na odsłoniętą skórę i umieść głowicę w przestrzeni międzyżebrowej i obszarze podżebrowym, aby wykryć płyn opłucnowy. Aby dokładnie wykryć wysięk, wybierz lewą i prawą pozycję boczną do wykonania badania ultrasonograficznego.
W siódmym dniu zarówno wysięk opłucnowy, jak i wysięk osierdziowy są wykrywane w grupie wkroplonej 6,25 miligrama na kilogram na mililitr. W siódmym i czternastym dniu tomografia komputerowa klatki piersiowej 12,5 miligrama na kilogram na mililitr wkroplonych zwierząt jest nieprawidłowa w tylnym kącie żebrowym, co wskazuje na niewielką ilość wysięku opłucnowego. Transmisyjna mikroskopia elektronowa próbek wysięku opłucnowego ujawnia nanocząstki nanokrzemionki pojedynczo i w klastrach o morfologii zgodnej z morfologią obserwowaną dla nanocząstek w przygotowanej zawiesinie.
Najważniejsze, aby pamiętać o uwidocznieniu szczeliny głośni i wprowadzeniu cienkiej rurki do obustronnego oskrzela. Nanocząstki można również wkraplać przez inhalację lub wstrzyknięcie dożylne, ponieważ obie metody zostały przeprowadzone w poprzednich badaniach. Ta technika jest przydatna do badania rozwoju wysięku opłucnowego.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia protokół konstruowania modelu wysięku opłucnowego u szczurów z wykorzystaniem poliakrylanu/nanokrzemionki poprzez instylację wewnątrztchawiczą. Metoda ta ma na celu dostarczenie informacji na temat toksyczności nanomateriałów oraz ich wpływu na zdrowie płuc.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Toksykologia
- Badania płuc
- Nanomateriały
Wstęp
- Modele wysięku opłucnowego są niezbędne do badania chorób płuc.
- Poliakrylan/nanokrzemionka to nanomateriał o potencjalnej toksyczności płucnej.
- Zrozumienie wpływu takich materiałów może pomóc w opracowaniu przepisów dotyczących bezpieczeństwa.
- Niniejszy model może pomóc w ocenie biologicznego wpływu nanomateriałów.
Cel badania
- Opracowanie wiarygodnego modelu zwierzęcego dla wysięku opłucnowego.
- Zbadanie toksyczności płucnej poliakrylanu/nanokrzemionki.
- Dostarczenie metody do przyszłych badań nad wpływem nanomateriałów.
Zastosowane metody
- Sonikacja zawiesiny poliakrylanu/nanokrzemionki w soli fizjologicznej.
- Przygotowanie zawiesiny o różnych stężeniach.
- Instylacja dotchawicza zawiesiny u znieczulonych szczurów.
- Monitorowanie szczurów po instylacji aż do momentu wybudzenia.
Główne wyniki
- Protokół skutecznie wywołał wysięk opłucnowy w modelu szczurzym.
- Obserwacje wskazały na potencjalną toksyczność nanomateriałów.
- Model ten może być wykorzystany w dalszych badaniach nad efektami płucnymi.
- Wyniki przyczyniają się do zrozumienia bezpieczeństwa nanomateriałów.
Wnioski
- Opracowany model jest skuteczny w badaniu wysięku opłucnowego.
- Uzyskana wiedza może pomóc w ocenie ryzyka związanego z nanomateriałami.
- Niniejsze badanie potwierdza potrzebę przeprowadzania ocen bezpieczeństwa nanomateriałów.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ten model wysięku opłucnowego umożliwia mechanistyczną redukcję ryzyka w badaniach nad toksycznością płuc indukowaną nanomateriałami, zapewniając powtarzalny system in vivo do oceny zależnych od dawki odpowiedzi zapalne. Wspiera on walidację celów w nanotoksykologii poprzez powiązanie ekspozycji na nanocząsteczki z gromadzeniem się płynu w jamie opłucnej, co stanowi istotny klinicznie punkt końcowy. Model ten zwiększa pewność prognostyczną we wczesnych etapach odkryć, umożliwiając ilościową ocenę biodystrybucji nanocząsteczek oraz progresji patologicznej w systemie odpowiadającym warunkom chorobowym.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Weryfikacja hipotez terapeutycznych dotyczących stanu zapalnego opłucnej i aktywacji szlaków indukowanych przez nanocząstki.
- Wartość operacyjna: Umożliwia funkcjonalną walidację celu poprzez odczyty wysięku opłucnowego zależne od dawki przy stężeniach 3,125, 6,25 oraz 12,5 mg/kg.
- Wartość prognostyczna: Wspiera selekcję projektów w portfolio poprzez identyfikację nanomateriałów o znacznym potencjale toksyczności płucnej przy niskich dawkach.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Przygotowuje zwalidowane próbki wysięku opłucnowego do dalszej analizy biodystrybucji nanocząsteczek i markerów zapalnych.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje metody detekcji oparte na USG i TK w celu powtarzalnego ilościowego oznaczania objętości wysięku w czasie.
- Gotowość do przesiewu: Umożliwia skalowalną ewaluację bibliotek nanocząsteczek z wykorzystaniem nieinwazyjnych punktów końcowych obrazowania.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Znaczenie translacyjne: Odzwierciedla reakcje ludzkiego wysięku opłucnowego na ekspozycję na nanocząsteczki, co wspiera ekstrapolację międzygatunkową.
- Ciągłość przedkliniczna: Umożliwia monitorowanie podłużne od indukcji (dzień 3) do ustąpienia objawów (dzień 14), co pozwala na podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju w oparciu o ocenę ryzyka.
- Redukcja ryzyka mechanistycznego: Potwierdza obecność nanokrzemionki w płynie opłucnowym za pomocą TEM, łącząc właściwości materiału z efektami biologicznymi.
Integracja potoku i przepływu pracy
Model ten integruje się z continuum procesu odkrywania leków – od wczesnej walidacji celu po przedkliniczną ocenę bezpieczeństwa – dostarczając ilościowych danych o toksyczności, które stanowią podstawę do identyfikacji związków wiodących oraz wyboru kandydatów do badań przedklinicznych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących zapalenia opłucnej wywołanego przez nanocząsteczki i wyjaśnia zależności dawka-odpowiedź.
- Przesiewanie: Dostarcza gotowe do analizy systemy biologiczne ze zstandaryzowaną detekcją wysięku za pomocą ultradźwięków i tomografii komputerowej (CT) w określonych punktach czasowych.
- Analityka: Umożliwia ilościowe pomiary początku wysięku, jego szczytu (dni 7-10) oraz ustępowania, co wspiera analizę porównawczą różnych stanów.
- Badania translacyjne: Łączy ekspozycję na nanocząsteczki z patologią opłucnej, co ma bezpośredni związek z badaniami nad nanotoksykologią u ludzi.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy platformę wielokrotnego użytku do oceny różnorodnych nanomateriałów w programach przesiewowych toksyczności płucnej.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zapewnia pewność prognostyczną w walidacji celu poprzez zmniejszenie niejednoznaczności mechanistycznej w odpowiedziach opłucnej wywołanych przez nanocząsteczki.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację i powtarzalność dzięki zdefiniowanym objętościom instylacji (0.5 mL) i harmonogramom monitorowania (dni 1, 3, 7, 14).
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji go/no-go poprzez identyfikację wczesnych sygnałów toksyczności płucnej, co zmniejsza ryzyko niepowodzenia na późnych etapach.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację nanomateriałów w oparciu o ryzyko, wykorzystując wysięk opłucnowy jako translacyjny biomarker uszkodzenia płuc.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w przeprowadzaniu zabiegów chirurgicznych u gryzoni, w tym w podawaniu substancji drogą wewnątrzkazalną oraz w zarządzaniu znieczuleniem.
- Zależność od dostępu do ultrasonografii, obrazowania CT oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej w celu wykrycia wysięku i charakterystyki nanocząstek.
- Konieczność standaryzacji działań pomiędzy zespołami farmakologii in vivo, obrazowania i bezpieczeństwa nanomateriałów w celu zapewnienia spójnej interpretacji danych.
- Konieczność uwzględnienia modyfikacji przy rozszerzeniu metody na inne rodzaje nanocząstek ze względu na różnice w aglomeracji i biodostępności.
- Ograniczenia praktyczne obejmują konieczność przeprowadzenia sekcji w końcowym punkcie czasowym w celu potwierdzenia wystąpienia wysięku i obecności nanocząstek, co ogranicza możliwość pobierania próbek w badaniach podłużnych.
