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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
A administração intratraqueal (TI) de agentes experimentais em camundongos geralmente resulta em parto assimétrico para os pulmões distais. Neste relatório, nós descrevemos uma aproximação intrabronchial direta (IB) para canular cada pulmão em ratos vivos não-operatively. Essa abordagem pode ser usada para administrar seletivamente agentes a um pulmão ou pode ser adaptada para melhorar a entrega do agente simétrico para ambos os pulmões.
A administração intratraqueal (TI) de agentes experimentais é uma técnica essencial em modelos murinos de doenças pulmonares difusas, como a fibrose pulmonar induzida por bleomicina. Entretanto, a distribuição de agentes intratracheally-administrados ao pulmão longe do ponto de origem do rato é frequentemente assimétrica, com as concentrações parenquimatosas do pulmão aumentadas no pulmão esquerdo menor (mas ingualmente acessível) do rato. Descrito neste relatório é uma aproximação intrabronchial (IB) nova para canular os pulmões esquerdos e/ou direito de ratos vivos não-operatively. Também é demonstrado como essa abordagem pode ser usada para administrar seletivamente os agentes a um pulmão ou adaptado (via parto IB ajustado pela dose) para melhorar a simetria esquerda-direita da entrega pulmonar de agentes experimentais, melhorando assim os modelos de difuso doença pulmonar, como a fibrose pulmonar induzida por bleomicina.
A administração pulmonar direta de agentes experimentais em camundongos permite o estudo de respostas imunes pulmonares, lesão pulmonar aguda e fibrose pulmonar. A administração pulmonar direta é tipicamente realizada via intratraqueal (IT) instilação, como descrito anteriormente1,2,3. Entretanto, esta aproximação é nonselective, afetando ambos os pulmões em uma forma nonalvejada e frequentemente assimétrica. A modelagem experimental de lesão pulmonar pode se beneficiar da capacidade de segmentar seletivamente um pulmão específico, permitindo o uso do pulmão contralateral como controle. Inversamente, a modelagem precisa de doenças pulmonares difusas humanas beneficia da distribuição simétrica de agentes experimentais para o parênquima pulmonar bilateral.
O objetivo geral deste relato é descrever um método para a entrega seletiva de agentes experimentais ao pulmão esquerdo ou direito de um camundongo (Figura 1). Esta aproximação da administração do intrabronchial (IB) permite o tratamento unilateral de um pulmão do rato e pode facilmente ser adaptada para assegurar a entrega igual de um agente aos brônquios bilaterais do do mainstem. Ao usar a administração de IB para entregar doses maiores de agentes experimentais ao pulmão direito maior e volumes menores ao pulmão esquerdo menor (isto é, administração dose-ajustada de IB), demonstrado neste relatório é uma melhoria na homogeneidade de pulmonar entrega de agentes experimentais, otimizando o modelo de lesão pulmonar difusa em camundongos. Como tal, este relatório pode prender o valor para investigadores que procuram unilateralmente administrar agentes experimentais aos ratos ou melhorar a simetria da deposição da droga em ambos os pulmões.
Todos os protocolos de animais foram aprovados pela Universidade de Colorado Denver Comitê de cuidados e uso de animais institucionais (IACUC). Todos os procedimentos descritos abaixo (secções 4 – 7) foram otimizados com ratos machos e fêmeas C57BL/6. Esta aproximação foi validada usando os ratos que variam de 19 – 40 g no peso corporal.
1. criação de plataforma para administração de IB
2. criação de cateteres prolongados para administração de agentes IB
3. preparação do pré-procedimento
4. não-operatório de ti de intubação abordagem
5. não-operatório de intubação IB e abordagens de entrega
6. uso de abordagens seqüenciais de canulação IB para entregar volumes ajustados por dose de agente a cada pulmão
7. uso da administração de IB ajustada por dose para melhorar a simetria da bleomicina de dose única (BLM)-lesão pulmonar induzida
8 cuidados pós-processuais
A intubação seletiva IB tem como alvo lóbulos específicos (pulmão direito) ou segmentos basilares (pulmão esquerdo).
A administração de IB de EBD para o pulmão direito foi realizada conforme descrito na seção 5,1. Após a conclusão do experimento, camundongos foram administrados uma dose letal de cetamina/xilazina intraperitoneal, e os pulmões foram colhidos para demonstração da distribuição de EBD (figura 4a, direita). A aparência bruta do pulmão demonstra que 90% das tentativas canulados o lóbulo do posterior pequeno do pulmão direito, quando 10% das tentativas alvejadas o lóbulo inferior. Especfica-se que os pequenos volumes destes lóbulos explicam a taquipnea compensatória do rato durante a canulação distal (para manter a ventilação minucioso através do cateter).
A administração de IB de EBD para o pulmão esquerdo foi realizada conforme descrito na seção 5,2. 100% das tentativas visam os segmentos inferiores do pulmão esquerdo (Figura 4B). Em contraste com a intubação direito-tomada o partido, nenhuma taquipneina ocorre com este acoplamento, refletindo a intubação (e a ventilação) dos segmentos esquerdos maiores do pulmão.
A adaptação da técnica seletiva do canulação de IB pode alvejar o pulmão esquerdo ou direito inteiro.
Uma vez que o canulação de IB é executado, a retirada do cateter de IB (e as mudanças no posicionamento do rato, como detalhado na seção 5,3) podem ser usadas para melhorar a entrega dos agentes a todos os lóbulos do pulmão direito (e todos os segmentos do pulmão esquerdo). A instilação da solução de EBD ao pulmão direito (seção 5.3.1) alvejou com sucesso todos os lóbulos direito, como demonstrado na Figura 5C. A instilação da solução de EBD ao pulmão esquerdo (seção 5.3.2) alvejou com sucesso todos os segmentos esquerdos (Figura 6C).
Administração de ti ou administração simétrica de IB produz pulmão assimétrico concentrações de agentes parenquimatosos, que podem ser corrigidas pelo ajuste da dose de IB.
Camundongos foram submetidos a administração bilateral de 30 μL de 0, 5% FITC-Dextran para o pulmão esquerdo e 30 μL de 0, 5% FITC-Dextran para o pulmão direito, conforme descrito na seção 6,2. Alternativamente, os ratos receberam 60 μL de 0, 5% de FITC-Dextran intratraqueal como por a seção 6,1. No final do experimento, os camundongos foram eutanasiados por meio de overdose de anestesia terminal (cetamina/xilazina). Os pulmões foram imediatamente colhidos e homogeneizados. FITC-fluorescência (quantificada por densidade óptica) foi medido com leitor de placa 96-well. A data foi analisada com o teste t de Student para comparações de dois grupos.
Conforme detalhado na Figura 7, tanto a ti (Figura 7a) quanto a administração simétrica de IB (Figura 7B) do FITC-Dextran levaram à fluorescência assimétrica do parênquima pulmonar FITC, com maiores concentrações relativas (normalizadas ao peso) observadas na pulmão esquerdo. Isto sugere que a entrega assimétrica do pulmão de agentes experimentais depois que a administração de ti não é uma conseqüência da apresentação assimétrica destes agentes a cada brônquio do do mainstem. Em vez disso, foi possível supor que a entrega de pilares iguais (como assegurada pela administração simétrica de IB) foi diluída por diferenças nos pesos/massa pulmonar, como observado na tabela 2.
Para superar essas diferenças no parto simétrico, 40 μL de 0, 5% FITC-Dextran foi administrado para o pulmão direito maior e 20 μL para o pulmão esquerdo menor, conforme a seção 6,3. Esta "administração de IB ajustada pela dose" melhorou a simetria do parto do agente parenquimatoso pulmonar (figura 8a). Apesar dessa correção, entretanto, observamos heterogeneidade persistente dentro de diferentes lóbulos do pulmão direito (Figura 8B).
Lesão pulmonar induzida por BLM em diferentes sistemas de parto:
Para demonstrar que a administração de IB ajustada por dose de agentes experimentais pode melhorar a modelagem da doença pulmonar difusa, nós administramos BLM (um modelo do rato de ferimento de pulmão fibrosante) intratraqueal ou através da administração dose-ajustada de IB, como por a seção 7. como esperado com este modelo de ferimento, ambas as injeções de ti e IB de BLM levaram a lesão pulmonar e doença sistêmica (com perda de peso). Esta doença sistemática resolvida em 7 dias. a mortalidade de 21 dias foi de 20% (1/5) no grupo de ti e 0% (0/5) no grupo IB ajustado pela dose.
21 dias após a administração de ti ou IB-BLM, os camundongos foram colhidos para histologia pulmonar. Como demonstrado em imagens histológicas representativas (Figura 9A),
Para determinar se esta homogeneidade esquerda-direita melhorada da lesão de pulmão fibrótica é fisiologicamente relevante, observou-se que a administração dose-ajustada de IB de BLM concedeu uma perda mais consistente da capacidade inspiratória (CI) e da conformidade do sistema respiratório (CRS), bem como um aumento concorente na elastância do sistema respiratório (ERS) (Figura 9B).

Figura 1: Anatomia da canulação das vias aéreas do camundongo. (A) um molde da via aérea do rato foi feito inflando um pulmão do rato (colhido de um rato de 25 g) com elastómetro do silicone. (B) colocação do cateter para a administração de ti padrão. C) colocação do cateter para administração de IB. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: configuração para a plataforma de trabalho. (A) um bookend do metal (ângulo de 90 °) é dobrado a 70 °. Um furo do parafuso é coloc na linha central superior para ancorar um móvel (80 milímetros x 150 milímetros). A fita do gancho e do laço e uma sutura suspendendo são coloc para permitir o posicionamento de um rato anestesiado na placa. (B) a placa plástica é ancorada com um parafuso no bookend do metal. O parafuso está suficientemente solto para permitir a rotação do tabuleiro no sentido horário (+) ou anti-horário (-). (C) um mouse anestesiado é posicionado usando com gancho e fita de loop (0,75 "W) para administração de agente de ti/IB. Uma sutura é passada os incisivos do rato para permitir a estabilização principal. O operador é posicionado no aspecto dorsal do rato, e o pescoço é iluminado através de uma lâmpada de pescoço de ganso. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: criação de cateteres personalizados para administração de IB. (Passo 1) Para permitir o comprimento suficiente do cateter para acoplar os brônquios do do mainstem, dois cateteres são combinados. (Passo 2) Os cateteres são conectados em um ângulo ligeiro, facilitando a intubação seletiva aos brônquios do do mainstem. (Passo 3) Além disso, a ponta distal do cateter é chanfrada, permitindo melhor controle direcional da instilação das vias aéreas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: abordagem para canulação e administração de lobares pulmonares seletivos à direita/esquerda. (A) para alvejar o pulmão direito, a placa plástica é girada + 30 °, melhorando a facilidade de acoplar seletivamente o brônquio direito do do mainstem. O cateter é avançado (por distâncias propostas na tabela 1) para acoplar seletivamente os lóbulos do lado direito. foram administrados 20 μL de 0,3% de EBD. Em ~ 90% das tentativas, o lobo posterior é canulado. Os restantes 10% das tentativas envolvem o lobo inferior. (B) para alvejar o pulmão esquerdo, a placa plástica é girada primeiramente-74 ° para o acoplamento esquerdo do do mainstem. Após a intubação bem sucedida do cateter, a rotação é diminuída então a-30 ° para permitir que a gravidade ajude com a entrega do agente. Para comprovar o engajamento seletivo do lado esquerdo, 40 μL de 0,3% de EBD foram entregues. Esta aproximação consistentemente (100% das tentativas) alvejou segmentos basilar esquerdos do pulmão. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: abordagem de administração simétrica para entregar unilateralmente agentes em todo o pulmão direito. (A) a intubação de IB do lado direito foi realizada a + 30 °, idêntica à canulação lobar do pulmão direito seletivo (figura 4a). (B) a placa plástica foi girada então a-74 ° para permitir a assistência da gravidade durante a administração do agente. A ponta do cateter é então retirada para profundidades detalhadas na tabela 1, correspondendo ao brônquio do pilar direito. O chanfro da ponta é posicionado para baixo girando o cubo do cateter. (C) 30 ΜL de EBD foi entregue em-74 °, provando a administração de pulmão direito difuso de EBD. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: Abordagem de administração simétrica para administrar unilateralmente agentes a todo o pulmão esquerdo . (A) a intubação do IB esquerdo-tomado o partido foi executada em-74 °, idêntica ao canulação lobar do pulmão esquerdo seletivo (Figura 4B). (B) após uma intubação bem sucedida, a placa plástica foi girada então + 86 ° para permitir a assistência da gravidade durante a administração do agente. A ponta do cateter é então retirada para a profundidade detalhada na tabela 1. O chanfro da ponta é deslocado para baixo girando o cubo do cateter. (C) 30 ΜL de EBD foi entregue com ponta de carga de gel, provando a administração de pulmão esquerdo difuso de EBD. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7: a administração de ti de agentes experimentais é igualmente entregue aos brônquios do pilar, mas leva a diferentes concentrações parenquimatosas pulmonares. (A) a administração de 0, 5% de FITC-dextran (60 μL) deu maior fluorescência no pulmão esquerdo, sugerindo concentrações irregulares de pulmão do agente entregado. (B) esta fluorescência desigual do parênquima pulmonar persiste mesmo quando volumes iguais de 0, 5% de FITC-Dextran (30 μL) são administrados a cada brônquio de esteem. Este desequilíbrio parenquimatoso persistente, apesar da entrega do pilar direito/esquerdo igual, sugere que as diferenças nas concentrações dos agentes pulmonares refletem a diluição no pulmão direito maior (n = 10 por grupo). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 8: maior homogeneidade da deposição do agente por IB ajustado pela dose administração. (A) a assimetria da entrega do parênquima pulmonar é melhorada quando uma maior proporção de agente (40 μl de 0, 5% FITC-Dextran) é administrada ao pulmão direito maior e uma menor proporção de agente (20 μL de 0, 5% FITC-Dextran) para o pulmão esquerdo menor. (B) Apesar dessa melhora da simetria esquerda-direita, permanece a heterogeneidade lobar da deposição do agente (preto: lobo superior; amarelo: lobo médio; azul: lobo inferior; verde: lobo posterior; vermelho: pulmão esquerdo). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 9: melhoramento do modelo de fibrose pulmonar induzida pelo rato, utilizando a administração de IB ajustada pela dose. (A) Aadministração de blm (1,2 mg/kg em solução de 60 μL) induz lesão pulmonar predominante no lado esquerdo/fibrose 21 dias depois, consistente com concentrações pulmonares mais elevadas de agente neste pulmão menor. A simetria esquerda-direita melhora ajustando o volume de BLM a cada lado do pulmão: 40 μL da solução são administrados ao pulmão direito maior e 20 μL da solução são administrados ao pulmão esquerdo menor. I: lobo inferior, M: lobo médio, S: lobo superior, P: lobo posterior. As imagens representam lóbulos de um único rato representativo. (B) consistente com a melhoria da simetria da distribuição, a administração de IB ajustada pela dose de BLM melhora a modelagem fisiológica da fibrose pulmonar, com aumentos mais representativos da elastância do sistema respiratório (ERS) e diminui em capacidade inspiratória (IC) e a complacência dinâmica do sistema respiratório (CRS). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Peso corporal (g) | Número de camundongos testados | Profundidade do cateter (milímetro) para o canulação seletivo |
Profundidade do cateter (milímetro) para o canulação inteiro do pulmão | |
| Pulmão direito | Pulmão esquerdo | |||
| 15 - 19 | 17 | 37 | 38 | 26 |
| 20 - 25 | 22 | 38 | 39 | 27 |
| 25 - 30 | 29 | 39 | 40 | 28 |
| > 30 | 11 | 40 | 41 | 31 |
Tabela 1: profundidade sugerida de inserção do cateter. As profundidades previstas do cateter necessárias seletivamente canular os pulmões longe do ponto de origem e os proximal foram determinados empiricamente usando C57Bl/6 ratos de vários pesos (total = 79 ratos).
| Peso corporal (g) | Número de camundongos testados | Proporção de pesos pulmonares |
| 14 - 10 | 25 | 2, 1 ± 0,16 |
| 20 - 25 | 35 | 1,88 ± 0,27 |
| 25 - 30 | 15 | 1,88 ± 0,27 |
| > 30 | 6 | 2, 3 ± 0, 9 |
Tabela 2: direito: relações de peso do pulmão esquerdo. As diferenças nos pesos pulmonares observadas nos camundongos 81 C57BL/6 demonstram justificativa para a administração corrigida da droga IB. Os pulmões foram dissecados e pesados após uma dose letal de cetamina e xilazina.
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.
A administração intratraqueal (TI) de agentes experimentais em camundongos geralmente resulta em parto assimétrico para os pulmões distais. Neste relatório, nós descrevemos uma aproximação intrabronchial direta (IB) para canular cada pulmão em ratos vivos não-operatively. Essa abordagem pode ser usada para administrar seletivamente agentes a um pulmão ou pode ser adaptada para melhorar a entrega do agente simétrico para ambos os pulmões.
Este trabalho foi financiado pelo NHLBI Grant HL125371 para E.P.S. e pelo DOD (CDMRP) subvenção W81XWH-17-1-0051 para Y.Y.
| Cateter IV blindado 22 G | BD | 381423 | |
| Bleomicina | Enzo life sciences | BML-AP302-0010 | |
| Máquina de anestesia para roedores Mini compacta | DRE Veterinary | 9280 | |
| Evans corante azul | Sigma-Aldrich | E2129 | |
| FITC-dextran | Sigma-Aldrich | FD150 | |
| Isoflurano | Piramal Critical Care | NDC | |
| Luzes de Fibra Óptica LED-30W Duplo Gooseneck Iluminador de Microscópio | AmScope | LED-30W | |
| Cautério de baixa temperatura com ponta fina | Agulha Bovie | AA02 | |
| Precisionglide, 18G x 1" | BD | 305195 | Ponta chanfrada, 12 mm de comprimento |
| Xylazine | AKORN | NDC 59399-110-20 | |
| Zatamine | VetOne | NDC 13985-702-10 | Cetamina |