Summary
慢性膵炎(CP)は、しばしば難治性腹痛に関連する膵臓の炎症および線維症を特徴とする疾患である。本稿では、2,4,6-トリニトロベンゼンスルホン酸(TNBS)を用いた胆管注入を介してCPのマウスモデルを生成する技術を改良することに焦点を当てています。
Abstract
慢性膵炎(CP)は、膵炎や線維症、腺萎縮、腹痛および他の症状を含む複雑な疾患である。CPを研究するためにいくつかのげっ歯類モデルが開発されており、そのうち胆管2,4,6 -トリニトロベンゼンスルホン酸(TNBS)注入モデルは、CPに見られる神経因性疼痛の特徴を再現しています。しかし、マウスの胆管薬物注入は技術的に困難です。このプロトコルは、CPマウスモデルの生成のための胆管TNBS注入の手順を示す。TNBSは十二指腸のヴァーターのアンフィラを通して膵臓に注入された。このプロトコルは、処置中に薬物容積、外科技術および薬物処理を最大限に活用した。TNBS治療マウスは、体重および膵臓の体重減少、疼痛関連行動の変化、および異常な膵形態によって反映されるCPの特徴を示した。これらの改善により、TNBS注射に伴う死亡率は最小限であった。この手順は、膵臓疾患モデルを生成する上で重要であるだけでなく、局所的な膵薬の送達にも有用である。
Introduction
慢性膵炎(CP)は、膵臓の萎縮、線維症、腹痛、および外分泌および内分泌機能の両方の最終的な喪失を特徴とする慢性炎症性疾患である。現在の医学的および外科的治療は治癒的ではありませんが、難治性腹痛、内分泌および外分泌機能不全という疾患の結果である症状を緩和するために行われている。したがって、より効果的な治療が緊急に必要とされる2.動物モデルは、病気のより良い理解を開発し、潜在的な治療薬を調査するための不可欠なツールを提供します3.CP用の複数のマウスモデルが開発されており、その中でセルリンやアルコールモデルが一般的に使用されています。セレルミンは、膵臓分泌を刺激するオリゴペプチドであり、膵萎縮、線維症、とりわけ4を特徴とするCPモデルを再現的に誘導することが示されている。別の一般的なモデルは、L-アルギニンの連続注射を使用します, 人間の患者で観察されたものと同様の外分泌不全を生成します 5.CPはまた、完全または部分的な膵管結紮、ならびに膵管高血圧6、7によって誘発され得る。CPで利用可能な様々な動物モデルにもかかわらず、これらのモデルのどれも効果的にCP患者8によって経験した腹痛を再現しません。
これまでの研究では、2,4,6-トリニトロベンゼンスルホン酸(TNBS)の局所膵臓注射は、CP患者9、10、11が経験した持続的な痛みを複製することを示した。TNBS処置マウスは、腹部過敏症および疼痛関連行動の増加ならびに痛みを伴う刺激に対する「一般化過敏症」を示し、CP患者10において観察されている現象である。TNBSモデルは、CP疼痛を正確に模倣することに加えて、線維症、単核細胞浸潤、および脂肪組織10、12との共生細胞の置換などのヒト状態の他の病理学的特徴を複製する。しかし、胆管を介したTNBS注入は、死を引き起こす可能性のあるマウスでは技術的に困難な手順である。私たちの知る限りでは、胆管注入がどのように行われるかを示す視覚的なプロトコルはありません。本稿では、CPマウスモデルを生成するTNBSの胆管注入の手順を示す。この手順は、CPおよび他の膵臓疾患の研究のための貴重な動物モデルを生成するのに役立ち、膵臓13に他の材料(例えば、ウイルス、細胞)を注入するために使用することができる。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
すべての手順は、サウスカロライナ医科大学とラルフ・H・ジョンソン医療センターの施設動物ケアおよび使用委員会の承認を得て行われました。C57BL/6J雄マウスは、8〜10週齢の間に、この研究で使用された。マウスは、食物および水へのアドリビタムアクセスを伴う標準的な12光/12暗いサイクルの下に収容された。
1. 注射用TNBS溶液の調製
- 10%のエタノールを0.9%生理液に調製します。10%エタノールの1mLに7.5 μLを加えて、10%エタノールのストックTNBS( 材料表を参照)を最終濃度7.5mMに溶解します。
注意:TNBSは化学的危険を示します。フュームフードの中に溶液を準備し、手袋、ゴーグル、ラボコートなどの個人用保護具を使用して、TNBSとの直接接触を避けてください。 - 0.75%TNBS溶液の50 μLを31ゲージ針でインシュリンシリンジにロードします。50 μLの10%エタノールをサリンにロードし、車両制御と同じサイズのシリンジにします。注射器を氷の上に置き、必要になるまで光から保護します。
2. マウスの準備と手術
- 腹部の外科領域から髪を剃ります。
- 手術前に鎮痛薬の先制用量(例えば、ブプレノルフィン0.1mg/kg i.p.)を注入する。
- 1.5-2%のイオブルランと1 L/分の酸素で全身麻酔下でマウスを誘導し、維持する。足の指をつまんで、反射の欠如のために動物を観察することによって麻酔を確認します。
- 手術中に加熱された外科用パッドの上にマウスを置きます。マウスが麻酔下にある場合は、各眼に獣医軟膏を塗布します。
- 手術部位を2%ヨウ素で3倍拭き、続いて70%アルコール(材料表)を拭いて外科部位を消毒する。
- マイクロハサミで開腹術を行い、0.5〜1cmの切開を発生させる。
- 十二指腸を穏やかに露出し、綿棒を使用して共通の胆管を見つける (材料のテーブル).
- 真っ直ぐマイクロヘモクリップ(材料表)を近位共通ダクトの上に置き、TNBSまたは車両溶液が肝臓および胆嚢に流れ込むのを防ぎます(図1A、B)。
- 十二指腸をそっと露出し、Vaterの乳頭を通して膵管に針を挿入します。
- 針がダクトの中に入ったら、針を囲む十二指腸の上に湾曲したマイクロヘモクリップ(材料表)を置き、針を所定の位置に固定し、注入された溶液が十二指腸に入るのを防ぎます。
- 徐々に1分の間に膵管に溶液(TNBSまたは車両)を注入します。
注:TNBSは1分の時間をかけてゆっくりと注入する必要があり、膵臓に5/16インチと31G針のインスリン注射器を灌流すると注入速度を制御しやすくなります。胆管を刺さないように、手をできるだけ安定させておいてください。TNBSが正常に注入された場合、黄色の色が膵臓の内部に見えるかもしれません。 - 注入後、肝臓の近くのマイクロクランプを慎重に取り外し、針と十二指腸を保持しているマイクロクランプを取り外します。
- 慎重に元の位置に十二指腸を返します。
- 閉鎖前に腹腔内に0.5mLの温かい滅菌生理液(36-37°C)を残して、十二指腸が元の位置に戻り、蠕動の回復を助ける。
- 5-0ステッチの連続縫合を使用して、筋肉層の切開を閉じます。4-0ステッチで中断された縫合糸を使用して皮膚を閉じます。
- マウスを含むケージを加熱パッドの上に置き、麻酔からの回復を可能にします。
- マウスが暖かく、持ち場に戻す前に自発的な動きができることを確認してください。
- 手術後も12時間ごとに鎮痛薬(例えば、ブプレノルフィン0.1mg/kg i.p.)と補助熱を提供し続ける。
3. マウスの動作を監視する
- 7日目の手術後に縫合糸を取り除く。
- 最初の週の手術後に、マウスの健康と行動を毎日監視します。発声、背中の姿勢、移動の減少などの苦痛の兆候に注意してください。一日おきに体重を測定します。
- フォン・フレイのモノフィラメント(VFF)を使用して、9,14に記載されているように、腹部の機械的過敏症を測定し、手術後2週間、3週間を行います。
- 上腹部領域10x 1-2 sに昇順で異なる適用力のVFFを適用します。腹部の上昇、引き込み、または舐め(離脱反応)を肯定的な反応として考えてみましょう。
- 肯定的な反応が認められない場合は、より強い刺激を適用し、肯定的な応答が観察された場合は弱い刺激を適用します。引き出しのしきい値は、マウスが50%の時間で応答する力です。
4. 膵組織の採取と組織学的分析
- 子宮頸部脱臼により麻酔下でマウスを犠牲にし、腸や他の器官から慎重に膵臓を解剖する。
- 膵臓を24時間パラホルムアルデヒド10%に固定し、パラフィンに埋め込み、厚さ5μmの切片を切り取り、ガラススライドに入れて染色します。
- ヘマトキシリン-エオジン、およびマッソンのトリクローム染色を、前述の4に記載した標準的な方法を用いて行う。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
胆管注入手順は、この手順10に関連するマウスの死亡率を減少させるために最適化された。TNBSは、最初に35μLまたは50μLの総体積で与えられた。50 μLの容積でTNBSを注入すると、膵臓全体に達し、より均質な疾患表現型を誘導する可能性がある(図1B)。さらに、31G針を用いたインスリン注射器を使用したTNBSの注射は、通常の注射器および針のサイズに対する注入速度をより良く制御することができる。氷の上に貯蔵され、薬物製剤の1時間以内に使用された新鮮な準備されたTNBSはまた、1時間以上調製されたTNBSと比較してより良い結果をもたらした。これらの改善により、受給者の死亡率は制御され、10%以下にとどまった。
体重減少は、コントロール群のマウスが手術後3日間に元の体重の約6%を失い、その後徐々に回復した(21日目の元の体重の104.6%)の特性の1つである(図1C)。対照的に、TNBSを受けているマウスは、最初の5日間に元の体重の平均約15%を失い、その後体重を取り戻した(21日目の元の体重の99.8%)(図1C)。また、対照と比較して、TNBSマウスは、TNBS注射後2週間および3週間で腹腔圧過敏症の増加を示した(図1D)、これは腹痛10の増加に関連している可能性が高い。
胆管TNBS注入がヒトCPを模倣した膵臓変化を効果的に誘導したことを確認するために、手術後3週間でTNBSまたは車両治療対照マウスから膵臓組織を採取した。膵臓の体重当たりのサイズと体重は対照と比較してTNBSマウスで有意に減少した(図2A、B)、重度および長期CPを有するヒトの知見と一致する顕著な膵萎縮を示唆した。さらに、コントロールマウスからの膵臓は明らかな形態変化なしに正常に現れ、TNBSマウスは脂肪細胞浸潤および線維化に置き換えられたアシナル細胞の大量の損失で空胞化を示した(図2C)。これらの知見は、他の研究9,10からの報告と一致した。
図1:CPマウス発生用TNBS胆管注入法(A)胆管注射の図(B)50 μLのインクを注入した後の胆管。(C) TNBSまたは車両を受けているマウスにおける体重変化の平均値。(D) TNBSにおける腹部応答閾値および、注入後3週間でマウスをコントロールする。データは、利用可能な解析ソフトウェア(例えば、GraphPad 8.2.1)を用いて分析した。データはSEM±平均として提示され、グループ間の差異はStudentのt検定を使用して分析され、** p<0.01は統計的に有意であると考えられた。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図 2.TNBS処置マウスにおけるCPの特性評価(A)コントロール(CTR)およびTNBSマウスからの膵臓の顕微鏡写真。(B) 平均膵の体重をCTRマウスおよびTNBSマウスでマウス体重で割った値。(C) CTR及びTNBSマウスの膵臓切片のヘマトキシリン及びエオシン染色スケールバー =100 μm。データは、学生 ±のt検定によってSEM**、p <0.01の平均として提示されます。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
慢性膵炎を誘発するTNBSの胆管注入は、マウスでは技術的に困難であり、マウスの最大22.5%が薬物注入10の3〜4日以内に死ぬ可能性がある。ここでは、この報告書は、以前の研究に基づいて手順を洗練し、早期マウス死亡率を<10%に減少させた。例えば、薬物量の増加(35μLから50μL)は、薬物が膵臓全体に到達することを保証することができる。インスリン注射器と小さい針サイズ(31G)を使用すると、膵管への潜在的な損傷と胆嚢または腹部への胆汁の漏出を減少させ、手術後数日以内にマウスの死を引き起こす可能性が最も高い。胆管の両端をクランプすると、TNBSが胆嚢や腸に漏れるのを防ぎ、死亡を引き起こす可能性があります。ヘモクリップは、注入された膵臓内のTNBSを抑制し、他の組織への損傷を減らしながら有効性を改善する。また、TNBSは0°C以上の温度では安定していません。 そこで、作製したTNBSを用いることで、CP誘導は安定した結果を達成した。
このプロトコルは、生後8〜12週で雄C57BL/6JマウスのCPを効果的に誘導し、体重減少、膵臓萎縮、線維症、および腹痛の可能性を含む慢性膵炎の主要な症状を模倣するモデルを生成する。他のCPマウスモデルと比較して、TNBSモデルは、炎症10、15、16に加えて鎮痛効果を評価するために広く使用されています。TNBSモデルのもう一つの利点は、薬物が膵臓に直接注入されることであり、これは研究17を妨げる可能性のある他の器官への損傷を減少させる。このTNBS CPマウスモデルは、他の慢性膵炎モデルと共に病因と治療オプションを研究するために使用することができます。
この研究の1つの制限は、8〜10週齢の間のマウスのみが使用されたということです。異なる年齢のマウスは膵臓の大きさが異なり、その結果TNBS-CPの発達に影響を与える可能性があるためです。したがって、異なる年齢/サイズのマウスに異なる用量のTNBSを与えるべきかどうかテストする必要があります。それにもかかわらず、この研究は、膵臓疾患に焦点を当てた研究に役立つ可能性のある膵管注入を正常に行う手順を示しています。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
すべての著者は、利益相反を持っていないと宣言しています。
Acknowledgments
この研究は、退役軍人省(VA-ORD BLR&DメリットI01BX004536)と国立衛生研究所の助成金#1R01DK105183、DK120394、およびHWにDK118529によってサポートされました。技術経験を共有してくれたホンジュ・ウー博士に感謝します。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 10% Neutral buffered formalin v/v | Fisher Scientific | 23426796 | |
| Alcohol prep pads, sterile | Fisher Scientific | 22-363-750 | |
| Animal Anesthesia system | VetEquip, Inc. | 901806 | |
| Buprenorphine hydrochloride, injection | Par Sterile Products, LLC | NDC 42023-179-05 | |
| Centrifuge tubes, 15 mL | Fisher Scientific | 0553859A | |
| Ethanol, absolute (200 proof), molecular biology grade | Fisher Scientific | BP2818500 | |
| Extra fine Micro Dissecting scissors 4” straight sharp | Roboz Surgical Instrument Co. | RS-5882 | |
| Graefe forceps 4” extra delicate tip | Roboz Surgical Instrument Co. | RS-5136 | |
| Heated pad | Amazon | B07HMKMBKM | |
| Hegar-Baumgartner Needle Holder 5.25” | Roboz Surgical Instrument Co. | RS-7850 | |
| Insulin syringe with 31-gauge needle | BD | 324909 | |
| Iodine prep pads | Fisher Scientific | 19-027048 | |
| Isoflurane | Piramal Critical Care | NDC 66794-017-25 | |
| Micro clip applying forceps 5.5” | Roboz Surgical Instrument Co. | RS-5410 | |
| Micro clip, straight strong curved 1x6mm | Roboz Surgical Instrument Co. | RS-5433 | |
| Micro clip, straight, 0.75mm clip width | Roboz Surgical Instrument Co. | RS-5420 | |
| Picrylsulfonic acid solution, TNBS, 1M in H2O | Millipore Sigma | 92822-1ML | |
| Polypropylene Suture 4-0 | Med-Vet International | MV-8683 | |
| Polypropylene Suture 5-0 | Med-Vet International | MV-8661 | |
| Sodium chloride, 0.9% intravenous solution | VWR | 2B1322Q | |
| Surgical drape, sterile | Med-Vet International | DR1826 | |
| Tissue Cassette | Fisher Scientific | 22-272416 | |
| Von Frey filaments | Bioseb | EB2-VFF |
References
- Klauss, S., et al. Genetically induced vs. classical animal models of chronic pancreatitis: a critical comparison. The Federation of American Societies for Experimental Biology Journal. 32, 5778-5792 (2018).
- Liao, Y. H., et al. Histone deacetylase 2 is involved in µ-opioid receptor suppression in the spinal dorsal horn in a rat model of chronic pancreatitis pain. Molecular Medicine Reports. 17 (2), 2803-2810 (2018).
- Gui, F., et al. Trypsin activity governs increased susceptibility to pancreatitis in mice expressing human PRSS1R122H. The Journal of Clinical Investigation. 130 (1), 189-202 (2020).
- Sun, Z., et al. Adipose Stem Cell Therapy Mitigates Chronic Pancreatitis via Differentiation into Acinar-like Cells in Mice. Molecular Therapy. 25 (11), 2490-2501 (2017).
- Aghdassi, A. A., et al. Animal models for investigating chronic pancreatitis. Fibrogenesis and Tissue Repair. 4 (1), 26 (2011).
- Scoggins, C. R., et al. p53-dependent acinar cell apoptosis triggers epithelial proliferation in duct-ligated murine pancreas. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. 279 (4), 827-836 (2000).
- Bradley, E. L. Pancreatic duct pressure in chronic pancreatitis. The American Journal of Surgery. 144 (3), 313-316 (1982).
- Zhao, J. B., Liao, D. H., Nissen, T. D. Animal models of pancreatitis: can it be translated to human pain study. World Journal of Gastroenterology. 19 (42), 7222-7230 (2013).
- Winston, J. H., He, Z. J., Shenoy, M., Xiao, S. Y., Pasricha, P. J. Molecular and behavioral changes in nociception in a novel rat model of chronic pancreatitis for the study of pain. Pain. 117 (1-2), 214-222 (2005).
- Cattaruzza, F., et al. Transient receptor potential ankyrin 1 mediates chronic pancreatitis pain in mice. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. 304 (11), 1002-1012 (2013).
- Bai, Y., et al. Anterior insular cortex mediates hyperalgesia induced by chronic pancreatitis in rats. Molecular Brain. 12 (1), 76 (2019).
- Puig-Diví, V., et al. Induction of chronic pancreatic disease by trinitrobenzene sulfonic acid infusion into rat pancreatic ducts. Pancreas. 13 (4), 417-424 (1996).
- Zhang, Y., et al. PAX4 Gene Transfer Induces alpha-to-beta Cell Phenotypic Conversion and Confers Therapeutic Benefits for Diabetes Treatment. Molecular Therapy. 24 (2), 251-260 (2016).
- Ceppa, E. P., et al. Serine proteases mediate inflammatory pain in acute pancreatitis. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. 300 (6), 1033-1042 (2011).
- Puig-Divi, V., et al. Induction of chronic pancreatic disease by trinitrobenzene sulfonic acid infusion into rat pancreatic ducts. Pancreas. 13 (4), 417-424 (1996).
- Xu, G. Y., Winston, J. H., Shenoy, M., Yin, H., Pasricha, P. J. Enhanced excitability and suppression of A-type K+ current of pancreas-specific afferent neurons in a rat model of chronic pancreatitis. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. 291 (3), 424-431 (2006).
- Drewes, A. M., et al. Pain in chronic pancreatitis: the role of neuropathic pain mechanisms. Gut. 57 (11), 1616-1627 (2008).
