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Medicine

脓毒症动物模型,用于评估新型草药疗法

doi: 10.3791/3926 Published: April 11, 2012

Summary

败血症是指从微生物感染导致的全身炎症反应综合征,可以被称为盲肠结扎穿刺(CLP)外科技术模拟。在这里,我们描述了一个方法来使用CLP诱导的动物模型,筛选治疗药物的药材。

Abstract

败血症是指从微生物感染导致的全身炎症反应综合征。它已经在动物经常模拟一些技术,包括输注外源性细菌毒素(内毒素血症)或细菌(菌血症),以及盲肠结扎穿孔(CLP)1-3盲肠手术穿孔。电使细菌溢出和粪便污染腹腔,阑尾炎穿孔或憩室炎的临床模仿人类疾病。控制败血症的严重程度,最终死亡率反映,可以通过改变盲肠穿刺2针的大小手术。在动物实验中,中电诱发心血管疾病,代谢和免疫反应类似,双相血流动力学观察临床过程,在人类败血症3。因此,中电模型被认为是最有关的临床实验败血症模型1-3。/ P>

各种动物模型已被用来澄清复杂的实验性败血症的发病机制。败血症的致命后果,部分原因是由于早期细胞因子的过度积累(如肿瘤坏死因子,IL-1和IFN-γ)4-6和晚期炎症介质(例如,HMGB1的)7。早期炎性细胞因子相比,晚长效调解员有更宽的治疗窗的临床应用。例如,开始CLP 24小时内的HMGB1的中和抗体的延迟管理,仍然救出小鼠致死8,9,建立HMGB1的后期调解作为一个致命的败血症。后期长效调解员发现HMGB1的败血症治疗,使用中国传统中药的发展已开始了新的调查领域。在本文中,我们描述了一个CLP诱导的脓毒症的过程,其使用中草药筛选用于HM的GB1-靶向治疗。

Protocol

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1。败血症动物模型的建立

  1. 小鼠麻醉与氯胺酮(75毫克/千克,肌肉注射,IM)和甲苯噻嗪(10毫克/千克,IM),并放置在仰卧位。
  2. 鼠标的脚,用胶带固定,以确保一个稳定的位置。
  3. 3个交替的优碘或其他皮肤消毒和酒精擦洗干净腹部。然后,让一个15毫米的中线切口,显露盲肠。
  4. 盲肠尖约5.0毫米用4-0丝线结扎的盲肠,然后用22号针头穿刺盲肠结扎残端一次让粪便的挤压。
  5. 盲肠立即更换回到其正常的腹腔内的位置。
  6. 关闭切口部位两层,首先关闭的可吸收缝合线的腹部肌肉,然后关闭皮肤伤口剪辑或不可吸收缝线。
  7. 用0.5毫升生理盐水复苏鼠标和一个单一的做亚胺培南(0.5毫克/鼠标,皮下注射),完成后立即手术本身。
  8. 返回鼠标到一个干净的笼子里,免费获得食物和水。
  9. 在不同时间点后电或组件,​​中草药提取物腹腔注射。
  10. 两个多星期监测动物的生存。垂死的动物展出站立困难,濒死呼吸,严重的肌肉萎缩和不受控制的出血应过量二氧化碳吸入安乐死。
  11. 重要的是要注意的循环细胞因子水平在这些研究中的重要参数。各种止痛药已被证明影响细胞因子的释放和活动,因此一直有意避免在术后护理。

2。中草药提取物的制备

  1. 热水(85℃)中提取1-4小时(叶,1小时和4小时的根)的草药。
  2. 离心水luble分数(3300克,20分钟,4°C间),除去不溶性微粒。
  3. 滤液通过0.2微米过滤的上清。
  4. 明确水溶性滤液分数,然后分次使用超滤Centriprep YM-10离心式过滤器(4305。目录,Millipore公司)。
  5. 导致低(<10 kDa的)和高(> 10 kDa)的分子量组分(一三五)筛选的HMGB1抑制巨噬细胞的文化活动。
  6. 腹腔注射抑制HMGB1的中草药提取物,或在24小时后电组件,以评估其疗效。

3。腹膜巨噬细胞的分离

  1. 硫乙醇酸盐肉汤(4%,2.0毫升)管理进入正常小鼠腹腔。
  2. 原发性腹膜巨噬细胞在3如先前所述10天收获。
  3. 巨噬细胞预培养1为辅的DMEM培养基(Gibco BRL公司,大岛,纽约)0%小牛血清(FBS),2 mmol / L谷氨酰胺,1%青霉素。
  4. 轻轻洗净,用壁巨噬细胞,培养,无血清OPTI-MEM中我前两小时,细菌内毒素刺激的媒介(脂多糖,内毒素,大肠杆菌0111:B4,Sigma-Aldrich公司)。
  5. 在LPS刺激后16小时,在培养基中HMGB1水平确定免疫印迹分析11。
  6. 带强度相对量化使用NIH图像1.59软件与纯化的HMGB1产生的标准曲线,以确定与HMGB1水平。

4。代表结果

1。电引起全身和局部炎症。

电外科手术的几个小时内,动物表现出败血症的临床症状,包括立毛,嗜睡,拥挤,食物和水的摄入量减少。发展与连续全身严重的腹膜炎的动物感染通常48 - 96小时内死亡。然而,甚至年龄,性别,遗传背景相匹配的动物可以回应中电手术在败血症实验过程中的区别方式。例如,在48小时后电,而一些动物可能已接近垂死状态( 如图1定义),其他人可能会保持在一个非垂死的状态。

循环细胞因子的综合调查结果显示,在多种细胞因子水平之间的巨大差异,在小鼠的垂死和非垂死状态( 1)12(IL-6架KC,MIP-2,人sTNFR1)。值得注意的是,这些炎症介质已被列为败血症的替代指标,因为他们的水平在12-14实验或临床败血症15致命结果的可靠预测。此外,中电也引起了当地的各种亲和抗炎细胞因子和趋化因子的释放。例如,在48小时电后,大量的细胞因子(如IL-6)和趋化因子(KC和MIP-2)还可以测量血液中不仅系统,而且在当地的腹腔灌洗液( 图2)。

2。抑制HMGB1的中草药提取物或成分的筛选。

巨噬细胞的培养,我们能够评估在抑制内毒素诱导的HMGB1释放的各种中草药提取物或组件的能力( 图3)。鉴于其在抑制HMGB1释放的能力,我们进一步探讨其疗效在动物模型败血症。鉴于HMGB1的积累在实验败血症8月底和长期动力学,首次剂量的HMGB1抑制剂败血症发病后24小时-时间点小鼠败血症的明显迹象,包括嗜睡,腹泻,毛发直立。如图4所示,延迟和重复管理的一个主要的绿茶Çomponent,儿茶素-3 -没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG),败血症发病后24小时开始,显着救出致命的败血症小鼠12。即使口服,EGCG致命的败血症小鼠仍然获救,显着提高动物的存活率从16%到44%,16。这将是重要的,以确定是否与几种中药成分的组合疗法可以实现在败血症动物模型的一个重要更好的保护。两者合计,这些实验数据证实了我们的画面新颖的治疗药物,使用CLP诱导的脓毒症动物模型的方法。

5。代表结果

图1
图1。循环的替代指标水平显着高于化粪池动物接近垂死状态。BALB / C小鼠败血症,中电和监测疾病迹象的发展。在后期,败血症(52小时后电)3正常小鼠(电),3脓毒症小鼠接近垂死状态,和3个非垂死的状态脓毒症小鼠采血。汇集从各组血清,测定细胞因子抗体阵列配置文件。请注意在几个不同群体之间的替代指标的相对水平的巨大差异。 DOI适应10.1371/journal.pone.0001153.g006从出版商授予许可。

图2
图2。中电在48小时后电BALB / C小鼠的局部和全身的细胞因子和趋化因子的检测受到败血症,血液或腹膜透析液,在48小时后电收获。细胞因子抗体阵列测定混合血清或腹腔灌洗液中的一些细胞因子和趋化因子的相对水平,表现为任意单位(非盟)。作为控制,血液和腹膜透析液SAmples取自正常健康的动物(电)不开腹手术。

图3
图3。中药成分的剂量依赖性地抑制巨噬细胞培养小学内毒素诱导的HMGB1释放。小学小鼠腹腔巨噬细胞刺激脂多糖,在没有或中草药成分的存在(例如,EGCG,15微米)。在LPS刺激后16小时,在培养基中HMGB1水平,Western blot分析确定。 DOI适应10.1371/journal.pone.0001153.g006从出版商授予许可。

图4
图4。中草药成分救出致命的败血症小鼠 BALB / C小鼠中电受到致命的败血症,中草药成分(儿茶素)腹腔注射+24 +48,+72小时发布败血症的发病。一个监测IMAL存活长达两周。采用Kaplan-Meier法比较组之间的死亡率差异。 *,P <0.05与生理盐水。 DOI适应10.1371/journal.pone.0001153.g006从出版商授予许可。

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Discussion

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在实验室中,败血症的几种动物模型已受聘了解败血症的发病机理,以开发潜在的新疗法。成功翻译成败血症的临床应用前的动物实验研究及其临床意义仍然是一个辩论的题目。虽然对早期细胞因子的中和抗体(如肿瘤坏死因子)在菌血症/内毒素血症17,18动物模型的保护,他们实际上恶化19败血症动物模型的生存。同样,最抗TNF药物未能表现出败血症20-22临床试验的疗效。这种故障反映部分潜在的致病机制的复杂性败血症23,24。此外,它也可能是在选择归属陷阱:1)非现实可行的治疗靶点或药物; 2)药物的最佳剂量和时机; 3)临床结果的措施(如死亡率)25。 HMGB1的,针对中药提取物和绿茶12,16,26,当归,丹参27 /组件,包括最近发现提供了临床调查,用人败血症动物模型的成功例子。在这一领域的进一步调查将揭示潜在的调节先天免疫反应的分子级联更多的光线,并提供线索,以发展为治疗各种炎症性疾病。当第一次建立在你的实验室的电,努力应予以执行手术过程,为快速,准确,以确保尽可能重复性,尤其是当使用了大量的老鼠(30-40)比较几个实验组之间的生存率一个实验。长效麻醉药(如氯胺酮和甲苯噻嗪)的使用,使我们能够在一个相对短的时间内完成大量的小鼠CLP手术,同时有助于消除潜在的剂量变异经常使用挥发性麻醉药时发生。生存率和全身细胞因子的积累,可作为中华过程中的成功表现的迹象。

电模型已被广泛用于啮齿动物,因为成本低,简单的手术,和广泛的病理,免疫学,生理表征明显的优势。然而,也有数量限制的鼠标CLP模型1-3。举例来说,像所有的动物模型,一个物种的差距突出的事实,没有盲肠结扎穿刺可以是人类,但不是在小鼠致命。此外,由于体积小鼠标和脱水后电,它往往是很难获得串行血液样本的细胞因子的测量。这些缺点可以部分克服2,3,27,28电较大的动物模型建立。此外,重要的是指出,死亡率和腹膜炎在啮齿类动物中的进展,在很大程度上是由粪便挤出量确定,这是针用于穿刺盲肠穿刺数计的影响,结扎盲肠和粪便2粘度的总量, 3。此外,中华早期使用抗生素的剂量和频率,也可以影响死亡率。最后,动物源和居住环境也有助于死亡率的差异。

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Disclosures

AES和硬件共同发明专利申请有关的HMGB1抑制剂为败血症的潜在治疗药物(丹参酮)。

Acknowledgments

这项工作是由国立卫生研究院,国家普通医学科学研究所(R01GM063075)和国家补充和替代医学中心(R01AT05076)赠款支持。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Betadine Purdue Products L.P. 25655-41-8
imipenem Merck & Co., Inc. 9882821
Ketamine HCl Hospira Inc. RL-0065
Xylazine Lloyd, Inc. 4821
Autoclip BD Biosciences 427631
4-0 silk suture Roboz Surgical Instruments Co. SUT-15-2
Surflo I.V. Catheter Terumo Medical Corp. SR*OX2419CA
RayBio mouse cytokine antibody array RayBiotech, Inc. AAM-CYT-3
Thioglycollate BD Biosciences 211716

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References

  1. Wichterman, K. A., Baue, A. E., Chaudry, I. H. Sepsis and septic shock--a review of laboratory models and a proposal. J. Surg. Res. 29, 189-201 (1980).
  2. Baker, C. C., Chaudry, I. H., Gaines, H. O., Baue, A. E. Evaluation of factors affecting mortality rate after sepsis in a murine cecal ligation and puncture model. Surgery. 94, 331-335 (1983).
  3. Hubbard, W. J. Cecal ligation and puncture. Shock. 24, Suppl . 1. 52-57 (2005).
  4. Akira, S., Takeda, K. Toll-like receptor signalling. Nat. Rev. Immunol. 4, 499-511 (2004).
  5. Baggiolini, M., Loetscher, P. Chemokines in inflammation and immunity. Immunol. Today. 21, 418-420 (2000).
  6. Balkwill, F. Cytokines--soluble factors in immune responses. Curr. Opin. Immunol. 1, 241-249 (1988).
  7. Wang, H. HMG-1 as a late mediator of endotoxin lethality in mice. Science. 285, 248-251 (1999).
  8. Yang, H. Reversing established sepsis with antagonists of endogenous high-mobility group box 1. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101, 296-301 (2004).
  9. Qin, S. Role of HMGB1 in apoptosis-mediated sepsis lethality. J. Exp. Med. 203, 1637-1642 (2006).
  10. Ray, A., Dittel, B. N. Isolation of Mouse Peritoneal Cavity Cells. J. Vis. Exp. (35), e1488 (2010).
  11. Rendon-Mitchell, B. IFN-gamma Induces High Mobility Group Box 1 Protein Release Partly Through a TNF-Dependent Mechanism. J. Immunol. 170, 3890-3897 (2003).
  12. Li, W. A Major Ingredient of Green Tea Rescues Mice from Lethal Sepsis Partly by Inhibiting HMGB1. PLoS ONE. 2, e1153 (2007).
  13. Osuchowski, M. F., Welch, K., Siddiqui, J., Remick, D. G. Circulating cytokine/inhibitor profiles reshape the understanding of the SIRS/CARS continuum in sepsis and predict mortality. J. Immunol. 177, 1967-1974 (2006).
  14. Heuer, J. G. Evaluation of protein C and other biomarkers as predictors of mortality in a rat cecal ligation and puncture model of sepsis. Crit. Care. Med. 32, 1570-1578 (2004).
  15. Bozza, F. A. Cytokine profiles as markers of disease severity in sepsis: a multiplex analysis. Crit. Care. 11, R49 (2007).
  16. Li, W. EGCG stimulates autophagy and reduces cytoplasmic HMGB1 levels in endotoxin-stimulated macrophages. Biochem. Pharmacol. 81, 1152-1163 (2011).
  17. Beutler, B., Milsark, I. W., Cerami, A. C. Passive immunization against cachectin/tumor necrosis factor protects mice from lethal effect of endotoxin. Science. 229, 869-871 (1985).
  18. Tracey, K. J. Anti-cachectin/TNF monoclonal antibodies prevent septic shock during lethal bacteraemia. Nature. 330, 662-664 (1987).
  19. Eskandari, M. K. Anti-tumor necrosis factor antibody therapy fails to prevent lethality after cecal ligation and puncture or endotoxemia. J. Immunol. 148, 2724-2730 (1992).
  20. Ziegler, E. J. Treatment of gram-negative bacteremia and septic shock with HA-1A human monoclonal antibody against endotoxin. A randomized, double-blind, placebo-controlled trial. The HA-1A Sepsis Study Group. N. Engl. J. Med. 324, 429-436 (1991).
  21. Ziegler, E. J. Treatment of gram-negative bacteremia and shock with human antiserum to a mutant Escherichia coli. N. Engl. J. Med. 307, 1225-1230 (1982).
  22. Abraham, E. Efficacy and safety of monoclonal antibody to human tumor necrosis factor alpha in patients with sepsis syndrome. A randomized, controlled, double-blind, multicenter clinical trial. TNF-alpha MAb Sepsis Study Group. JAMA. 273, 934-941 (1995).
  23. Cohen, J. Adjunctive therapy in sepsis: a critical analysis of the clinical trial programme. Br. Med. Bull. 55, 212-225 (1999).
  24. Dellinger, R. P. Surviving Sepsis Campaign: international guidelines for management of severe sepsis and septic shock: 2008. Crit. Care Med. 36, 296-327 (2008).
  25. Wang, H., Zhu, S., Zhou, R., Li, W., Sama, A. E. Therapeutic potential of HMGB1-targeting agents in sepsis. Expert. Rev. Mol. Med. 10, e32 (2008).
  26. Wang, H. The aqueous extract of a popular herbal nutrient supplement, Angelica sinensis, protects mice against lethal endotoxemia and sepsis. J. Nutr. 136, 360-365 (2006).
  27. Li, W. A cardiovascular drug rescues mice from lethal sepsis by selectively attenuating a late-acting proinflammatory mediator, high mobility group box 1. J. Immunol. 178, 3856-3864 (2007).
  28. Fukuyama, M. Mixed bacterial infection model of sepsis in rabbits and its application to evaluate superantigen-adsorbing device. Blood Purif. 23, 119-127 (2005).
脓毒症动物模型,用于评估新型草药疗法
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Li, W., Zhu, S., Zhang, Y., Li, J., Sama, A. E., Wang, P., Wang, H. Use of Animal Model of Sepsis to Evaluate Novel Herbal Therapies. J. Vis. Exp. (62), e3926, doi:10.3791/3926 (2012).More

Li, W., Zhu, S., Zhang, Y., Li, J., Sama, A. E., Wang, P., Wang, H. Use of Animal Model of Sepsis to Evaluate Novel Herbal Therapies. J. Vis. Exp. (62), e3926, doi:10.3791/3926 (2012).

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