DNBS / TNBS Colitis-Modelle: Einblicke in chronisch entzündlichen Darmerkrankungen und Effekte von Nahrungsfett
Summary
DNBS / TNBS induzierte Colitis bietet eine alternative und kostengünstige Methode, um die Pathobiologie von entzündlichen Darmerkrankungen zu untersuchen. Die in diesem Papier diskutiert Protokoll beschreibt die erfolgreiche Anwendung von DNBS Colitis bei Mäusen und Ratten zu induzieren, und erlaubt es, Host-Mediated-Darm-Reaktionen gründlich zu studieren.
Abstract
Chronisch entzündliche Darmerkrankungen (IBD), einschließlich Morbus Crohn und Colitis ulcerosa, sind seit langem mit einer genetischen Basis gebracht worden, und vor kurzem Gastgeber Immunantwort auf mikrobielle und Umweltfaktoren. Dinitrobenzolsulfonsäurelösung (DNBS)-induzierte Colitis ermöglicht es, die Pathogenese der IBD damit verbundenen Umwelt Auslöser wie Stress und Ernährung, die Auswirkungen von möglichen Therapien, und die zugrunde liegenden Mechanismen Darmentzündung und Schädigung der Schleimhaut zu studieren. In dieser Arbeit untersuchten wir die Wirkungen von diätetischen n-3 und n-6-Fettsäuren von der Kolon-Schleimhaut-entzündliche Reaktion auf DNBS-induzierte Colitis bei Ratten. Alle Ratten wurden identisch Diäten mit Ausnahme der verschiedenen Arten von Fettsäuren gefüttert [Färberdistelöl (SO), Rapsöl (CO), oder Fischöl (FO)] drei Wochen vor der Belichtung mit DNBS Intrarectale. Steuer Ratten intrarektalen Ethanol weiter an Gewicht über der 5-Tage-Studie, während DNBS behandelten Ratten Lipid Diäten alle lost Gewicht mit FO-und CO-gefütterten Ratten zeigen signifikanten Gewichtsverlust von 48 h und Ratten SO von 72 Stunden zugeführt. Gewichtszunahme wieder nach 72 Stunden nach DNBS, und um 5 Tage nach DNBS hatte der FO-Gruppe einen höheren Körpergewicht als SO oder CO-Gruppen. Darmabschnitten sammelte 5 Tage nach der Behandlung zeigte DNBS-Brenngeschwürbildung, Krypta Zerstörung, Becher-Zell-Depletion und Schleimhaut Infiltration von akuten und chronischen Entzündungszellen, die in ihrer Schwere unter Diätgruppen unterschieden. Die SO zugeführt Gruppe zeigte die schwersten Schäden, gefolgt von der CO und FO gefüttert Gruppen, die die mildesten Grad der Gewebeverletzung zeigte. Ebenso Kolon Myeloperoxidase (MPO)-Aktivität, einem Marker der Neutrophilen-Aktivität war signifikant höher in SO durch CO gefütterten Ratten gefolgt, mit LWL-gefütterten Ratten mit deutlich niedrigeren MPO-Aktivität. Diese Ergebnisse zeigen die Verwendung von DNBS-induzierte Colitis, wie in diesem Protokoll beschrieben, um den Einfluss der Ernährung bei der Pathogenese von IBD zu bestimmen.
Introduction
Entzündliche Darmerkrankungen (IBD) ist durch eine chronische rezidivierende Entzündung im Magen-Darm-Trakt (GI) gekennzeichnet, was zu Symptome von Durchfall, Gewichtsverlust, und Bauchschmerzen. Colitis ulcerosa (UC) und Morbus Crohn (CD) sind die beiden Hauptformen von IBD und kann von dem Ort der Entzündung im Gastrointestinaltrakt zu unterscheiden. In UC-Patienten, die Entzündung umfasst in der Regel das Rektum und erstreckt sich lückenlos bis der Doppelpunkt für einen variablen Umfang, die nur die oberflächlichen Schleimhaut. Im Gegensatz dazu kann CD jeden Teil des GI-Trakt beeinflussen, obwohl es betrifft vor allem das Ileum und Blinddarm. CD häufig manifestiert sich als transmurale Entzündung häufig mit Granulome verbunden und führt zu Strikturen (fibrostenotischen) und / oder das Eindringen (Fistel) Krankheit. Obwohl die Ätiologie der IBD bleibt schwer zu fassen, ist es gut möglich, dass IBD ist multifaktoriell, an denen Wechselwirkungen zwischen den Hosts Immunsystems, genetische Anfälligkeit und verantwortungsses für Umwelt-und mikrobielle Faktoren.
Bisher wurden verschiedene Modelle von IBD vorgeschlagen worden, die verschiedene klinische, histologische und Immunantworten Charakteristik UC und CD anzuzeigen. Die am häufigsten verwendeten Modelle sind mit genetisch veränderten Mäusen (IL-2, IL-10, SAMP / Yit), Infektionen induziert Modelle (Citrobacter rodentium, Salmonella typhimurium), Adoptivtransfermodelle (CD45 + RB High, CD62L +-Zelltransfer in SCID-Mäuse) und chemisch induzierte Colitis Modelle (Dextran-Natriumsulfat (DSS), Trinitrobenzolsulfonsäure (TNBS) und Dinitrobenzolsulfonsäurelösung (DNBS)). Aufgrund ihrer geringen Kosten und schnelles Einsetzen der Krankheit werden chemische Modelle als von unschätzbarem Wert für die Untersuchung der verschiedenen Aspekte der IBD. Jeder der chemischen ulcerosa Modelle aufgelistet hat Vorteile sowie Einschränkungen in einigen Aspekten ihrer klinischen, histologischen und immunologischen Bedeutung für IBD. DSS ist eines der eingesetzten coli zu induzieren häufigsten chemischen Methodentis bei Nagern ein. Die Verabreichung von 3-10% DSS (MW: 42 kDa) für 7-10 Tage im Trinkwasser von Mäusen können Symptome und Anzeichen einer Kolitis einschließlich Gewichtsverlust, Durchfall mit Blut, Darmverkürzung, Schleimhautgeschwüren und neutrophile Infiltration zu induzieren. Dieses Modell ist besonders nützlich für Wirkstoff-Screening-Studien, sowie die Erforschung der Mechanismen der epithelialen Regeneration, die Auswirkungen der angeborenen Immunität auf Schleimhaut-Homöostase und die Rolle von Entzündungen bei der Förderung der Darm Dysplasie und Adenokarzinom Entwicklung. Es gibt jedoch einige Nachteile, die DSS-Modell, einschließlich einer Variation der Konzentration des DSS erforderlich ulcerosa in verschiedenen Tiereinrichtungen zu induzieren, sowie inkonsistent Wasseraufnahme durch Mäuse und somit inkonsistent Einwirkung von DSS, was zu einer Variation in dem Ausmaß, Umfang und Verteilung der Schädigung der Schleimhaut und Geschwüre im Dickdarm. All diese Eigenschaften führen zu Heterogenität der Ergebnisse und die Fähigkeit, Ergebnisse in Studien fr vergleichen begrenzenom verschiedenen Forschungsgruppen.
Eine Alternative zu der DSS-Modell ist die Hapten-induzierte DNBS oder TNBS Modelle ulcerosa. Dieses Modell setzt die rektale Applikation von der Schleimhaut Sensibilisierungsmitteln DNBS oder TNBS, in unterschiedlichen Konzentrationen von Ethanol verdünnt. Die Verabreichung von Ethanol ist eine Voraussetzung, um den Dickdarm Schleimhaut-Barriere zu brechen, um das Eindringen von DNBS oder TNBS in die Lamina propria zu ermöglichen. DNBS / TNBS dann haptenize die lokalisierten Kolon-und Darm mikrobielle Proteine immunogen zu werden, wodurch die Gastgeber angeborenen und adaptiven Immunantworten Triggerung. In der Regel wird dieses Modell mit schweren und manchmal blutigen Durchfall, Gewichtsverlust und Darmwandverdickung jedoch Symptome variieren je nach der Art von Nagetier verwendet wird, als auch den Zeitpunkt, Dosis und der Grad der Belastung durch die DNBS oder TNBS in das verwendete verbunden Studie. Wichtige Unterschiede zwischen Ratten und Mäusen sollte angemerkt werden, mit den Vorteilen der geringeren Kosten für den Kauf und Verpflegung, sowie lower Körpermasse für abnehmende pro-Tier Kosten der Behandlung in vivo. Dies sollte gegen die schnelleren und schwereren Verlauf von Colitis bei Mäusen, denen die zerbrechlich und reaktions Tiere können schnell eine humane Endpunkt erreichen eingestellt werden.
Die Darmentzündung führt zunächst aus Ethanol induzierte Schäden intestinalen Epithelzellen, was zu einer erhöhten Durchlässigkeit epithelialen, mikrobielle Eindringen in die Schleimhaut, haptenization von Wirtsproteinen, all dies was die Infiltration von Neutrophilen, Makrophagen und Th1-T-Lymphozyten in das geschädigte Schleimhaut. Im Vergleich zu DNBS wird TNBS als gefährliche Chemikalie aufgrund seiner hochoxidativen Eigenschaften, die eine Explosionsgefahr bei Kontakt mit Basen, wie Natrium-und Kaliumhydroxid darstellen kann betrachtet. Daher DNBS wird derzeit als bevorzugte Wahl von chemischen über TNBS Colitis induzieren angesehen. Bei Nagetieren ist DNBS ulcerosa als eine der günstigsten Methoden als die fol studierenFlügel IBD verbunden Modifikatoren der Krankheit:
- Depression und Reaktivierung von Colitis: Es hat sich gezeigt, dass Stress, Angst und Depression bei CED-Patienten sind häufig mit Krankheitsrückfall verbunden. DNBS ulcerosa ist ein geeignetes Modell, um die Rolle der Depression und ihre Auswirkungen auf die Reaktivierung von Colitis bei Mäusen untersucht. Das Verfahren beinhaltet typischerweise Anfangs Induktion von Colitis durch DNBS, gefolgt von der Auflösung des ulcerosa, indem man die Mäuse für 6-8 Wochen. Die Mäuse werden dann mit Depressionen verursachen Mittel wie Reserpin oder durch Geruchs Bulbektomie verabreicht, um die Depression, gefolgt von Testen sie für die Reaktivierung der Colitis durch Herausforderung mit einem subcolitic Dosis von 2 DNBS induzieren.
- Stress und Reaktivierung von Colitis: Stress ist ein weiterer gemeinsamer Umweltfaktor, der Pathogenese IBD in Verbindung gebracht wurde. Es gibt eine wachsende Zahl von Hinweisen, die eine starke Assoziation zwischen chronischem Stress und dem Auftreten der Symptome von UC und CD in Nagetier schlägts sowie bei Menschen und nicht-menschlichen Primaten 3. DNBS ulcerosa ist ein gutes Modell, um Stress-assoziierte Kolitis Reaktivierung des in Mäusen und Ratten. Die Methode wird in der Regel in einer ähnlichen Weise, wie oben erwähnt, außer für Depressionen anstelle von Depressionen eingesetzt werden, werden die Tiere auf Stressfaktoren wie Schall-und Zurückhaltung Stress 4 ausgesetzt.
- Neurogener Entzündung: Eine Reihe von Studien haben entweder vorübergehende oder dauernde Veränderungen in der enterische Nervensystem (ENS) Struktur und Funktion, wie in Gewebeproben von Tiermodellen und bei Patienten mit IBD ersichtlich beschrieben. DNBS ist ein gutes Modell, um die Auswirkungen der Entzündung auf der ENS 5 zu erkunden und sowohl noradrenerge und cholinerge Nervenbahnen 6 zu studieren.
- Verletzungs-Reparaturmechanismen: Während IBD Pathogenese, Wirt stamm Verletzungen Mediatoren wie reaktive Sauerstoffspezies (ROS), Stickstoffmonoxid (NO), interzelluläres Adhäsionsmolekül 3 (ICAM-3), und P-Selektin sind alle p dargestelltlag eine Rolle in der epithelialen Darmstörungen. DNBS ist ein ausgezeichnetes Modell, um Verletzungen durch die Hochregulation dieser Mediatoren sowie Reparaturmechanismen, die durch den Einsatz von selektiven Inhibitoren Drogen oder 7,8 reguliert werden verursacht studieren.
- Transmurale Entzündung: Zusätzlich zu den oben erwähnten Anwendungen der DNBS, das Modell kann auch angewendet werden, um eine transmurale Entzündung des Darms, eine klassische Funktion in Patienten mit CD studieren. Beide DNBS und TNBS-induzierte Colitis mit signifikanten Eindringen von Lymphozyten zugeordnet ist, in die Darmschleimhaut macht diese Modelle besonders nützlich, um T-Zell-abhängigen Immunmechanismen zu untersuchen.
Im Vergleich mit dem DSS-Modell, die Vorteile der DNBS und TNBS-induzierte Colitis sind geringe Kosten, schnelle Entwicklung einer Kolitis (erfordert in der Regel 1-3 Tage, um reproduzierbare Geschwüre und Entzündungen zeigen) und konsistente lokalisierte Schäden an der distalen Dickdarm. Aber die Nachteile sind eine Voraussetzung für einehöheres Maß an technischem Know-how, die Optimierung der DNBS / TNBS-Dosis, und die Notwendigkeit für die Anästhesie für die rektale Verabreichung.
In dieser Methodenpapier untersuchten wir die Wirkung von verschiedenen Konzentrationen von n-6 und n-3 mehrfach ungesättigten Fettsäuren auf die Änderung der Kolon-Schleimhaut Reaktion auf DNBS-induzierte Colitis bei Ratten unter Verwendung der Pflanzenöle Distelöl (SO) und Rapsöl (CO) und Fischöl (FO). Es ist gezeigt worden, dass n-6 und n-3-Fettsäuren sind wichtige Mediatoren von entzündlichen Darmerkrankungen durch ihre Rolle als Acylreste der Zellmembran Phospholipiden 9. Im Gegensatz zu der proinflammatorischen Potential der n-6-Fettsäuren, sind n-3-Fettsäuren bei ausreichend hohen Aufnahme potentiell wirksame entzündungshemmende Mittel. Die entzündungshemmenden Wirkungen von n-3-Fettsäuren werden direkt durch Austausch von Arachidonsäure als Substrat Eicosanoid-vermittelte Hemmung der Arachidonsäure-Metabolismus und indirekt über die Veränderung der proinflammatory Genexpression und Zellsignalisierung. Die n-3-Fettsäuren führen auch zu resolvins, eine Familie von antiinflammatorischen Mediatoren. Hohe Aufnahme von n-3-Fettsäuren mit einer Abnahme in der Produktion von proinflammatorischen Eicosanoiden, Zytokine, Chemokine, reaktiven Sauerstoffspezies und die Expression von Adhäsionsmolekülen verbunden. In dieser Studie wurden Ratten ad libitum Diäten in aller Nährstoffe identisch, außer Fettsäuren zugeführt, wobei als ein Prozent Energie aus Fett, 20% SO, 20% CO, 18% Fischöl plus 2% Distelöl (FO) 10-11 . In Prozent der täglichen Energie die SO Nahrung zuge 15% Linolsäure (LA), mit <0,06% α-Linolensäure (ALA) und keine Eicosapentaensäure (EPA) oder Docosahexaensäure (DHA), die CO-Diät hatte 4,2 LA% und 1,9% ALA ohne EPA oder DHA, und die FO Ernährung vorgesehen 1,4% EPA, DHA 4,9%, 0,32% LA, und 0,12% ALA. Drei Wochen nach Beginn der Diät Lipid wurden die Mäuse intrarektale DNBS oder 50% igem Ethanol verabreicht und nach 5 Tagen geopfert. Der Einflammatory Antwort wurde durch Bewertung der Gewichtsverlust, histologischen Scores und Gewebeschäden Myeloperoxidaseaktivität ausgewertet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die in diesem Protokoll beschrieben DNBS Modell ist ein wertvolles, kostengünstig und reproduzierbar Colitis-Modell, das verwendet werden kann, um verschiedene Aspekte der IBD zu untersuchen. Wenn intrarektal an Ratten oder Mäusen verabreicht, DNBS induziert einen wesentlichen Grad der Entzündung und Gewebeverletzung im Dickdarm, Menschen Morbus Crohn ähneln in Bezug auf die verschiedenen histologischen Merkmale einschließlich transmurale Infiltration von polymorphkernigen Zellen und vorherrschende NF-kB-abhängige…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde durch Betriebskostenzuschüsse zur KJ aus den Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) und der Morbus Crohn und Colitis Foundation of Canada (CCFC) unterstützt. VM wird von einem CFRI Fellowship und GB ein Absolvent Stipendium von der kanadischen Institutes für Gesundheitsforschung (CIHR) unterstützt. BAV ist ein Kinder mit Darm-und Leber-Erkrankungen Foundation (KIND) Lehrstuhl für Pädiatrische IBD Forschung und dem Canada Research Chair in Pädiatrische Gastroenterologie und KJ ist Senior Scientist Kliniker von Kind und die Kinder-und Familienforschungsinstitut (CFRI) Arzt-Wissenschaftler Award-Programm unterstützt , University of British Columbia.
Materials
| 1 mL syringe | BD Biosciences | 309659 | |
| 19 gauge needle | BD Biosciences | 305187 | |
| Polyethylene tubing PE-50 | BD Biosciences | 427517 | for intra-rectal administration in mice |
| Polyethylene tubing PE-90 | BD Biosciences | 427519 | for intra-rectal administration in rat |
| DNBS | MP Bio | 150959 | |
| tear gel | Novartis | 63601662596 | |
| 10% Formalin | Fisher | 5F93-4 | |
| warming pad | Kent Scientific | TPZ-0510 | |
| Ethanol | Fisher | A-962.4 | |
| hexadecyltrimethyl-ammonium bromide | Sigma-Aldrich | H5882 | |
| Potassium phosphate buffer solution | Sigma-Aldrich | 79628- | |
| O-dianisidine dihydrochloride | Sigma-Aldrich | D3252 | |
| 30% H2O2 | Sigma-Aldrich | 31642 | hydrogen peroxide |
| Spectrophotometer | BIORAD | Benchmarker Plus | |
| Light Microscope | Zeiss | Axio Image.Z1 | |
| Data analysis software program | GraphPad Software | GraphPad Prism Software Version 4.00 | San Diego California USA, www.graphpad.com |
References
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