Summary
Denna studie beskriver lyckade genereringen av en ny djurmodell för kronisk obstruktiv lungsjukdom (kol) genom att upprepade gånger utsätta möss till höga koncentrationer av ozon.
Abstract
Kronisk obstruktiv lungsjukdom (kol) kännetecknas av ihållande luftflöde begränsning och lung parenkymal förstörelse. Den har en mycket hög förekomst i åldrande befolkningar. De nuvarande konventionella behandlingar för kol fokus främst på symptom-ändra droger; utvecklingen av nya terapier behövs således snarast. Kvalificerad djurmodeller av kol kan bidra till att karakterisera de bakomliggande mekanismerna och kan användas för nya drogkontroll. Nuvarande kol-modeller, såsom lipopolysackarid (LPS) eller de svin bukspottskörteln elastase (PPE)-inducerad emfysem modell, generera kol-liknande lesioner i lungor och luftvägar men inte annars liknar patogenesen av mänskliga kol. En cigarettrök (CS)-inducerad modell är fortfarande en av de mest populära eftersom den simulerar inte bara kol-liknande lesioner i andningsorganen, men den är också baserad på en av de huvudsakliga farliga material som orsakar kol hos människor. Men begränsa de tidsödande och arbetsintensiva aspekterna av CS-inducerad modell dramatiskt dess användning i nya drogkontroll. I denna studie genererade vi framgångsrikt en ny kol-modell genom att exponera möss till höga halter av ozon. Denna modell visat följande: 1) minskad forcerad exspiratorisk volym 25, 50 och 75/tvingade vitalkapacitet (FEV25/FVC, FEV50/FVC och FEV75/FVC), vilket indikerar en försämring av lungfunktionen; (2) utvidgade lung alveolerna, med lung parenkymal förstörelse; (3) minskad trötthet tid och avstånd; och 4) ökade inflammation. Sammantaget visar dessa data att ozon exponering (OE) modellen är en tillförlitlig djurmodell som liknar människor eftersom ozon överexponering är en av de etiologiska faktorerna av kol. Dessutom tog det bara 6-8 veckor, baserat på våra tidigare arbete, att skapa en OE modell, det kräver 3-12 månader att inducera cigarettrök modellen, vilket indikerar att den OE-modellen kan vara ett bra val för kol forskning.
Introduction
Det har uppskattats att kol, emfysem och kronisk bronkit, kan vara den tredje vanligaste dödsorsaken, i världen i 20201,2. Den potentiella incidensen av kol i en population över 40 år uppskattas till 12,7% hos män och 8,3% hos kvinnor inom de nästa 40 år3. Det finns för närvarande ingen läkemedel att vända den progressiv försämringen av KOL patienter4. Pålitlig djurmodeller av kol inte bara kräva imitation av den patologiska processen för sjukdom men också kräva en kort generation. Nuvarande kol-modeller, inklusive LPS eller en PPE-inducerad modell, kan inducera emfysem-liknande symtom5,6. En engångsdos eller en vecka lång utmaning av LPS eller PPE att möss eller råttor resultat i markerade neutrofili i bronkoalveolär lavage vätska (BALF), ökar pro-inflammatoriska mediatorer (exempelvis TNF-α och IL-1β) i BALF eller serum, producerar lung parenkymal förstörelse-förstorade luftvolymer och begränsar luftflödet5,6,7,8,9,10. Dock LPS eller personlig skyddsutrustning är inte orsakerna till människors kol och således efterlikna inte den patologiska process11. En CS-inducerad modell produceras en ihållande obstruktiviteten, lung parenkymal förstörelse och minskad funktionell träning kapacitet. En traditionell CS protokoll kräver dock minst 3 månader för att generera en kol modell12,13,14,15. Det är därför viktigt att generera en ny, mer effektiv djurmodell som uppfyller dessa två krav.
Nyligen, förutom rökning, luftföroreningar och yrkesmässig exponering har blivit vanligare orsaker till kol16,17,18. Ozon, som en av de stora föroreningarna (dock inte den största delen av luftföroreningar), kan direkt reagerar med luftvägarna och skada lungvävnaden av både barn och vuxna19,20,21 ,22,23,24,25. Ozon, liksom andra stimulatorer inklusive LPS, personlig skyddsutrustning och CS, är inblandade i en allvarlig av biokemiska vägar av pulmonell oxidativ stress och DNA-skada och är kopplade till initiering och främjande av kol26,27. En annan faktor är att symptomen på vissa KOL-patienter försämras efter utsätts för ozon, vilket indikerar att ozon kan störa lung funktion18,28,29. Därför genererat vi en ny kol-modell genom att upprepade gånger utsätta möss till höga koncentrationer av ozon i 7 veckor; Detta resulterade i luftflöde defekter och parenkymal lungskador liknar dem i tidigare utredningar30,31,32. Vi utökade protokollet OE att honmöss i denna studie och återges framgångsrikt den emfysem hos hanmöss i våra tidigare studier30,31,32. Eftersom kol dödlighet har minskat hos män men ökar hos kvinnor i många länder33, behövs en kol modell hos kvinnor att studera mekanismerna och att utveckla terapeutiska metoder för kvinnliga KOL-patienter. Tillämpligheten av OE modellen för alla könen lånar ytterligare stöd till dess användning som en kol-modell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Obs: The OE modell har genereras och används i tidigare rapporterade forskning 30 , 31 , 32. Alla djurförsök godkändes av den institutionella djur vård och användning kommittén (IACUC) av Shanghai Jiaotong University.
1. möss
- hus patogenfria, 7-9 vecka-gamla BALB/c honmöss i enskilda ventilerade burar i ett djur anläggning under kontrollerad temperatur (20 ° C) och luftfuktighet (40-60%). Ge en 12 timmar ljus och 12 h mörka cykel i anläggningen. Ge mat och vatten ad libitum.
2. Ozon eller Air exponering
- generera ozon med en elektrisk generator i en tätning akryl (t.ex. plexiglas) låda. Blåsa ut luften ur rutan med en liten fläkt genom en luft-ventilationsrör som är ansluten på insidan och utanför lådan. Övervaka koncentrationen av ozon i rutan med en ozon sond. Vänta tills koncentrationen av ozon i rutan når 2,5 delar per miljon (ppm).
Obs: Ozon sonden kan automatiskt växla ozongeneratorn eller inaktivera och kan upprätthålla den ozon i rutan på 2,5 ppm. - Placera möss i rutan när nivån av ozon når 2,5 ppm. Hålla mössen i rutan för 3 h varje gång för att utsätta dem för ozon.
Obs: Rutan kan upprätthålla en ozon 2,5 ppm under 3 h genom att automatiskt växla ozongeneratorn eller inaktivera och blåser den CO 2 som produceras av mössen ur lådan. - Ger två ozon exponeringar (varje exponering som varar 3 h) i veckan (en gång var 3: e dag) i 7 veckor, exponera kontroll möss till luft samtidigt och för samma period.
3. Micro-datortomografi
- i slutet av vecka 7, söva möss med en intraperitoneal injektion av pelltobarbitalum natricum (1%, 0,6 - 0,8 ml/100 g) justera dosen enligt enskilda situationer för att se att musen inte svara på en tå nypa. Monitor och håll musen på en stadig andning frekvens; och se till att inga frivilliga rörelser finns under förfarandena.
- Placera sövda möss i kammaren av en mikro-datortomografi (µCT).
- Kalibrera den µCT använda standardprotokollet och tillverkaren ' anvisningar. Ställa in röntgenröret vid 50 kV och strömmen vid 450 µA.
Obs: Både röntgen och detektorn rotera runt mössen. - Utför µCT analysen genom att förvärva 515 prognoser med en effektiv pixelstorlek 0.092 mm, en exponeringstid på 300 ms för en cirkelsektor, och en skiva tjocklek på 0.093 mm.
- Rekonstruera lungan med förvärvade bilder med hjälp av en programvara. Justera gråskala bildens ljusstyrka genom att ange minimum och maximum av gråskala på-750 och-550 Hounsfield enheter, respektive.
Obs: Programmet kommer att automatiskt beräkna volymerna av lungparenkym och låg-dämpning område (LAA) 34 , 35. - Beräkna procentandelen av LAA (LAA %) genom att dividera LAA volymen av den totala lungvolymen.
4. löpband Test
- ge mössen en anpassning testa med en hastighet av 10 m/min i 10 min på en rinnande löpband maskin. Obs: El är alltid off när förfarandet genomförs.
- Administrera en Utmattningsprovning till möss.
- Värma upp möss med en hastighet av 10 m/min för 5 min.
- Öka hastigheten till 15 m/min för 10 min.
- Öka träningsintensitet: öka hastigheten av 5 m/min, börjar vid 20 m/min, varje 30 min tills möss inte kan fortsätta att köra 36.
- Spela in den totala kör avstånd och kör tid som trötthet avstånd och trötthet tid, respektive.
5. pulmonell funktion mått
- söva möss med en intraperitoneal injektion av pelltobarbitalum natricum (1%, 0,6 - 0,8 ml/100 g) justera dosen enligt individuella situationer se att musen gör inte svarar på en tå nypa och vänta tills mössen har upprätthållit spontan andning. Monitor och håll musen på en stadig andning frekvens; och se till att inga frivilliga rörelser finns under förfarandena.
- Noga tracheostomize möss och placera dem i en kropp plethysmograph som är ansluten till en dator-kontrollerade ventilator.
Obs: Ventilation styrs via en ventil ligger proximalt till endotrakealtub. Inställningen utgör olika halvautomatiska manövrar, inklusive manövern på volymen kvasi-statiska trycket och manövern på volymen snabbt flöde. - Införa ett genomsnitt andas frekvensen av 150 andetag/min till sövda musen via tryckstyrda ventilation tills en regelbunden andningsmönster och komplett utgångsdatum på varje andning cykel erhålls.
- Utför den kvasi-statiska tryck-volym manövern med enheten med hjälp av det negativa trycket som genereras i plethysmograph.
- Utför snabba flödet volym manövern inom kvasi-statiska tryck-volym slingor att registrera FVC och FEV. Blåsa upp lungan till + 30 cm H 2 O och omedelbart därefter ansluta den till ett högt undertryck att genomdriva utgången tills kvarvarande volymen är-30 cm H 2 O. posten FEV i de första 25, 50 och 75 ms av utandning (FEV 25 FEV 50, och FEV 75, respektive). Avvisa de suboptimala manövrar. För varje test med varje enkel mus, genomföra minst tre acceptabel manövrar för att få ett tillförlitligt medelvärde för alla numeriska parametrar.
6. BALF samling
- efter terminal anestesi med pelltobarbitalum natricum ((1%, 1,8-2,4 ml/100 g) justera dosen enligt enskilda situationer för att se att musen inte svara på en tå nypa och förlora andedräkt), lavage den möss med 2 mL PBS via en 1 mm diameter endotrakealtub och sedan hämta den BALF 10.
- Samman de Hämtad lavage alikvoter och centrifugera dem vid 4 ° C och 250 x g i 10 min.
- Samlar in supernatanten för omedelbar användning och lagrar resten vid-80 ° C eller flytande kväve.
- Räkna det totala antalet celler som använder en hemocytometer.
- Omsuspendera cellpelleten i PBS och sedan snurra (1 400 x g, 6 min) 250 µL återsuspenderad celler på diabilder med en slide spinner centrifug.
- Gälla Wright färgning till celler i bilderna enligt tillverkaren ' s protokollet.
- Räkna 200 celler per mus; identifiera cellerna som makrofager eller neutrofiler, enligt standard morfologi, under 400 X förstoring, och räknar deras antal.
7. Hjärt blodprovstagning
- samla blod via hjärt punktering, ladda den i 1,5 mL rör, och hålla den på is för 30 min.
- Centrifugera blodproverna för 5 min vid 2 000 x g och 4 ° C.
- Överför supernatanten (serum) till en ny tub och lagra det vid-80 ° C eller flytande kväve.
- Förbereda serum för IL-1β, IL-10 och TNF-α identifiering tester med de respektive ELISA kit.
8. Lungan morfometriska analys
- dissekera lungor och tracheas från mössen.
- Placera varje euthanized mus på en kirurgisk styrelsen omedelbart efter offer.
- Dissekera bort platysma och främre luftrör muskler att visualisera och tillgång trakeal ringar.
- Öppen upp den thoracic cavity. Dissekera lungor och luftstrupe, men skiljer inte hjärtat från lungorna.
- Ansluta endotrakeal katetern till en spruta som innehåller 4% PARAFORMALDEHYD genom ett PE90 polyeten rör.
Varning: PARAFORMALDEHYD är giftiga. Använd skyddshandskar och skyddsglasögon och använda lösningen inuti ett dragskåp. - Blåsa upp lungan helt med 4% PARAFORMALDEHYD (10 droppar, ~ 200 µL) genom endotrakeal katetern. Ta bort hjärtat efter slutförandet av inflationen.
- Underhåll lungan i en 15 mL tub innehållande 10 mL 4% PARAFORMALDEHYD för minst 4 h.
- Bädda in lungan i paraffin. Få 5 µm sektioner av paraffin-block snittning med en roterande mikrotom. Vid snittning, exponera maximal yta av lungvävnad inom området bronker.
- För morfometriska analys, utföra hematoxylin och eosin (H & E) färgning på avsnitten.
- Bild avsnitten med ljusa fält upprätt Mikroskop (objektiv, 20 X, exponeringstid, 1,667 ms).
- Har två utredare förblindade av behandling protokoll självständigt räkna de histologiska sektioner. Använd det genomsnittliga linjära interceptet (L m) som en parameter för att mäta avståndet mellan alveolära septal muren. Avgöra den L m hjälp av följande steg:
- Öppna bilderna av avsnitten i Photoshop och rita en retikulära-grid på bilden med fem 550 µm lång linjer.
- Räkna antalet alveolerna över rutnäten.
- Beräkna den L m genom längden av rutnäten divideras med antalet alveoler. För kvantifiering, bild fem sektioner per mus. Förvärva tio bilder av varje avsnitt (en bild per fält) och bedöma slumpmässigt. Under fältet urval, undvika områdena airways och fartyg genom att flytta ett fält före eller i en annan riktning.
Obs: Uppgifterna presenteras som den medelvärde ± S.E.M. En un-parat t-test utfördes för jämförelse mellan luft-exponerade möss och ozon-exponerade möss. Tre djur i varje grupp användes för att beräkna skillnaden betydande. Ett p-värde på < 0.05 ansågs betydande.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Exempel på 3D µCT bilder av varje grupp visas i figur 1en. Ozon-exponerade mössen hade en betydligt större total lungvolym (figur 1en och b) och LAA % (figur 1c) än gjorde luft-exponerade kontroll möss. Den lungvolym och LAA % återstod förhöjda efter sex veckor av ozon exponering31,32. Ökad lungvolym och LAA % representerar den emfysem fenotypen. Exempel på lung alveolära utvidgningen i figur 2en illustrera emfysem bildandet. En ökning av det genomsnittliga linjära interceptet (Lm) observerades i ozon-exponerade möss (figur 2b), som bekräftade att lungan parenkymal förstörelse inträffade efter ozonexponering.
Lungfunktionen mättes av luftflöde hastighet parametrar, visas som FEV25/FVC, FEV50/FVC och FEV75/FVC. Resultaten visade att alla parametrar som minskade i ozon-exponerade möss (figur 3a-c) överensstämde med de typiska lung funktionella bristerna i KOL patienter4,37. För att ytterligare utvärdera OE modellen, genomförde vi en övning tolerans test som ersatt för den 6-min promenad test (6MWT)38,39, som vanligtvis används för att bedöma vilka förändringar i funktionell fysisk kapacitet hos KOL-patienter. Ozonexponering minskade signifikant trötthet tid och trötthet avståndet (figur 4en och b).
För att lösa patogenesen av kol i OE modellen, räknades den makrofager och neutrofiler från BALFs av möss; Pro-inflammatoriska cytokiner (IL-1β och TNF-α) och antiinflammatoriska cytokiner (IL-10) upptäcktes i mus sera. Ozon-exponerade mössen visade en signifikant ökning av inflammatoriska celler, makrofager och neutrofiler (figur 5a-c), samt en betydande minskning av IL-10 och en ökning av IL-1β och TNF-α (figur 6a-c ). Alla data visat att OE modell återgetts mänskliga kol-liknande symtom.
Figur 1. Ozonexponering ökat lungvolym och LAA % upptäcks av µCT. (a) representativa 3D bilder visar lungorna av luft - eller ozon-utsatt möss på 7 veckor efter respektive exponeringen. (b) enskilda total lung volymer av de två grupperna var ur 3D-bilder för statistik. Ozon-exponerade möss visade en signifikant ökning i total lungvolym. (c) individuellt och genomsnittligt LAA % av de två grupperna. Ozon-exponerade möss visade en signifikant ökning i LAA %. Röd färg anger LAA (voxlar med tätheter av 2 550-2.700 Hounsfield enheter). Luftstrupen och luftrören visas i rött i denna figur avlägsnades för att beräkna lungan LAA. Data presenteras som den medelvärde ± S.E.M. ** P < 0,01, *** P < 0,001. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2. Ozonexponering ökade Lm. (a) representativa micrographs av lunga alveolära utrymmen i han-färgade sektioner av air-exponerade eller ozon-utsatt möss. (b) enskilda värden LM kvantifierades från det lung delen av de två grupperna för statistik. Ozon-exponerade möss observerades en ökning i Lm. Data presenteras som den medelvärde ± S.E.M. ** P < 0,01. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3 . Ozonexponering minskade lungfunktion. (a-c) För både den air-exponerade och ozon-exponerade mössen, den individuella FEV i första 25, 50 och 75 ms av snabb utandning (FEV25, FEV50och FEV75, respektive), liksom FVC, var alla inspelade. Procentsatserna för FEV25, FEV50och FEV75 till FVC beräknades separat. FEV25/FVC, FEV50/FVC och FEV75/FVC alla minskade avsevärt i ozon-exponerade möss. Data presenteras som den medelvärde ± S.E.M. * P < 0,05, ** P < 0,01. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4 . Ozonexponering minskade trötthet tids- och trötthet. (a) enskilda kör tider för luft - eller ozon-utsatt möss registrerades. Ozon-exponerade möss visade en signifikant minskning av trötthet tid. (b) enskilda rinnande avstånd två grupper registrerades. Ozon-exponerade möss uppvisade en signifikant minskning av trötthet avstånd. Data presenteras som den medelvärde ± S.E.M. * P < 0,05. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5 . Inflammatoriska celler räknas från BALF. (a) individuellt och Genomsnittligt antal totala celler (totalt) i luft - eller ozon-utsatt möss. (b) individuellt och Genomsnittligt antal makrofager (MAC) i de två grupperna. (c) individuellt och Genomsnittligt antal neutrofiler (NEU) i de två grupperna. Data presenteras som den medelvärde ± S.E.M. * P < 0,05, ** P < 0,01. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6 . Inflammatoriska och anti-inflammatorisk cytokin upptäckt i serum. (a) individuellt och genomsnittligt värden av beloppet av IL-10 i luft - eller ozon-utsatt möss. (b) individuellt och genomsnittligt värden mängden av IL-1β i de två grupperna. (c) individuellt och genomsnittligt värden av beloppet av TNF-α i de två grupperna. Data presenteras som den medelvärde ± S.E.M. * P < 0,05. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I denna studie presenterar vi en pålitlig metod för att generera en ny kol-modell. Jämfört med andra modeller (dvs LPS eller PPE modeller), recapitulates denna OE modell den patologiska processen av KOL-patienter. Eftersom tobaksrök är den huvudsakliga farliga material som orsakar kol i mänskliga patienter40, är CS modellen den mest populära kol modell41,42. CS modellen kräver dock en 3 - till 12-månaders R & D period för nya läkemedel. Den nuvarande OE-modellen jämfört med CS modellen, och minskar perioden generation till 6-8 veckor. Vi har observerat emfysem hos hanmöss efter 6 veckors exponering för ozon i våra tidigare studier30,31,32. I denna studie vi tillämpas protokollet OE på honmöss i 7 veckor och genererade framgångsrikt en kvinnlig OE-modell. Eftersom det har rapporterats att kol dödlighet har minskat hos män men ökar hos kvinnor i vissa länder33, är det nödvändigt att studera de patogena mekanismerna och att utveckla botemedel för kvinnliga KOL-patienter med en kvinnlig kol-modell. Vi vet att de ovannämnda kol modellerna (dvs, LPS, personlig skyddsutrustning och CS) kan arbeta i både manliga och kvinnliga djur43. Syftet med detta arbete var att föreslå en ytterligare kol-modell som både recapitulates den patologiska processen av KOL-patienter och kräver en mycket kort generation-period.
Det viktigaste steget för att skapa denna modell var utsätta möss till ozon (på en nivå av 2,5 ppm) två gånger i veckan (en gång var 3: e dag) under 6-8 veckor (i denna studie används vi 7 veckor, även om vi inte försökte dosupptrappning). Genom att kontrollera de kritiska parametrarna för exponering frekvens och ozonkoncentration, återgav vi framgångsrikt emfysem i manliga C57BL/6 möss31,32, manliga BALB/c möss30och honmöss BALB/c (nuvarande studie). Den emfysem fenotypen resulterat från ozonexponering, med de begränsningar i luftflödet och lung parenkymal förstörelse liknar de förändringar ses i KOL patienter44,45.
Det finns fortfarande begränsningar för denna studie. Eftersom patogenesen av mänskliga kol är relaterad till lungorna anatomi, exempelvis genereras en idealmodell för kol i djur som har en pulmonell anatomiska struktur liknar den hos människor. Jämfört med stora djur, äger små djur även mindre omfattande luftvägarna förgrenar än människor46. Vi måste erkänna att det skulle vara mer meningsfullt att generera en kol-modell i stora djur. Det är dock mycket svårt att etablera storskaliga modeller i djur. En annan begränsning av denna modell är dess kliniska betydelse. Även om det är säkert att ozon kan reagera med luftvägarna och skada lunga vävnad19,22, och även om det finns bevis för att symtomen vid vissa KOL-patienter försämras efter exponering för ozon28, ozon är inte den främsta orsaken till KOL patienter. Vi är dock fortfarande föreslår och använda denna OE modell eftersom både ozon och CS orsaka skador på andningsorganen genom att inducera inflammation och leda till oxidativ stress26,27. Således ett nytt läkemedel som kan bota kol i OE modell kan assumably arbetar också i CS modellen och därför utvecklas potentiellt för KOL-patienter.
Tillämpningar av OE modellen är inte begränsade till dechiffrera de molekylära och cellulära mekanismerna vid kol. Våra två senaste papper undersökte också effekten av N-acetylcystein (NAC)31 och NaHS32 (en exogen givaren av H2S) för behandling av kol via exogena administrationen av de två drogerna till OE modellen. I den första studien hittade vi en återföring av hyper-luftvägskänslighet och en minskning av luftvägarna smidig muskelmassa efter administrering av NAC. Dessa effekter kan ange grunden för potentiella kliniska fördelarna med NAC i KOL patienter31. I den andra studien av OE-modellen hittade vi att administrationen av exogena NaHS vänt lunginflammation och delvis omvänd funktioner i emfysem. Således med denna OE modell visat vi i en preliminär studie att NaHS kan utvecklas som en potentiell läkemedelskandidat för KOL patienter32. OE modellen har därför potentiella tillämpningar för både mekanism forskning och drogkontroll för kol.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Z.W.S. och WW är nuvarande anställda och optionsprogram innehavare av den cellulära biomedicin-gruppen (NASDAQ: CBMG). De andra författarna förklarar att de har inga konkurrerande intressen.
Acknowledgments
Författarna vill uttrycka tacksamhet till Mr Boyin Qin (Shanghai Public Health Clinical Center) för det tekniska biståndet med µCT utvärdering i detta protokoll.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| BALB/c mice | Slac Laboratory Animal,Shanghai, China | N/A | 7-to-9-week-old female BALB/c mice were used in this study. |
| Individual ventilated cages | Suhang, Shanghai, China | Model Number: MU64S7 | The cages were used for housing mice in the animal facility. |
| Sealing perspex-box | Suhang, Shanghai, China | N/A | The box was used to contain the ozone generator. Mice were exposed to ozone within the box. |
| Electric generator | Sander Ozoniser, Uetze-Eltze, Germany | Model 500 | The device was used for generating ozone. |
| Ozone probe | ATi Technologies, Ashton-U-Lyne, Greater Manchester, UK | Ozone 300 | The device was used for monitoring and controlling the generation of ozone. |
| Pelltobarbitalum natricum | Sigma, St. Louis, MO, USA | P3761 | Mice were anesthetized by intraperitoneal injection of pelltobarbitalum natricum. |
| Micro-Computed Tomography | GE Healthcare, London, ON, Canada | RS0800639-0075 | This device was used for acquiring images of the lung. |
| Micro-view 2.01 ABA software | GE Healthcare, London, ON, Canada | Micro-view 2.01 | This device was used for reconstruct the lung and analyze volume, LAA of the lung. |
| Treadmill machine | Duanshi, Hangzhou, Zhejiang, China | DSPT-208 | This machine was usd for fatigue test. |
| Body plethysmograph | eSpira™ Forced Manoeuvres System, EMMS, Edinburgh, UK | Forced Manoeuvres System | This device was used to test spirometry pulmonary function. |
| Ventilator | eSpira™ Forced Manoeuvres System, EMMS, Edinburgh, UK | Forced Manoeuvres System | This device was used to test spirometry pulmonary function. |
| Slide spinner centrifuge | Denville Scientific, Holliston, MA, USA | C1183 | It was used to spin BALF cells onto slides. |
| Wright Staining | Hanhong, Shanghai, China | RE04000054 | It was used to staining macrophages, neutrophils in the suspended BALF. |
| Hemocytometer | Hausser Scientific, Horsham, PA, USA | 4000 | It was used to count cells. |
| IL-1β | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab100704 | They were used to test the respective factors in serum. |
| IL-10 | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab46103 | They were used to test the respective factors in serum. |
| TNF-α | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab100747 | They were used to test the respective factors in serum. |
| Paraformaldehyde | Sigma, St. Louis, MO, USA | P6148 | The lung was inflated by 4% paraformaldehyde. |
| Paraffin | Hualing, Shanghai, China | 56# | It was used to embed the lung. |
| Rotary Microtome | Leica, Wetzlar, Hesse, Germany | RM2255 | It was used for sectioning the lung. |
| Hgaematoxylin and Eosin (H&E) staining solution | Solarbio, Beijing, China | G1120 | H&E staining was done for morphometric analysis. |
| Upright bright field microscope | Olympus, Center Valley, PA, USA | CX41 | It was used to image the H&E staining slides. |
| Adobe Photoshop 12 | Adobe, San Jose, CA, USA | Adobe Photoshop 12 | It was used to count the number of alveoli on the H&E stained images. |
| GraphPad prism 5 | Graphpad Software Inc., San Diego, CA | GraphPad prism 5 | It was used for data analysis and production of figures. |
References
- Lozano, R., et al. Global and regional mortality from 235 causes of death for 20 age groups in 1990 and 2010: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2010. Lancet. 380, 2095-2128 (2012).
- Chapman, K. R., et al. Epidemiology and costs of chronic obstructive pulmonary disease. Eur Respir J. 27, 188-207 (2006).
- Afonso, A. S., Verhamme, K. M., Sturkenboom, M. C., Brusselle, G. G. COPD in the general population: prevalence, incidence and survival. Respir Med. 105, 1872-1884 (2011).
- Rabe, K. F., et al. Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obstructive pulmonary disease: GOLD executive summary. Am J Respir Crit Care Med. 176, 532-555 (2007).
- Ogata-Suetsugu, S., et al. Amphiregulin suppresses epithelial cell apoptosis in lipopolysaccharide-induced lung injury in mice. Biochem Biophys Res Communi. 484, 422-428 (2017).
- Oliveira, M. V., et al. Characterization of a Mouse Model of Emphysema Induced by Multiple Instillations of Low-Dose Elastase. Front Physiol. 7, 457 (2016).
- Vernooy, J. H., Dentener, M. A., van Suylen, R. J., Buurman, W. A., Wouters, E. F. Long-term intratracheal lipopolysaccharide exposure in mice results in chronic lung inflammation and persistent pathology. Am J Respir Cell Mol Biol. 26, 152-159 (2002).
- Birrell, M. A., et al. Role of matrix metalloproteinases in the inflammatory response in human airway cell-based assays and in rodent models of airway disease. J Pharm Exp Ther. 318, 741-750 (2006).
- Gamze, K., et al. Effect of bosentan on the production of proinflammatory cytokines in a rat model of emphysema. Exp Mol Med. 39, 614-620 (2007).
- Vanoirbeek, J. A., et al. Noninvasive and invasive pulmonary function in mouse models of obstructive and restrictive respiratory diseases. Am J Respir Cell Mol Biol. 42, 96-104 (2010).
- Wright, J. L., Cosio, M., Churg, A. Animal models of chronic obstructive pulmonary disease. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 295, 1-15 (2008).
- Huh, J. W., et al. Bone marrow cells repair cigarette smoke-induced emphysema in rats. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 301, 255-266 (2011).
- Schweitzer, K. S., et al. Adipose stem cell treatment in mice attenuates lung and systemic injury induced by cigarette smoking. Am J Respir Crit Care Med. 183, 215-225 (2011).
- Guan, X. J., et al. Mesenchymal stem cells protect cigarette smoke-damaged lung and pulmonary function partly via VEGF-VEGF receptors. J Cell Biochem. 114, 323-335 (2013).
- Gu, W., et al. Mesenchymal stem cells alleviate airway inflammation and emphysema in COPD through down-regulation of cyclooxygenase-2 via p38 and ERK MAPK pathways. Sci Rep. 5, 8733 (2015).
- Cordasco, E. M., VanOrdstrand, H. S.
- Berend, N. Contribution of air pollution to COPD and small airway dysfunction. Respirology. 21, 237-244 (2016).
- DeVries, R., Kriebel, D., Sama, S. Outdoor Air Pollution and COPD-Related Emergency Department Visits, Hospital Admissions, and Mortality: A Meta-Analysis. COPD. 14 (1), 113-121 (2016).
- Penha, P. D., Amaral, L., Werthamer, S. Ozone air pollutants and lung damage. IMS Ind Med Surg. 41, 17-20 (1972).
- Stern, B. R., et al. Air pollution and childhood respiratory health: exposure to sulfate and ozone in 10 Canadian rural communities. Environ Res. 66, 125-142 (1994).
- Tager, I. B., et al. Chronic exposure to ambient ozone and lung function in young adults. Epidemiology. 16, 751-759 (2005).
- Romieu, I., Castro-Giner, F., Kunzli, N., Sunyer, J. Air pollution, oxidative stress and dietary supplementation: a review. Eur Respir J. 31, 179-197 (2008).
- Hemming, J. M., et al. Environmental Pollutant Ozone Causes Damage to Lung Surfactant Protein B (SP-B). Biochemistry. 54, 5185-5197 (2015).
- Chu, H., et al. Comparison of lung damage in mice exposed to black carbon particles and ozone-oxidized black carbon particles. Sci Total Environ. 573, 303-312 (2016).
- Jin, M., et al. MAP4K4 deficiency in CD4(+) T cells aggravates lung damage induced by ozone-oxidized black carbon particles. Environ Toxicol Pharmacol. 46, 246-254 (2016).
- Brusselle, G. G., Joos, G. F., Bracke, K. R. New insights into the immunology of chronic obstructive pulmonary disease. Lancet. 378, 1015-1026 (2011).
- Valavanidis, A., Vlachogianni, T., Fiotakis, K., Loridas, S. Pulmonary oxidative stress, inflammation and cancer: respirable particulate matter, fibrous dusts and ozone as major causes of lung carcinogenesis through reactive oxygen species mechanisms. Int J Environ Res Public Health. 10, 3886-3907 (2013).
- Medina-Ramon, M., Zanobetti, A., Schwartz, J. The effect of ozone and PM10 on hospital admissions for pneumonia and chronic obstructive pulmonary disease: a national multicity study. Am J Epidemiol. 163, 579-588 (2006).
- Lee, I. M., Tsai, S. S., Chang, C. C., Ho, C. K., Yang, C. Y. Air pollution and hospital admissions for chronic obstructive pulmonary disease in a tropical city: Kaohsiung, Taiwan. Inha Toxicol. 19, 393-398 (2007).
- Triantaphyllopoulos, K., et al. A model of chronic inflammation and pulmonary emphysema after multiple ozone exposures in mice. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 300, 691-700 (2011).
- Li, F., et al. Effects of N-acetylcysteine in ozone-induced chronic obstructive pulmonary disease model. PLoS ONE. 8, e80782 (2013).
- Li, F., et al. Hydrogen Sulfide Prevents and Partially Reverses Ozone-Induced Features of Lung Inflammation and Emphysema in Mice. Am J Respir Cell Mol Biol. 55, 72-81 (2016).
- Rycroft, C. E., Heyes, A., Lanza, L., Becker, K. Epidemiology of chronic obstructive pulmonary disease: a literature review. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 7, 457-494 (2012).
- Washko, G. R., et al. Airway wall attenuation: a biomarker of airway disease in subjects with COPD. J Appl Physiol. 107, 185-191 (2009).
- Yamashiro, T., et al. Quantitative assessment of bronchial wall attenuation with thin-section CT: An indicator of airflow limitation in chronic obstructive pulmonary disease. AJR Am J Roentgenol. 195, 363-369 (2010).
- Tang, X., et al. Arctigenin efficiently enhanced sedentary mice treadmill endurance. PLoS ONE. 6, e24224 (2011).
- Schmidt, G. A., et al. Official Executive Summary of an American Thoracic Society/American College of Chest Physicians Clinical Practice Guideline: Liberation from Mechanical Ventilation in Critically Ill Adults. Am J Respir Crit Care Med. 195, 115-119 (2017).
- ATS Committee on Proficiency Standards for Clinical Pulmonary Function Laboratories. ATS statement: guidelines for the six-minute walk test. Am J Respir Crit Care Med. 166, 111-117 (2002).
- Shigemura, N., et al. Autologous transplantation of adipose tissue-derived stromal cells ameliorates pulmonary emphysema. Am J Transplant. 6, 2592-2600 (2006).
- Bchir, S., et al. Concomitant elevations of MMP-9, NGAL, proMMP-9/NGAL and neutrophil elastase in serum of smokers with chronic obstructive pulmonary disease. J Cell Mol Med. , 1-12 (2016).
- Fricker, M., Deane, A., Hansbro, P. M. Animal models of chronic obstructive pulmonary disease. Expert Opin Drug Discov. 9, 629-645 (2014).
- Perez-Rial, S., Giron-Martinez, A., Peces-Barba, G. Animal models of chronic obstructive pulmonary disease. Arch Bronconeumol. 51, 121-127 (2015).
- Antunes, M. A., et al. Effects of different mesenchymal stromal cell sources and delivery routes in experimental emphysema. Respir Res. 15, 118 (2014).
- Celli, B. R., MacNee, W., Force, A. E. T. Standards for the diagnosis and treatment of patients with COPD: a summary of the ATS/ERS position paper. Eur Respir J. 23, 932-946 (2004).
- U.S. Preventive Services Task Force. Screening for chronic obstructive pulmonary disease using spirometry: U.S. Preventive Services Task Force recommendation statement. Ann Intern Med. 148, 529-534 (2008).
- Ward, R. E., et al. Design considerations of CareWindows, a Windows 3.0-based graphical front end to a Medical Information Management System using a pass-through-requester architecture. Proc Annu Symp Comput Appl Med Care. , 564-568 (1991).
