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Medicine

호흡 가능한 실리카에 대한 전신 노출을 통한 규폐증 쥐 모델 확립

Published: October 28, 2022 doi: 10.3791/64467

Summary

본 연구는 흡입실에서 전신을 통해 실리카를 흡입하여 규폐쥐 모델을 확립하는 기술을 기술한다. 규폐증이 있는 쥐는 인간 규폐증의 병리학적 과정을 쉽고 비용 효율적인 방식으로 우수한 반복성으로 모방할 수 있습니다.

Abstract

규폐증의 주요 원인은 직업 환경에서 실리카를 흡입하는 것입니다. 일부 해부학적 및 생리학적 차이에도 불구하고 설치류 모델은 인간 규폐증을 연구하는 데 필수적인 도구입니다. 규폐증의 경우, 고전적인 병리학적 과정은 새로 생성된 석영 입자의 흡입을 통해 유도될 수 있어야 하며, 이는 특히 인간의 직업병을 유발하는 것을 의미합니다. 이 연구는 규폐증의 병리학적 동적 진화 과정을 확립하고 효과적으로 모방하는 기술을 설명했습니다. 또한, 이 기술은 수술을 수반하지 않고도 반복성이 우수했습니다. 흡입 노출 시스템은 호흡 가능한 입자 흡입에 대한 독성학 연구에 제작, 검증 및 사용되었습니다. 중요한 구성 요소는 다음과 같습니다 : (1) 공기 흐름 컨트롤러로 조정 된 벌크 건식 SiO2 분말 발생기; (2) 최대 3마리의 성체 쥐를 수용하는 0.3m3 전신 흡입 노출 챔버; (3) 산소 농도, 온도, 습도 및 압력을 실시간으로 조절하는 모니터링 및 제어 시스템; (4) 실험실 기술자와 환경을 보호하기 위한 장벽 및 폐기물 처리 시스템. 요약하면, 본 프로토콜은 전신을 통한 흡입을 보고하며, 흡입 챔버는 낮은 사망률, 더 적은 부상 및 더 많은 보호 기능을 갖춘 신뢰할 수 있고 합리적이며 반복 가능한 쥐 규산염 모델을 만들었습니다.

Introduction

실리카 흡입으로 인해 발생하는 규폐증은 중국에서 가장 심각한 직업병으로 매년 보고되는 총 직업병 신고 건수의 80% 이상을 차지합니다1. 규폐증의 원인은 명확하고 예방과 조절이 가능하지만 효과적인 치료 방법이 없다2. 많은 약물이 기초 연구에서 효과가 입증되었지만 임상적 효과가 정확하지 않습니다 3,4. 따라서 규폐증의 병리학적, 생리학적 메커니즘은 여전히 탐구되어야 합니다.

많은 연구에서 규폐증의 발병 기전을 조사하기 위해 쥐 또는 생쥐의 기관에 실리카를 1회 주입하는 방법을 사용했습니다 5,6. 이러한 설치류 규산염 모델은 단기간에 얻을 수 있었지만7 이러한 방법은 여전히 동물 외상과 높은 사망률과 같은 문제를 안고 있었다. 일부 연구에서는 저장된 실리카를 폐에 주입하여 비특이적 폐 반응을 유도하는 방법을 사용했지만, 마우스의 규폐성 결절에 대해서는 언급하지 않았다8. 또한, 급성 규폐증과는 별개로, 직업 환경에서 실리카에 만성적으로 노출되면 폐 염증이 현저히 낮아졌고 폐에서 세포사멸 촉진 마커가 아닌 항세포사멸 마커의 수치가 상승했다9. 따라서 규폐증의 발병 기전을 더 자세히 조사하기 위해서는 신뢰할 수 있고 합리적이며 반복 가능한 동물 모델이 필요합니다.

본 연구는 전신을 통한 실리카 흡입, 공기 전달 실리카 발생기, 전신 챔버 및 폐기물 처리 시스템으로 구성된 흡입 챔버에서 공기 전달 입자를 통해 규폐증 환자의 질병 과정을 모방하는 방법을 설명합니다. 이 방법은 간단하고 작동하기 쉬우며 규폐증의 병리학적 동적 진화 과정을 효과적으로 모방합니다. 또한, 규폐증의 많은 가능한 메커니즘과 발병기전은 이 방법10,11,12를 사용하여 확인된다. 제안된 프로토콜은 규폐증 연구의 관련 분야에서 추가 조사에 도움이 될 것으로 예상됩니다.

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Protocol

모든 동물 실험은 실험동물의 관리 및 사용을 위한 미국 국립보건원 가이드에 따라 수행되었으며 화북과학기술대학 윤리위원회의 승인을 받았습니다(프로토콜 코드 LX2019033 및 2019-3-3 승인). 본 연구에는 생후 3주 된 수컷 Wistar 쥐가 사용되었습니다. 모든 쥐는 나무 부스러기가 있는 고정 케이지에 보관되었습니다. 동물들은 12시간/12시간 밝음/어두움 주기로 유지되었으며, 음식과 물이 즉시 제공되었다. 후속 실험은 적응 섭식 1주일 후에 수행되었습니다.

1. 동물 준비

  1. 도착하자마자 모든 쥐를 특정 병원균 (SPF) 방에 수용하십시오.
  2. 건강한 쥐를 무작위로 두 그룹(n = 10)으로 나눕니다: 순수한 공기를 흡입하는 대조군 쥐와 실리카를 흡입하는 규폐증이 있는 쥐.

2. 실리카 준비

주의 : 인체에서 흡입한 실리카 먼지는 폐를 손상시킬 수 있습니다. 따라서 개인은 수술 중에 작업복, 의료용 장갑 및 보호 마스크(N95)를 착용해야 합니다.

  1. 실리카 입자( 재료 표 참조)를 각 노출 전에 1.5시간 동안 마노 모르타르로 분쇄합니다. 이는 갓 파쇄된 석영이 숙성된 석영보다 더 많은 양의 활성 산소 종을 생성하기 때문입니다.13 직경 1-5μm의 실리카가 가장 병원성이 높습니다.
  2. 분쇄 후 전자 저울을 사용하여 실리카(30g)의 무게를 측정하고 유리 용기에 넣고 180°C에서 전기 가열 공기 송풍 건조기( 재료 표 참조)에서 6시간 동안 굽고 실리카 입자 표면에서 병원균을 제거합니다.

3. 쥐에 대한 실리카 노출

  1. 주입 장치와 시중에서 판매되는 발생기 시스템( 재료 표 참조)을 연결하고 실리카(30g)를 발생기에 넣습니다. 연결 파이프라인이 정상인지, 전원 코드가 연결되어 있는지, 전원 공급이 정상인지 확인하십시오.
    1. 분무탑의 수위와 폐가스처리장치의 가습기( 재료표 참조)를 수동으로 확인하고, 물이 부족하면(표준선에 미치지 못함) 물을 추가한다.
    2. 폐가스 처리 장치의 스프레이 타워에 수돗물을 추가하고 가습기에 증류수를 추가합니다(그림 1).
  2. 배기 가스 배출 장치( 재료 표 참조)와 공기 소스 스위치를 켜서 차폐 캐비닛 내부가 음압 상태인지 확인합니다.
    1. 흡입 챔버 아래의 액체 혼합, 분말 혼합, 순수 가스 흐름 제어 밸브 및 폐수 배출 밸브가 닫혀 있는지 확인합니다.
  3. 흡입실에 총 10마리의 쥐를 넣고( 재료 표 참조) 흡입실과 차폐된 캐비닛 도어를 닫습니다.
  4. 계기판 또는 컴퓨터에서 다음 실험 매개변수를 설정합니다. 캐비닛 압력: -50 to -30 Pa; 산소 농도 : 21 %; 캐비닛 온도: 26-30 °C; 습도 : 30 % -70 %; 먼지 유입 속도: 2.0-2.5mL/분; 그리고 장 먼지 농도: 60 ± 5 mg/m3.
    알림: 실험 중 실험 데이터 및 장비 상태를 지속적으로 관찰하십시오. 장비 고장 경보는 적시에 처리하도록 촉구했습니다.
    1. 각 동물을 일주일에 5일, 하루 3시간 동안 지속적으로 실리카에 노출시키고 대조군의 동물이 순수한 공기를 흡입하도록 합니다.
  5. 실험이 완료되면 혼합 가스 유량 제어 밸브를 닫고 순수 가스 유량 밸브를 엽니다. 흡입 챔버에 순수한 가스를 지속적으로 주입합니다.
    참고: 본 연구에서는 흡입실의 유독가스가 완전히 교체될 때까지 순수 가스 흐름(7.0-7.5m3/h)을 최소 20분 동안 주입했습니다.
    1. 순수한 공기 흐름 밸브를 닫고 문을 열고 쥐를 꺼내 병원균이 없는 방으로 돌려보냅니다.
  6. 쥐 선반과 분기 파이프 구성 요소를 순서대로 제거하고 청소를 위해 싱크대에 놓습니다. 헹굼 후 자동 세척 밸브를 닫고 해치를 엽니다.
    1. 깨끗한 천으로 내벽을 닦거나 순수한 가스를 켜서 탱크를 말리십시오. 마지막으로 소독을 수행하십시오. 75% 에탄올로 세척 및 소독한 후 배기 게이트를 닫고 가능한 한 빨리 흡입실 도어를 약간 열어 수분을 증발시켜 흡입실 내부가 건조한 상태를 유지하도록 합니다.
  7. 실험 중 실리카 농도의 안정성을 보장하기 위해 일주일에 두 번 제조업체의 지침( 재료 표 참조)에 따라 포괄적인 대기 샘플러로 캐비닛의 실리카 농도를 확인하십시오. 샘플링하기 전에 대기 샘플러를 보정합니다.
    1. 중량 측정 측정을 위해 디지털 단일 팬 분석 저울을 사용하십시오. 계산된 실리카 농도는 65mg/m3 이었다(도 1표 1).
      알림: 실리카 흡수 전후에 여과지의 무게를 잰다. 실리카의 농도는 하기 화학식12를 사용하여 계산하였다:
      Equation 1
      여기서 W2 = 샘플링 후 여과지의 무게, W1 = 샘플링 전 여과지의 무게, V = 공기의 부피.

4. 폐 조직의 획득 및 고정

  1. 펜토바르비탈(체중 100mg/kg)과 리도카인(체중 4mg/kg)을 복강내 주사하여 쥐를 안락사시킨다. 심장 박동 손실로 사망 평가14.
  2. 실험이 끝나면 오른쪽 하부 폐, 신장, 간, 비장 및 뼈를 4% 파라포름알데히드로 최소 24시간 동안 고정하고 파라핀을 삽입하고 5μm 섹션 7,15로 자릅니다.

5. 헤마톡실린 및 에오신(H&E) 염색

  1. 16 분 동안 10 분 동안 두 번 크실롤 (재료 표 참조)의 파라핀 섹션을 탈파라핀화하고 100 % 에탄올, 95 % 에탄올, 90 % 에탄올, 80 % 에탄올, 70 % 에탄올 및 증류수로 각각 3 분 동안 재수화합니다.
  2. 헤마톡실린( 재료 표 참조)으로 섹션을 5분 동안 염색한 다음 물10으로 섹션을 세척합니다.
  3. 섹션을 2% 염산 알코올에 넣은 다음 색상이 파란색으로 바뀔 때까지 증류수에 넣습니다.
  4. 섹션을 에오신으로 1분 동안 염색하고 95% 에탄올로 탈수하고 크실렌으로 투명하게 만들고 중성 검으로 밀봉하고 광학 현미경12로 관찰합니다.

6. 면역조직화학적 염색

  1. 파라핀 부분을 정기적으로 물로 씻으십시오.
  2. 항원을 고압(60kPa) 및 고온(100°C)에서 80초 동안 노출시킨 후 내인성 과산화효소 차단제(3%)로 15분 동안 차단하여 내인성 과산화효소를 제거한다7.
  3. CD68에 대한 항체(1:200 희석-CD68 4μL에 396μL 항체 희석액 추가, 재료 표 참조)로 샘플을 4°C에서 밤새 배양합니다.
  4. 2차 항체(HRP-conjugated goat anti-mouse IgG polymer, 재료 표 참조)로 37°C에서 30분 동안 샘플을 배양한 다음 1x PBS로 샘플을 세척합니다.
  5. 3,3-diaminobenzidine(DAB, 재료 표 참조)을 사용한 면역 반응을 시각화합니다. 조직에 DAB를 도포한 후 광학 현미경10으로 조직의 염색을 관찰합니다.
    참고: 염색 시간은 조직의 염색 시간에 따라 몇 초에서 몇 분까지 다양했습니다. 염색 절차는 절편을 물에 넣어 중단시켰다. 이 연구에서 조직의 갈색 염색은 CD68의 양성 발현을 나타냅니다. 모든 항체는 1x PBS로 희석되었습니다.

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Representative Results

제안된 방법을 사용하여 쥐에서 규폐증의 몇 가지 잠재적인 메커니즘과 발병기전을 조사했습니다. 흡입 챔버의 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 챔버는 공기 전달 실리카 발생기, 전신 챔버 및 폐기물 처리 시스템으로 구성되었으며, 앞서 설명한바와 같이 17. 폐 기능, 혈청 및 폐의 염증 인자 수준, 콜라겐 침착 및 근섬유아세포 분화는 이전 연구에서 보고되었습니다 10,18,19. miRNA, lncRNA 및 mRNA의 차등 발현은 이전 보고서 20,21,22에서 보고되었습니다. 앞서 언급한 다중 배치 연구에서 실리카에 노출된 후 사망한 쥐는 없었습니다.

규폐증이 있는 쥐의 전형적인 병리학적 특성은 이전에요약되었다 23. 규소 결절은 실리카가 함유된 대식세포로 구성되었습니다. 그림 2는 규폐증이 있는 쥐의 콜라겐 침착을 보여줍니다. 편광 렌즈는 대식세포에서 실리카를 드러냈습니다. 그림 3은 CD68의 면역조직화학적 염색에 의한 규소성 결절의 동적 진화를 보여줍니다. 다른 대안적 마커는 유도성 산화질소 합성효소 또는 아르기나제-1을 포함하였다24. 앞서 언급한 바와 같이, 24주 동안 실리카에 노출된 쥐는 규소 결절의 콜라겐 침착, 주기적인 acid-Schiff 양성 염색 및 폐 기능 손상을 포함하여 눈에 띄고 관찰 가능한 병변을 보였습니다. 반면에, 다른 장기들(심장, 비장, 간)은 대조군 쥐와 규폐증이 있는 쥐 사이에 형태학적 차이를 보이지 않았다(그림 4). 24주 동안 실리카에 노출된 쥐의 신장은 근위부 뒤얽힌 세뇨관에서 경미한 퇴행성 변화를 보였다. 비정상적인 뼈 대사는 이전 연구에서 잘 문서화되었습니다10,17. 전반적으로, 이러한 연구는 제안된 프로토콜이 인간의 규폐증 진행을 잘 모방할 수 있음을 강조했습니다.

Figure 1
그림 1: 노출 제어 장치의 개략도. (A) 공기 공급 실리카 발생기. (B) 전신 챔버. (C) 계기판. (D) 노출 제어 장치. (E) 모든 구성 요소는 작업 도구를 형성하기 위해 조립됩니다. 챔버는 공기 공급 실리카 발생기, 전신 챔버 및 폐기물 처리 시스템으로 구성됩니다. (에프,) 공기 감지기. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 2
그림 2: 규폐증이 있는 쥐의 H&E 염색 및 콜라겐 침착. 2주 및 24주 동안 실리카에 노출된 쥐의 H&E 염색. 쥐의 폐포 구조는 여전히 온전했고, 2주간의 실리카 흡입 후 치조벽이 두꺼워졌다. 쥐의 폐포 구조가 사라졌고, 실리카 흡입 24주 후 넓은 부위의 섬유증이 형성되었습니다. 실리카 입자는 쥐의 폐엽(2주 및 24주)에 갇혀 있었고, 쥐(24주)의 콜라겐 섬유는 편광 현미경으로 관찰되었습니다. 척도 막대: 50 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 3
그림 3: CD68의 면역조직화학적 염색에 의해 검출된 규소성 결절의 동적 진화. (A) 노출 시간이 증가함에 따라(2주에서 24주로) 규소성 결절의 면적이 점차 증가하고 인접한 규폐성 결절이 점차 큰 결절로 융합되었습니다. (B) 실리콘 결절의 패턴. 척도 막대: 50 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 4
그림 4: 대조군 쥐와 규폐증이 있는 쥐의 폐, 신장, 간, 비장 및 뼈의 H&E 염색. (A) 대조군 쥐의 폐, 신장, 간, 비장 및 뼈의 H&E 염색. 척도 막대: 1mm. (B) 대조군 쥐의 폐, 신장, 간, 비장 및 뼈의 H&E 염색. 기준자: 50 μm. 다양한 크기의 다발성 섬유화 병변이 대조군 쥐와 비교하여 실리카에 노출된 쥐에서 형성되었습니다. 대조군 쥐와 규폐증이 있는 쥐 사이에 신장, 간, 비장에서 유의미한 차이는 발견되지 않았지만, 규폐증이 있는 쥐에서는 뼈 손실이 관찰되었습니다. (C) 규폐증이 있는 쥐의 폐, 신장, 간, 비장 및 뼈의 H&E 염색. 척도 막대: 1mm. (D) 규폐증이 있는 쥐의 폐, 신장, 간, 비장 및 뼈의 H&E 염색. 척도 막대: 50 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

측정 시간(분) 부피 (L) W1 (g) W2 (g) 농도 (mg/m3)
10 460 0.40 0.43 65.22
20 923 0.40 0.46 65.01
30 1404 0.40 0.49 64.1

표 1: 전신 챔버의 실리카 농도.

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Discussion

규폐증의 주요 원인인 실리카는 성형에 결정적인 역할을 합니다. 진폐증 환자가 흡입하는 실리카 입자는 기계적 절단으로 생성된 신선한 유리 실리카 입자입니다. 실리카는 갓 절단된 입자 표면에 직접 또는 대식세포(25)에 대한 그 효과를 통해 간접적으로 활성 산소 종을 생성할 수 있다. 따라서 실리카 입자의 분쇄가 매우 중요합니다. 제안된 프로토콜에서 실리카를 마노 모르타르로 90분 이상 분쇄하여 더 미세하고 불규칙하게 만들고 표면적을 늘렸습니다. 보고된 바와 같이, 결정질 실리카26 의 공기 중 농도는 0.05mg/m3 보다 낮아서는 안 됩니다. 그러나 이 프로토콜은 부정확한 먼지 농도에 문제가 있을 수 있습니다. 먼지 농도의 불확실성은 주로 내장된 먼지 농도 모니터링 시스템의 부재와 관련이 있습니다. 실제 실리카 농도는 먼지 캐비닛에 유입되는SiO2 의 질량과 가스 유량을 사용하여 계산되었습니다. SiO2 의 부피는 실제로 캐비닛에 들어가는 SiO2 의 질량이 아닌 회전 플레이트의 속도에 기반을두었습니다. 따라서 이 문제에 대한 가능한 해결책은 일주일에 두 번 챔버의 실리카 부피를 확인하여 쥐가 매번 동일한 양의 실리카에 노출되도록 하거나 농도 측정 장치를 먼지 챔버에 배치하는 것이었고, 후자가 가장 좋은 해결책이었습니다.

이 모델의 한계 또한 명백했다 : (1) 노출량과 생물학적 영향 사이의 관계는 쥐의 호흡기가 인간의 호흡기와 다르기 때문에 근사치에 불과하다. (2) 먼지 농도의 불확실성이 존재했습니다. (3) 특수 장비 구입이 필요한 방법; (4) 먼지 챔버의 부피와 먼지에 감염된 쥐의 수가 제한되었습니다. (5) 마우스의 호흡기가 좁고 규사 먼지가 폐에 침착될 수 없기 때문에 마우스 규폐증 모델을 구성할 수 없었습니다. 또한 마우스 모델이 저렴하고 형질전환 또는 KO 마우스를 쉽게 생성할 수 있었습니다.

규폐증 동물 모델의 종래의 구성은 주로 기관지 주사와SiO2 흡입의 두 가지 방법을 포함했습니다. 기관지 주사에서 사망률은 관류 용량과 밀접한 관련이 있었고, 침습적 수술은 필연적으로 추가적인 부수적 손상을 야기했다27. 기관내 주입 모델을 대체하기 위해, 일부 학자들은 흡입용 초음파 분무 실리카 현탁액을 사용하여 규폐증 모델을 확립하였다28. 그러나 초음파 분무는 분무 후 공기 중 실리카의 농도를 제어할 수 없었고 반복성이 좋지 않았으며 이 모델링 방법을 사용하여 전형적인 섬유화 병변을 형성할 수 없었습니다. 또 다른 경제적이고 실용적이며 효과적인 모델은 마우스 비강 점적 모델29 였지만,이 방법은 액체 실리카를 기관에 주입하여 흡입하는 것만 큼 좋지 않았습니다. 노출 제어 장치에는 흡입 챔버의 실리카가 고르게 분포되고 데이터가 정확하며 먼지 챔버의 먼지 분포가 균일하도록 다중 공기 흡입 시스템이 있습니다. 따라서 테스트 환경은 오랫동안 안정적이었고 관련 매개변수는 언제든지 관찰 및 기록되었습니다.

동물 질병 또는 부상 모델을 확립하는 것의 중요성은 병원성 요인에 의해 유발된 질병 또는 부상의 병리학적 과정을 가능한 한 최대한 모방하는 것입니다. 따라서 좋은 동물 모델은 가능한 한 인간 질병에 가깝습니다. 실리카에 대한 흡입 노출에 의해 쥐는 먼지 챔버에서 병원성 실리카 입자를 자유롭게 흡입할 수 있습니다. 주간 및 일일 노출 세션은 또한 진폐증 근로자의 근무 시간을 완전히 모방했습니다. 이 모델링 방법을 사용하여 쥐의 규폐증 중 상피-중간엽 전이, 전이 성장 인자 신호의 활성화, 대식세포의 활성화, 노화 관련 신호의 활성화와 같은 병리학적 변화를 확인했습니다. 그 결과 중 일부는 인간 샘플에서 확인되었다18. 최근에는 이 방법에 의한 규폐증 진화의 역동적인 병리학적 변화를 연구하기 시작했다23.

이 간단하고 저렴하며 쉽게 반복할 수 있는 프로토콜은 규폐증 발병률이 전 세계적으로 다시 증가하고 있는 시기에 매우 중요합니다30. 100 mg quartz/m3 에 8주간 흡입 노출된 후, 실리카의 20%가 6개월 및 12개월 후 쥐의 폐에 남아 있었다31. 또한 연구원들은 유사한 장치를 사용하는 동물이 공기를 흡입하고 내쉴 수 있는 정도를 조사했습니다. 동물이 흡입한 가스의 농도는 약간 변했다32. 예를 들어, 규폐증의 역동적인 진화를 관찰하기 위해 마이크로 컴퓨터 단층 촬영과 결합하고, 규폐증의 병리학적 과정을 검증하고 새로운 항염증 및 항섬유화 전신 요법을 검증하기 위해 전사체 데이터베이스와 결합함으로써 이 프로토콜은 여전히 큰 가능성을 가지고 있습니다.

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Disclosures

저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.

Acknowledgments

이 연구는 중국 국립 자연 과학 재단 (82003406), 허베이 성 자연 과학 재단 (H2022209073) 및 허베이 교육부 과학 기술 프로젝트 (ZD2022127)의 자금 지원을 받았습니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Air detector (compressive atmospheric sampler) Qingdao Xuyu Environmental Protection Technology Co. LTD
Anatomical table  No specific brand is recommended.
Antibody of CD68 Abcam ab201340
DAB ZSGB-BIO ZLI-9018
Electric heating air-blowing drier Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., LTD
Electronic balance OHRUS
Embedding machine leica
Exhaust gas discharge device   HOPE Industry and Trade Co. Ltd.
Generator systems  HOPE Industry and Trade Co. Ltd.
Gloves (thin laboratory gloves) The secco medical
Hematoxylin and eosin BaSO Diagnostics Inc. BA4025
HOPE MED 8050 exposure control apparatus HOPE Industry and Trade Co. Ltd.
Inhalation chamber  HOPE Industry and Trade Co. Ltd.
Injection syringe  No specific brand is recommended.
Light microscope  olympus
Object slide shitai
PV-6000 (HRP-conjugated goat anti-mouse IgG polymer) Beijing Zhongshan Jinqiao Biotechnology Co. Ltd s5631
Silicon dioxide Sigma-Aldrich
Slicing machine leica RM2255
Waste gas treatment device HOPE Industry and Trade Co. Ltd.
Wet box Cooperative plastic Products Factory
Xylol Tianjin Yongda Chemical Reagent Co., LTD

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References

  1. Li, J., et al. The burden of pneumoconiosis in China: an analysis from the Global Burden of Disease Study. BMC Public Health. 22 (1), 1114 (2019).
  2. The Lancet Respiratory Medicine. The world is failing on silicosis. The Lancet. Respiratory Medicine. 7 (4), 283 (2019).
  3. Li, T., Yang, X., Xu, H., Liu, H. Early identification, accurate diagnosis, and treatment of silicosis. Canadian Respiratory Journal. 3769134, (2022).
  4. Adamcakova, J., Mokra, D. New insights into pathomechanisms and treatment possibilities for lung silicosis. International Journal of Molecular Sciences. 22 (8), 4162 (2021).
  5. Li, Y., et al. Thalidomide alleviates pulmonary fibrosis induced by silica in mice by inhibiting ER stress and the TLR4-NF-κB pathway. International Journal of Molecular Sciences. 23 (10), 5656 (2022).
  6. Zhang, E., et al. Exosomes derived from bone marrow mesenchymal stem cells reverse epithelial-mesenchymal transition potentially via attenuating Wnt/β-catenin signaling to alleviate silica-induced pulmonary fibrosis. Toxicology Mechanisms and Methods. 31 (9), 655-666 (2021).
  7. Li, S., et al. N-Acetyl-Seryl-Asparyl-Lysyl-Proline regulates lung renin angiotensin system to inhibit epithelial-mesenchymal transition in silicotic mice. Toxicology and Applied Pharmacology. 408, 408 (2020).
  8. Walters, E. H., Shukla, S. D. Silicosis: Pathogenesis and utility of animal models of disease. Allergy. 76 (10), 3241-3242 (2021).
  9. Langley, R. J., Mishra, N. C., Peña-Philippides, J. C., Hutt, J. A., Sopori, M. L. Granuloma formation induced by low-dose chronic silica inhalation is associated with an anti-apoptotic response in Lewis rats. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A. 73 (10), 669-683 (2010).
  10. Jin, F., et al. Ac-SDKP Attenuates activation of lung macrophages and bone osteoclasts in rats exposed to silica by inhibition of TLR4 and RANKL signaling pathways. Journal of Inflammation Research. 14, 1647-1660 (2021).
  11. Xu, H., et al. A new anti-fibrotic target of Ac-SDKP: inhibition of myofibroblast differentiation in rat lung with silicosis. PloS One. 7 (7), e40301 (2012).
  12. Li, S., et al. Ac-SDKP increases α-TAT 1 and promotes the apoptosis in lung fibroblasts and epithelial cells double-stimulated with TGF-β1 and silica. Toxicology and Applied Pharmacology. 369, 17-29 (2019).
  13. Vallyathan, V., Shi, X. L., Dalal, N. S., Irr, W. Generation of free radicals from freshly fractured silica dust. Potential role in acute silica-induced lung injury. The American Review of Respiratory Disease. 138 (5), 1213-1219 (1988).
  14. Khoo, S. Y., Lay, B. P. P., Joya, J., et al. Local anesthetic refinement of pentobarbital euthanasia reduces abdominal writhing without affecting immunohistochemical endpoints in rats. Lab Anim. 2018 (52), 152-162 (2018).
  15. Chooi, K. F., Rajendran, D. B. K., Phang, S. S. G., Toh, H. H. A. The dimethylnitrosamine induced liver fibrosis model in the rat. Journal of Visualized Experiments. 112 (112), (2016).
  16. Valentin, J., Frobert, A., Ajalbert, G., Cook, S., Giraud, M. -N. Histological quantification of chronic myocardial infarct in rats. Journal of Visualized Experiments. 118 (118), (2016).
  17. Zhang, H., et al. silicosis decreases bone mineral density in rats. Toxicology and Applied Pharmacology. 348, 117-122 (2018).
  18. Zhang, B., et al. Targeting the RAS axis alleviates silicotic fibrosis and Ang II-induced myofibroblast differentiation via inhibition of the hedgehog signaling pathway. Toxicology Letters. 313, 30-41 (2019).
  19. Li, S., et al. Silica perturbs primary cilia and causes myofibroblast differentiation during silicosis by reduction of the KIF3A-repressor GLI3 complex. Theranostics. 10 (4), 1719-1732 (2020).
  20. Gao, X., et al. Pulmonary silicosis alters microRNA expression in rat lung and miR-411-3p exerts anti-fibrotic effects by inhibiting MRTF-A/SRF signaling. Molecular therapy. Nucleic Acids. 20, 851-865 (2020).
  21. Cai, W., et al. Differential expression of lncRNAs during silicosis and the role of LOC103691771 in myofibroblast differentiation induced by TGF-β1. Biomedicine & Pharmacotherapy. 125, (2020).
  22. Cai, W., et al. Transcriptomic analysis identifies upregulation of secreted phosphoprotein 1 in silicotic rats. Experimental and Therapeutic. 21 (6), (2021).
  23. Li, Y., et al. Minute cellular nodules as early lesions in rats with silica exposure via inhalation. Veterinary Sciences. 9 (6), 251 (2022).
  24. Mao, N., et al. Glycolytic reprogramming in silica-induced lung macrophages and silicosis reversed by Ac-SDKP treatment. International Journal of Molecular Sciences. 22 (18), 10063 (2021).
  25. Hamilton, R. F., Thakur, S. A., Holian, A. Silica binding and toxicity in alveolar macrophages. Free Radical Biology and Medicine. 44 (7), 1246-1258 (2008).
  26. Park, R., et al. Exposure to crystalline silica, silicosis, and lung disease other than cancer in diatomaceous earth industry workers: a quantitative risk assessment. Occupational and Environmental. 59 (1), 36-43 (2002).
  27. Honnons, S., Porcher, J. M. In vivo experimental model for silicosis. Journal of Environmental Pathology, Toxicology and. 19 (4), 391-400 (2000).
  28. Lakatos, H. F., et al. Oropharyngeal aspiration of a silica suspension produces a superior model of silicosis in the mouse when compared to intratracheal instillation. Experimental Lung Research. 32 (5), 181-199 (2006).
  29. Li, B., et al. A suitable silicosis mouse model was constructed by repeated inhalation of silica dust via nose. Toxicology Letters. 353, 1-12 (2021).
  30. Hoy, R. F., Chambers, D. C. Silica-related diseases in the modern world. Allergy. 75 (11), 2805-2817 (2020).
  31. Davis, G. S. Pathogenesis of silicosis: current concepts and hypotheses. Lung. 164 (3), 139-154 (1986).
  32. Moss, O. R., James, R. A., Asgharian, B. Influence of exhaled air on inhalation exposure delivered through a directed-flow nose-only exposure system. Inhalation Toxicology. 18 (1), 45-51 (2006).

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의학 문제 188 노출 호흡 가능한 실리카 흡입 직업 환경 석영 입자 병리학적 과정 유도성 흡입 챔버 기술 동적 진화 과정 반복성 수술 흡입 노출 시스템 SiO2 분말 발생기 전신 흡입 노출 챔버 모니터링 및 제어 시스템 산소 농도 온도 습도 압력 장벽 및 폐기물 처리 시스템
호흡 가능한 실리카에 대한 전신 노출을 통한 규폐증 쥐 모델 확립
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Jin, F., Li, Y., Li, T., Yang, X.,More

Jin, F., Li, Y., Li, T., Yang, X., Cai, W., Li, S., Gao, X., Yang, F., Xu, H., Liu, H. Establishing a Silicosis Rat Model via Exposure of Whole-Body to Respirable Silica. J. Vis. Exp. (188), e64467, doi:10.3791/64467 (2022).

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