Summary
Bu çalışma, bir inhalasyon odasında tüm vücut boyunca silikanın solunması ile bir silikoz sıçan modeli oluşturma tekniğini açıklamaktadır. Silikozlu sıçanlar, insan silikozunun patolojik sürecini, iyi tekrarlanabilirlik ile kolay, uygun maliyetli bir şekilde yakından taklit edebilir.
Abstract
Silikozisin en önemli nedeni, iş ortamında silikanın solunmasıdır. Bazı anatomik ve fizyolojik farklılıklara rağmen, kemirgen modelleri insan silikozunu incelemek için önemli bir araç olmaya devam etmektedir. Silikoz için, klasik patolojik sürecin, yeni üretilmiş kuvars parçacıklarının solunması yoluyla indüklenebilir olması gerekir, bu da özellikle insan meslek hastalığını indüklemek anlamına gelir. Bu çalışma, silikozisin patolojik dinamik evrim sürecini oluşturmak ve etkili bir şekilde taklit etmek için bir teknik tanımladı. Ayrıca, teknik, herhangi bir ameliyat gerektirmeden iyi bir tekrarlanabilirliğe sahipti. İnhalasyon maruz kalma sistemi üretildi, doğrulandı ve solunabilir partikül inhalasyonu ile ilgili toksikoloji çalışmaları için kullanıldı. Kritik bileşenler aşağıdaki gibidir: (1) bir hava akışı kontrolörü ile ayarlanmış toplu kuru SiO2 toz jeneratörü; (2) 3 yetişkin sıçanı barındıran 0,3m3 tüm vücut inhalasyon maruz kalma odası; (3) oksijen konsantrasyonunu, sıcaklığı, nemi ve basıncı gerçek zamanlı olarak düzenlemek için bir izleme ve kontrol sistemi; ve (4) laboratuvar teknisyenlerini ve çevreyi korumak için bir bariyer ve atık bertaraf sistemi. Özetle, mevcut protokol tüm vücut yoluyla inhalasyonu rapor eder ve inhalasyon odası, düşük mortalite, daha az yaralanma ve daha fazla koruma ile güvenilir, makul ve tekrarlanabilir bir sıçan silikotik modeli oluşturmuştur.
Introduction
Silikanın solunmasından kaynaklanan silikozis, Çin'deki en ciddi meslek hastalığıdır ve her yıl toplam meslek hastalığı raporlarının %80'inden fazlasını oluşturmaktadır1. Silikozisin etiyolojisi açıktır ve önlenebilir ve kontrol altına alınabilir, ancak etkili bir tedavi yöntemi mevcut değildir2. Birçok ilacın temel çalışmalarda etkili olduğu kanıtlanmıştır, ancak kesin olmayan klinik etkileri vardır 3,4. Bu nedenle, silikozisin patolojik ve fizyolojik mekanizmalarının hala araştırılması gerekmektedir.
Birçok çalışma, silikozun patogenezini araştırmak için sıçanların veya farelerin trakeasına bir kerelik silika infüzyonu kullanmıştır 5,6. Bu kemirgen silikotik modeller kısa sürede elde edilebilsede 7, bu yöntemlerin hayvan travması ve yüksek ölüm oranı gibi zorlukları vardı. Bazı çalışmalar, spesifik olmayan bir akciğer reaksiyonunu indüklemek için depolanmış silikanın akciğerlere aşılanmasını içermiştir, ancak farelerdesilikotik nodüllerden bahsetmemiştir 8. Ayrıca, akut silikozdan uzakta, mesleki ortamlarda silikaya kronik maruziyet, akciğerlerde önemli ölçüde daha düşük pulmoner inflamasyona neden oldu ve pro-apoptotik belirteçlerden ziyade anti-apoptotik belirteçlerin seviyelerini yükseltti9. Bu nedenle, silikozun patogenezini daha fazla araştırmak için güvenilir, makul ve tekrarlanabilir bir hayvan modeline ihtiyaç vardır.
Bu çalışma, silikozisli hastaların hastalık sürecini tüm vücut yoluyla silika inhalasyonu yoluyla taklit etmek için bir yöntemi tanımlamaktadır, hava ile verilen bir silika jeneratörü, bir tüm vücut odası ve bir atık bertaraf sisteminden oluşan bir inhalasyon odasındaki hava ile verilen parçacıklar. Bu yöntem basittir, kullanımı kolaydır ve silikozun patolojik dinamik evrim sürecini etkili bir şekilde taklit eder. Ayrıca, birçok olası mekanizma ve silikozun patogenezi bu yöntem kullanılarak tanımlanmıştır 10,11,12. Önerilen protokolün, silikoz araştırmalarının ilgili alanında daha fazla araştırmaya yardımcı olması beklenmektedir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tüm hayvan deneyleri, Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Sağlık Enstitüleri Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu'na göre yürütülmüş ve Kuzey Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Etik Komitesi tarafından onaylanmıştır (protokol kodu LX2019033 ve 2019-3-3 onayı). Bu çalışma için 3 haftalık erkek Wistar sıçanları kullanıldı. Tüm sıçanlar odun talaşı ile statik kafeslerde tutuldu. Hayvanlar 12 saat / 12 saat aydınlık / karanlık döngüsünde tutuldu ve yiyecek ve su ad libitum sağlandı. Takip deneyleri 1 haftalık adaptif beslenmeden sonra yapıldı.
1. Hayvan hazırlama
- Varışta, tüm fareleri belirli bir patojen içermeyen (SPF) odada barındırın.
- Sağlıklı sıçanları rastgele iki gruba ayırın (n = 10): saf hava soluyan kontrol sıçanları ve silika soluyan silikozlu sıçanlar.
2. Silika hazırlama
DİKKAT: İnsan vücudu tarafından solunan silika tozu akciğerlere zarar verebilir. Bu nedenle, bireyler operasyonlar sırasında tulum, tıbbi eldiven ve koruyucu maske (N95) giymelidir.
- Silika parçacıklarını (Malzeme Tablosuna bakınız) her maruziyetten önce 1,5 saat akik harcı ile topraklayın. Bunun nedeni, taze kırılmış kuvarsın yaşlı kuvars13'ten daha fazla miktarda aktif oksijen türü üretmesi ve 1-5 μm çapındaki silikanın en patojenik olmasıdır.
- Öğütme işleminden sonra silikayı (30 g) elektronik terazi kullanarak tartın, cam bir kaba koyun ve silika parçacıklarının yüzeyindeki patojenleri ortadan kaldırmak için elektrikli ısıtmalı hava üfleme kurutucusunda 180 °C'de 6 saat pişirin (Malzeme Tablosuna bakın).
3. Sıçanlara silika maruziyeti
- Enjeksiyonu ve piyasada bulunan jeneratör sistemlerini bağlayın ( Malzeme Tablosuna bakın) ve silikayı (30 g) jeneratöre yerleştirin. Bağlantı hattının normal olup olmadığını, güç kablosunun bağlı olup olmadığını ve güç kaynağının normal olup olmadığını kontrol edin.
- Püskürtme kulesinin su seviyesini ve atık gaz arıtma cihazının nemlendiricisini ( Malzeme Tablosuna bakın) manuel olarak kontrol edin ve yetersizse su ekleyin (standart çizgiye kadar değil).
- Atık gaz arıtma cihazının püskürtme kulesine musluk suyu ve nemlendiriciye damıtılmış su ekleyin (Şekil 1).
- Koruyucu kabinin içinin negatif basınç durumunda olup olmadığını doğrulamak için egzoz gazı tahliye cihazını ( Malzeme Tablosuna bakın) ve hava kaynağı anahtarını açın.
- Soluma odasının altındaki sıvı karıştırma, toz karıştırma, saf gaz akış kontrol vanaları ve atık su tahliye vanasının kapalı olduğunu onaylayın.
- Soluma odasına toplam 10 sıçan yerleştirin (Malzeme Tablosuna bakınız) ve soluma bölmesini ve ekranlı dolap kapılarını kapatın.
- Gösterge panelinde veya bilgisayarda aşağıdaki deneysel parametreleri ayarlayın: kabin basıncı: -50 ila -30 Pa; oksijen konsantrasyonu:% 21; kabin sıcaklığı: 26-30 °C; nem oranı:% 30 -% 70; toz giriş hızı: 2.0-2.5 mL / dak; ve kabin toz konsantrasyonu: 60 ± 5 mg/m3.
NOT: Deney sırasında deney verilerini ve ekipman durumunu sürekli olarak gözlemleyin. Ekipman arızası alarmı zamanında işlem yapılmasını istedi.- Her hayvanı haftada 5 gün, günde 3 saat sürekli olarak silikaya maruz bırakın ve kontrol grubundaki hayvanların saf hava solumasına izin verin.
- Deneyin tamamlanmasının ardından, karışık gaz akış kontrol vanasını kapatın ve saf gaz akış vanasını açın. Saf gazı sürekli olarak inhalasyon odasına enjekte edin.
NOT: Bu çalışmada, inhalasyon odasındaki zehirli gaz tamamen yerine konana kadar saf gaz akışı (7.0-7.5m3/h) en az 20 dakika süreyle enjekte edilmiştir.- Saf hava akış valfini kapatın, kapıyı açın, fareleri dışarı çıkarın ve patojensiz odaya geri gönderin.
- Fare rafını ve branşman borusu bileşenlerini sırayla çıkarın ve temizlik için lavaboya yerleştirin. Durulamadan sonra, otomatik temizleme valfini kapatın ve kapağı açın.
- İç duvarı temiz bir bezle silin veya depoyu kurutmak için saf gazı açın. Son olarak, dezenfeksiyonu gerçekleştirin. % 75 etanol ile temizledikten ve dezenfekte ettikten sonra, egzoz kapağını kapatın ve mümkün olan en kısa sürede, nemi buharlaştırmak için inhalasyon kabininin kapısını hafifçe açın, böylece inhalasyon kabininin içi kuru kalır.
- Deney sırasında silika konsantrasyonunun stabilitesini sağlamak için haftada iki kez üreticinin talimatlarını ( Malzeme Tablosuna bakın) izleyerek kabindeki silika konsantrasyonunu kapsamlı bir atmosferik örnekleyici ile kontrol edin. Numune almadan önce atmosferik örnekleyiciyi kalibre edin.
- Gravimetrik belirleme için dijital tek bölmeli analitik terazi kullanın. Hesaplanan silika konsantrasyonu 65 mg /m3 idi (Şekil 1 ve Tablo 1).
NOT: Filtre kağıdını silika emiliminden önce ve sonra tartın. Silika konsantrasyonu aşağıdaki formül12 kullanılarak hesaplanmıştır:
burada W2 = numune alımından sonra filtre kağıdının ağırlığı, W1 = numune almadan önce filtre kağıdının ağırlığı ve V = havanın hacmi.
- Gravimetrik belirleme için dijital tek bölmeli analitik terazi kullanın. Hesaplanan silika konsantrasyonu 65 mg /m3 idi (Şekil 1 ve Tablo 1).
4. Akciğer dokularının edinilmesi ve sabitlenmesi
- Sıçanlara intraperitoneal pentobarbital (100 mg/kg vücut ağırlığı) ve Lidokain (4 mg/kg vücut ağırlığı) enjeksiyonu ile ötenazi yapın. Ölümü kalp atışı kaybıyla değerlendirin14.
- Deneyin sonunda, sağ alt akciğer, böbrek, karaciğer, dalak ve kemiği en az 4 saat boyunca% 24 paraformaldehit ile sabitleyin, parafine gömün ve 5 μm'lik bölümlerekesin 7,15.
5. Hematoksilen ve eozin (H & E) boyama
- Parafin bölümlerini ksilol içinde deparafin (Malzeme Tablosuna bakınız) her16 dakika boyunca 10 dakika boyunca iki kez deparafin edin ve% 100 etanol,% 95 etanol,% 90 etanol,% 80 etanol,% 70 etanol ve damıtılmış su içinde her biri 3 dakika boyunca rehidre edin.
- Bölümleri hematoksilen ile 5 dakika boyayın ( Malzeme Tablosuna bakınız) ve ardından bölümleri suylayıkayın 10.
- Bölümleri% 2 hidroklorik alkole ve ardından renk maviye dönene kadar damıtılmış suya yerleştirin.
- Bölümleri 1 dakika boyunca eozin ile boyayın,% 95 etanol ile kurutun, ksilen ile şeffaf hale getirin, nötr sakızla kapatın ve ışık mikroskobu altında gözlemleyin12.
6. İmmünohistokimyasal boyama
- Parafin bölümlerini rutin olarak suyla yıkayın.
- Antijenleri 80 saniye boyunca yüksek basınçta (60 kPa) ve yüksek sıcaklıkta (100 °C) maruz bırakın ve ardından endojen peroksidazları ortadan kaldırmak için 15 dakika boyunca endojen bir peroksidaz blokeri (% 3) ile bloke edin7.
- Numuneleri CD68'e karşı yönlendirilmiş antikorlarla (1:200 seyreltme-4 μL CD68 ila 396 μL antikor seyreltici ekleyin; Malzeme Tablosuna bakınız) gece boyunca 4 ° C'de inkübe edin.
- Numuneleri ikincil bir antikor (HRP konjuge keçi anti-fare IgG polimeri; Malzeme Tablosuna bakınız) ile 37 ° C'de 30 dakika inkübe edin ve ardından numuneleri 1x PBS ile yıkayın.
- İmmünoreaktiviteyi 3,3-diaminobenzidin (DAB; bkz . DAB'ı dokuya uyguladıktan sonra, dokunun lekelenmesini ışık mikroskobu altında gözlemleyin10.
NOT: Boyanma süresi dokunun boyanma süresine göre birkaç saniye ile birkaç dakika arasında değişmiştir. Boyama işlemi, bölümler suya yerleştirilerek durduruldu. Bu çalışmada, dokunun kahverengi boyanması CD68'in pozitif ekspresyonunu temsil etti. Tüm antikorlar 1x PBS'de seyreltildi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Önerilen yöntem kullanılarak, sıçanlarda bazı potansiyel mekanizmalar ve silikoz patogenezi araştırıldı. İnhalasyon odasının şeması Şekil 1'de gösterilmiştir. Oda, daha önce açıklandığı gibi hava ile verilen bir silika jeneratörü, bir tüm vücut odası ve bir atık bertaraf sisteminden oluşuyordu17. Önceki çalışmalarda solunum fonksiyonları, serum ve akciğerde inflamatuar faktörlerin seviyeleri, kollajen birikimi ve miyofibroblast farklılaşması bildirilmiştir 10,18,19. miRNA, lncRNA ve mRNA'nın diferansiyel ekspresyonu önceki raporlarımızdabildirilmiştir 20,21,22. Yukarıda belirtilen çok partili çalışmalarda silika maruziyetinden sonra hiçbir sıçan ölmedi.
Silikozisli sıçanların klasik patolojik özellikleri daha önce özetlenmiştir23. Silikotik nodüller silika içeren makrofajlardan oluşuyordu. Şekil 2, silikozisli sıçanlarda kollajen birikimini göstermektedir. Polarize lens, makrofajlarda silika ortaya çıkardı. Şekil 3, CD68'in immünohistokimyasal boyanması ile silikotik nodüllerin dinamik evrimini göstermektedir; Diğer alternatif belirteçler arasında indüklenebilir nitrik oksit sentaz veya arginaz-124 vardı. Daha önce23 belirtildiği gibi, 24 hafta boyunca silikaya maruz kalan sıçanlar, silikotik nodüllerde kollajen birikimi, periyodik asit-Schiff pozitif boyama ve bozulmuş pulmoner fonksiyonlar dahil olmak üzere görünür ve gözlemlenebilir lezyonlar gösterdi. Öte yandan, diğer organlar (kalp, dalak ve karaciğer) kontrol sıçanları ile silikozisli sıçanlar arasında morfolojik farklılıklar göstermedi (Şekil 4). 24 hafta boyunca silikaya maruz kalan sıçanların böbreğinde proksimal kıvrımlı tübüllerde hafif dejeneratif değişiklikler vardı. Anormal kemik metabolizması önceki çalışmalarımızda iyi belgelenmiştir10,17. Genel olarak, bu çalışmalar, önerilen protokolün insanlarda silikozun ilerlemesini iyi taklit edebileceğini vurguladı.
Şekil 1: Pozlama kontrol aparatının şeması. (A) Hava ile verilen silika jeneratörü. (B) Tüm vücut odası. (C) Gösterge panelleri. (D) Pozlama kontrol aparatı. (E) Tüm bileşenler bir çalışma aleti oluşturacak şekilde monte edilmiştir; Oda, hava ile verilen bir silika jeneratörü, bir tüm vücut odası ve bir atık bertaraf sisteminden oluşur. (F,G) Hava dedektörü. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Silikozlu sıçanlarda H&E boyaması ve kollajen birikimi. 2 ve 24 hafta boyunca silikaya maruz kalan sıçanların H & E boyama. Sıçanların alveolar yapısı hala sağlamdı ve alveolar duvar 2 haftalık silika inhalasyonundan sonra kalınlaştı. Sıçanların alveolar yapısı kayboldu ve 24 haftalık silika inhalasyonundan sonra geniş fibroz alanları oluştu. Silika partikülleri, sıçanların akciğer loblarında (2 ve 24 hafta) sıkıştı ve sıçanların kollajen lifleri (24 hafta) polarize ışık mikroskobu altında gözlendi. Ölçek çubuğu: 50 μm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: CD68'in immünohistokimyasal boyanması ile tespit edilen silikotik nodüllerin dinamik evrimi. (A) Maruz kalma süresi arttıkça (2 ila 24 hafta), silikotik nodüllerin alanı yavaş yavaş arttı ve bitişik silikotik nodüller yavaş yavaş büyük nodüllere kaynaştı. (B) Silikon nodüllerin paterni. Ölçek çubuğu: 50 μm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Kontrol sıçanlarının ve silikozisli sıçanların akciğerlerinin, böbreklerinin, karaciğerlerinin, dalağının ve kemiğinin H&E boyaması. (A) Kontrol sıçanlarının akciğerlerinin, böbreklerinin, karaciğerlerinin, dalağının ve kemiğinin H & E boyaması. Ölçek çubuğu: 1 mm. (B) Kontrol farelerinin akciğerlerinin, böbreklerinin, karaciğerinin, dalağının ve kemiğinin H & E boyaması. Ölçek çubuğu: 50 μm. Silikaya maruz kalan sıçanlarda kontrol sıçanlarına kıyasla farklı boyutlarda çoklu fibrotik lezyonlar oluşmuştur. Kontrol sıçanları ile silikozisli sıçanlar arasında böbrek, karaciğer ve dalakta anlamlı bir fark bulunmadı, ancak silikozlu sıçanlarda kemik kaybı gözlendi. (C) Silikozlu sıçanların akciğerlerinin, böbreklerinin, karaciğerinin, dalağının ve kemiğinin H & E boyaması. Ölçek çubuğu: 1 mm. (D) Silikozlu sıçanların akciğerlerinin, böbreklerinin, karaciğerinin, dalağının ve kemiğinin H&E boyaması. Ölçek çubuğu: 50 μm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| Ölçüm süresi (dk) | Hacim (L) | W1 (g) | W2 (g) | Konsantrasyonlar (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 |
Tablo 1: Tüm vücut odasındaki silika konsantrasyonları.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Silikozun önde gelen nedeni olan silika, kalıplamada belirleyici bir rol oynar. Pnömokonyozlu hastalar tarafından solunan silika parçacıkları, mekanik kesim ile üretilen taze, serbest silika parçacıklarıdır. Silika, ya doğrudan taze parçalanmış parçacık yüzeylerinde ya da makrofajlar üzerindeki etkisiyle dolaylı olarak reaktif oksijen türleri üretebilir25. Bu nedenle, silika parçacıklarının öğütülmesi çok önemlidir. Önerilen protokolde silika, daha ince, daha düzensiz hale getirmek ve yüzey alanını artırmak için 90 dakikadan fazla akik harcı ile öğütüldü. Bildirildiği gibi, kristal silika26'nın havadaki konsantrasyonları 0.05 mg/m3'ten düşük olmamalıdır. Ancak, bu protokolün yanlış toz konsantrasyonlarıyla ilgili bir sorunu olabilir; Toz konsantrasyonunun belirsizliği, esas olarak yerleşik bir toz konsantrasyonu izleme sisteminin olmamasıyla ilişkiliydi. Gerçek silika konsantrasyonu, toz kabinine girenSiO2 kütlesi ve gaz akış hızı kullanılarak hesaplandı. SiO2'nin hacmi, kabine giren SiO2'nin kütlesinden ziyade döner plakanın hızına dayanıyordu. Bu nedenle, soruna olası çözümler, sıçanların her seferinde aynı hacimde silikaya maruz kalmasını sağlamak için odadaki silika hacmini haftada iki kez kontrol etmek veya toz odasına bir konsantrasyon ölçüm cihazı yerleştirmekti, ikincisi en iyi çözümdü.
Bu modelin sınırlamaları da belirgindi: (1) maruz kalma dozu ile biyolojik etkisi arasındaki ilişki sadece yaklaşıktır, çünkü sıçanların solunum yolu insanlarınkinden farklıdır; (2) toz konsantrasyonunun belirsizliği mevcuttu; (3) özel ekipman satın alınmasını gerektiren yöntem; (4) toz odasının hacmi ve tozla enfekte olmuş sıçanların sayısı sınırlıydı; (5) farelerin solunum yolu dar olduğu ve silika tozu akciğerlerde birikemediği için fare silikoz modeli oluşturulamadı; Ayrıca, fare modeli daha ucuzdu ve transgenik veya KO fareleri üretmek kolaydı.
Silikoz hayvan modelinin konvansiyonel yapısı esas olarak iki yöntemi içeriyordu: bronşiyal enjeksiyon ve SiO2'nin solunması. Bronşiyal enjeksiyonda mortalite perfüzyon dozu ile yakından ilişkiliydi ve invaziv cerrahi kaçınılmaz olarak ek teminat hasarına neden oldu27. İntratrakeal enjeksiyon modelini değiştirmek için, bazı bilim adamları inhalasyon için ultrasonik atomize silika süspansiyonu kullanarak bir silikoz modeli oluşturdular28. Bununla birlikte, ultrasonik atomizasyon, atomizasyondan sonra havadaki silika konsantrasyonunu kontrol edemedi, tekrarlanabilirlik zayıftı ve bu modelleme yöntemi kullanılarak tipik fibrotik lezyonlar oluşturulamadı. Bir başka ekonomik, pratik ve etkili model, fare burun damlası model29'du, ancak bu yöntem trakeaya sıvı silika enjekte etti ve onu solumak kadar iyi değildi. Pozlama kontrol aparatı, inhalasyon odasındaki silikanın eşit olarak dağılması, verilerin doğru olması ve toz odasındaki toz dağılımının eşit olması için çoklu bir hava giriş sistemine sahiptir. Bu nedenle, test ortamı uzun süre stabildi ve ilgili parametreler herhangi bir zamanda gözlemlendi ve kaydedildi.
Hayvan hastalığı veya yaralanma modelleri oluşturmanın önemi, patojenik faktörlerin neden olduğu patolojik hastalık veya yaralanma sürecini mümkün olan en büyük ölçüde taklit etmektir. Bu nedenle, iyi bir hayvan modeli insan hastalığına mümkün olduğunca yakındır. Silika soluma maruziyeti ile sıçanlar, toz odasındaki patojenik silika parçacıklarını serbestçe soluyabilir. Haftalık ve günlük maruziyet seansları da pnömokonyoz çalışanlarının çalışma saatlerini tamamen taklit etti. Bu modelleme yöntemini kullanarak, sıçanlarda silikoz sırasında epitelyal-mezenkimal geçiş, transfer büyüme faktörü sinyallerinin aktivasyonu, makrofajların aktivasyonu ve yaşlanma ile ilişkili sinyallerin aktivasyonu gibi patolojik değişiklikleri belirledik. Sonuçların bir kısmı insan örneklerinde doğrulandı18. Son zamanlarda, bu yöntemle silikozun evrimindeki dinamik patolojik değişiklikleri de incelemeye başladık23.
Bu basit, düşük maliyetli ve kolayca tekrarlanabilir protokol, silikoz insidansının dünyada geri dönüş yaptığı bir zamanda da büyük önem taşımaktadır30. 100 mg kuvars /m3'e 8 haftalık inhalasyon maruziyetinden sonra, silikanın %20'si 6 ve 12 ay sonra sıçan akciğerlerinde kaldı31. Ayrıca, araştırmacılar benzer bir cihazdaki bir hayvanın havayı ne ölçüde soluyabildiğini ve soluyabildiğini araştırdılar; Hayvanlar tarafından solunan gazın konsantrasyonu hafifçe değişti32. Protokol, örneğin, silikozun dinamik evrimini gözlemlemek için mikrobilgisayarlı tomografi ile birleştirerek ve silikozun patolojik sürecini doğrulamak ve yeni anti-enflamatuar ve anti-fibrotik sistemik tedavileri doğrulamak için transkriptom veri tabanı ile birleştirerek hala büyük umut vaat etmektedir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması beyan etmezler.
Acknowledgments
Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (82003406), Hebei Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı (H2022209073) ve Hebei Eğitim Departmanı Bilim ve Teknoloji Projesi (ZD2022127) tarafından finanse edilmiştir.
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 |
References
- 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).
- The Lancet Respiratory Medicine. The world is failing on silicosis. The Lancet. Respiratory Medicine. 7 (4), 283 (2019).
- Li, T., Yang, X., Xu, H., Liu, H. Early identification, accurate diagnosis, and treatment of silicosis. Canadian Respiratory Journal. 3769134, (2022).
- Adamcakova, J., Mokra, D. New insights into pathomechanisms and treatment possibilities for lung silicosis. International Journal of Molecular Sciences. 22 (8), 4162 (2021).
- 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).
- 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).
- 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).
- Walters, E. H., Shukla, S. D. Silicosis: Pathogenesis and utility of animal models of disease. Allergy. 76 (10), 3241-3242 (2021).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Zhang, H., et al. silicosis decreases bone mineral density in rats. Toxicology and Applied Pharmacology. 348, 117-122 (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Cai, W., et al. Transcriptomic analysis identifies upregulation of secreted phosphoprotein 1 in silicotic rats. Experimental and Therapeutic. 21 (6), (2021).
- Li, Y., et al. Minute cellular nodules as early lesions in rats with silica exposure via inhalation. Veterinary Sciences. 9 (6), 251 (2022).
- 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).
- 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).
- 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).
- Honnons, S., Porcher, J. M. In vivo experimental model for silicosis. Journal of Environmental Pathology, Toxicology and. 19 (4), 391-400 (2000).
- 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).
- 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).
- Hoy, R. F., Chambers, D. C.
- Davis, G. S. Pathogenesis of silicosis: current concepts and hypotheses. Lung. 164 (3), 139-154 (1986).
- 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).
