ויניל כלוריד ודיאטה גבוהה-שומן כמודל לסביבה ואינטראקציה השמנת יתר

Medicine
 

Summary

המטרה של פרוטוקול זה הייתה לפתח מודל מוראי של חשיפה לרעילות ברמה נמוכה, שאינה גורמת לפגיעה בכבד הגלויה אלא מקשה על נזקי הכבד הקיימים מראש. פרדיגמה זו מעדיפה על חשיפת החשיפה האנושית ועל השינויים העדינים המתרחשים בחשיפה לריכוזי הרעילות הנחשבים לבטוחים.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Lang, A. L., Goldsmith, W. T., Schnegelberger, R. D., Arteel, G. E., Beier, J. I. Vinyl Chloride and High-Fat Diet as a Model of Environment and Obesity Interaction. J. Vis. Exp. (155), e60351, doi:10.3791/60351 (2020).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

ויניל כלוריד (VC), זיהום סביבתי שופע, גורם steatohepatitis ברמות גבוהות, אבל נחשב בטוח ברמות נמוכות. למרות שמספר מחקרים חקרו את התפקיד של vc כהפרוקסינט ישיר, המושג vc משנה רגישות של הכבד לגורמים אחרים, כגון מחלת כבד שומני לא אלכוהולי (nafld) הנגרמת על ידי דיאטה גבוהה שומן (hfd) הוא רומן. פרוטוקול זה מתאר פרדיגמה של חשיפה להערכת ההשפעות של חשיפה כרונית ברמה נמוכה ל-VC. עכברים מתחילים להתרגל לדיאטה דל שומן או שומן גבוה שבוע לפני תחילת חשיפת האינהלציה ונשארים בדיאטות הללו לאורך כל הניסוי. עכברים חשופים ל-VC (רמת האושה: < 1 עמודים לדקה) או אוויר בתאי האינהלציה במשך 6 שעות ביום, 5 ימים בשבוע, עד 12 שבועות. בעלי חיים הם תחת פיקוח שבועי לעלייה במשקל הגוף ואת צריכת המזון. מודל זה של חשיפה VC אינו גורם לפגיעה בכבד באמצעות VC בלבד. עם זאת, השילוב של VC ו-HFD מגביר באופן משמעותי את מחלת הכבד. יתרון טכני של מודל זה שיתוף חשיפה היא חשיפה לכל הגוף, ללא איפוק. יתר על כן, התנאים דומים יותר למצב האנושי נפוץ מאוד של חשיפה משולבת VC עם מחלת כבד שומני לא אלכוהולי הבסיסית ולכן לתמוך השערת הרומן כי VC היא גורם סיכון סביבתי להתפתחות של נזק בכבד כסיבוך של השמנת יתר (כלומר, nafld). עבודה זו מאתגר את הפרדיגמה שמגבלות החשיפה הנוכחיות של VC (תעסוקתיות וסביבתיות) בטוחות. השימוש במודל זה יכול לשפוך אור חדש ולדאוג לסיכונים בחשיפה של VC. מודל זה של פגיעה בכבד הנגרמת על ידי הרעילות ניתן להשתמש עבור תרכובות אורגניות נדיפים אחרים כדי ללמוד אינטראקציות אחרות שעלולות להשפיע על הכבד ומערכות איברים אחרים.

Introduction

מספר רב של רעלים נמצאים באוויר שאנו נושמים ברמות נמוכות מאוד. ויניל כלוריד (VC) הוא גז monomeric המשמש בתעשייה כדי ליצור פוליוויניל כלוריד (PVC) מוצרים פלסטיים1. מדובר בטיפול סביבתי שכיח, מסרטן ידוע, והוא מדורג #4 ב-ATSDR עדיפות חומר מסוכן2. כדי להבין טוב יותר את ההשפעות הרעילות על בריאות האדם ואינטראקציות עם שיתוף הmorbidities הקיים, הקמת מודלים של חשיפה לחקות את החשיפה האנושית היא קריטית. האינטרס העיקרי של הקבוצה היא ללמוד את ההשפעות הכבד של החשיפה VC כרונית בריכוזים נמוכים. VC מפעילה את ההשפעות העיקריות שלה על הכבד, איפה זה הוכח (בריכוזים גבוהים) כדי לגרום סטרומטוזיס, ואת הרעילות הקשורים steatoצהבת (טאש) עם נמק, פיברוזיס, שחמת3,4, כמו גם קרצינומה של hepatocellular (HCC) ואת הכבד מאוד נדירים hemangiosarcoma5. כנראה שטאש קיימת באוכלוסיה במשך עשורים, אך נותרה בלתי מאופיינת ומוערכת בידיהחוקרים 4,6. כתוצאה ממחקר הממחיש חששות הרעילות ישירה לחשיפה VC, מינהל בטיחות תעסוקתית ובריאות (האושה) הוריד את סף החשיפה המקובל ל 1 דפים לדקה על יום עבודה של 8 h7. למרות שהסף של החשיפה הופחת, ההשפעה של ריכוז זה של VC בבריאות האדם אינה ברורה7. בנוסף, ההשפעה של חשיפת ההון העצמי על מחלות המין הקיים, כגון מחלת כבד, היא ברובה לא ידועה8. פער הידע הזה חשוב במיוחד כיום בשל השכיחות העולמית הגוברת של מחלת כבד שומני שאינם אלכוהוליים (נלfd)4,6,7,9,10,11,12. חשוב מכך, VC הוכח לאחרונה כגורם סיכון עצמאי למחלת הכבד מסיבות אחרות13. לפיכך, המטרה של פרוטוקול זה הייתה לפתח מודל אינהלציה רלוונטי לחשיפה לרעילות הסביבה הנדיף, VC בהקשר של פגיעה בכבד הבסיסית, לחקות את החשיפה האנושית ולזהות פוטנציאל, מנגנונים חדשניים של פגיעה בכבד מסוג VC או מוגברת של הון.

הדרך העיקרית לחשיפה לרעלים סביבתיים ומזהמים רבים היא באמצעות אינהלציה. ברגע שנשאף, המתחם יכול להיכנס מחזור מערכתית דרך הריאות, לנסוע אל הכבד, ולהיות metabolically מופעל על ידי אנזימים בכבד לפני מופרשים14,15,16. לעתים קרובות אלה מטבוליטים פעילים הגורמות רעילות ונזק בתוך הגוף. המחקרים הקודמים על ידי קבוצה זו ואחרים השתמשו VC מטבוליטים כמו מחליפים לחשיפה גז VC17,18. קבוצות אחרות השתמשו בדגמי אינהלציה של VC; עם זאת, רמות חשיפה גבוהה מאוד (> 50 עמודים לדקה) יושמו כדי לגרום לרעילות חריפה, פציעה חמורה בכבד, ופיתוח הגידול19. למרות שמחקרים אלה סיפקו מידע חיוני ומנגנונים של מסרטנים המושרה על ידי VC, הם אינם מקבלים את ההשפעות העדינות ואת האינטראקציות המורכבות עם גורמים תורמים אחרים ולכן הם פחות רלוונטיים לחשיפה אנושית.

בנוסף, מודל ה-VC בתוספת דיאטת שומן גבוהה (HFD) המתואר כאן (ראה איור 1 לציר הזמן), הוא הדגם הראשון של חשיפה של VC כרונית, במינון נמוך (כלומר, ריכוז תת-שוואושה), בו העכברים חשופים לרעילות בתנאים המחקים את החשיפה האנושית הרבה יותר. אכן, נתונים ממודל זה לאחר מכן התוצאות נצפו בבני אדם חשופים VC, כגון ההשפעה על מסלולים מטבולית20, לחץ חמצוני ותפקוד מיטוכונדריאלי4. מודלים אחרים של שאיפת עכבר, כגון מודלים לראש בלבד ולאף בלבד21, דורשים שהחיה תהיה מאופקת, ותגרום למתח בפני החיה. כאן, שיטת החשיפה לגוף כולו אינה דורשת הזרקה או הדחק לבעלי חיים. בעלי החיים מגישים גישה למזון ולמים, והם ממוקמים בתוך חדר האינהלציה הגדול יותר למשך מספר שעות קבוע ביום ובימים בשבוע. יתר על כן, המושג כי VC משנה את הרגישות לעוד האסכולה החדשה הוא ממצא הרומן, הפגינו לראשונה על ידי קבוצה זו12 ויש לו השלכות על חשיפה VC בריכוזים היטב מתחת לאלה הדרושים עבור המופילתחקסיטי הישיר.

שיטה זו של חשיפה לאינהלציה יכולה לשמש כדי לחקות חשיפה למגוון של רעלים גזי גז, כולל תרכובות אורגניות נדיפות אחרות, הקיימות בסביבה שלנו. ואכן, תרכובות אורגניות נדיף הן קבוצה גדולה של הרעלים הסביבתיים ושכיחה יותר באזורים מתועשת, וכתוצאה מכך אוכלוסיות מסוימות להיות בסיכון גבוה יותר לחשיפה כרונית22. ניתן לשנות פרוטוקול זה כדי להתאים שאלות נסיוניות שונות. משך הזמן והריכוז של המנוהל מורכבים יכול להיות מגוון. למרות שפותחה בתחילה לקביעת פציעה בכבד, מערכות איברים אחרים יכולים ונחקרו עם מודל זה23. חוקרים המבקשים ללמוד חשיפות כרוניות עם בעלי חיים, אך רוצים למזער את הלחץ בעלי חיים, צריכים לשקול שימוש במודל זה.

Protocol

כל הניסויים בבעלי חיים/VC אושרו על-ידי המחלקה לבריאות הסביבה, האגודה להערכת והסמכה של טיפול בבעלי חיים מעבדתיים והליכים שאושרו על ידי הוועדה המקומית לטיפול בבעלי חיים מוסדיים ושימוש.

1. הגדרת הניסוי וההסתגלות לדיאטות מטוהרים ונסיוניות

  1. קבע את המספר הכולל של עכברים C56Bl/6J (מינימלית 6-8 עכברים לכל קבוצה).
    הערה: בעלי חיים של כל קבוצת דיאטה יהיו מחולקים משנה לקבוצות חשיפה. הקפידו להסביר מספר כולל של בעלי חיים הדרושים בעת תכנון המחקר.
  2. . לזהות ולשקול את החיות הקלט נתונים אלה.
  3. החלף דיאטות מאוכל רגיל עד שהוא מטוהר דל שומן (lfd) או דיאטה גבוהה שומן (hfd) שבוע לפני תחילת ניסויים האינהלציה כדי התאקלם את העכברים לתזונה החדשה (ראה איור 1 עבור ציר הזמן).
  4. לספק מזון ומים libitum המודעה. נטר צריכת מזון על ידי שקילה והקלטה של המזון שיינתן לכל כלוב, ושקילה והקלטת את שאר המזון בכל יום האכלה. אם מגורים 4 עכברים לכל כלוב, לספק ~ 50 g של מזון פעמיים בשבוע. אם מגורים 5 עכברים לכל כלוב, לספק ~ 60 g של מזון פעמיים בשבוע.
    הערה: במהלך האכלה של דיאטות מטוהרים, את כמות המזון יש לבדוק כל יום כדי להבטיח לעכברים מספיק כדורי. אם יש כדורי מספיק העכברים נוטים ' מטמון ' מזון ולהגדיל את צריכת. יתר על כן, במיוחד HFD נוטה להתפורר הרבה יותר LFD, גורם לאפקט דומה.
  5. עקוב אחר בעלי חיים במהלך הניסוי כדי להבטיח בריאות בעלי חיים נשמרת.
    הערה: העלייה במשקל שבועי וצריכת המזון, יחד עם ניטור חילוף החומרים ניתן לעשות כדי לספק מדד של בריאות החיים הכוללת.

2. מערכת חשיפה לאינהלציה של ויניל כלוריד

הערה: ישנן מערכות חשיפה מרובות לאינהלציה הזמינות מסחרית, החל מ-' אף-בלבד ' לחשיפה של כל גוף ומדריך למערכות אוטומטיות. נתונים שפורסמו בעבר על-ידי קבוצה זו נגזר ממערכת שלמה של הגוף הידני12,23,24. דיאגרמה המתארת את מערכת חשיפת האינהלציה האוטומטית מוצגת באיור 2.

  1. ודא כי האוויר מדלל הן בתאי ניסוי ושליטה הוא יעילות גבוהה האוויר חלקיקים (HEPA) ו פחמן המופעל מסוננים, מיובשים ולחץ מוסדר לפני הזנת התקנים שלהם בהתאמה מדידת זרימה (בקר זרימת המסה [MFC ] – תא ניסיוני, רוטמטר – חדר בקרה).
    הערה: בתא הבקרה, הדבר מסדיר את זרימת האוויר לעכברים. האוויר נכנס לחלק העליון של החדר, חולף על ידי העכברים, אז הוא מותש תחת העכברים ועבר באמצעות מסנן HEPA לפני הכניסה המכסה הכימי. טמפרטורה ולחות יחסית (RH) נמדדים בתוך התא. בחדר הנסיוני, האוויר הדילול מעורבב עם אוויר ממיכל וייטקונג. שני הזרמים מוסדרים באמצעות MFCs. היחס בין שני התערובות קובע את ריכוז הווייטקונג בחדר הניסיוני. הווייטקונג נכנס לראש חדר החשיפה דרך מפזר עם שבעה מטוסים הנקודה בכיוונים שונים. ה-VC עובר בידי העכברים ולאחר מכן מותש באמצעות 12 יציאות נפרדות הממוקמות מתחת למדף הכלוב. עיצוב קאמרי זה הוכח לספק ריכוזי הרעילות הומוגנית בעבר25.
  2. ודא כי לחץ, טמפרטורה ו-RH מנוטרים מתוך הניסוי ותאי הבקרה.
  3. ודא כי הפליטה קאמרית עובר דרך מסנן HEPA, CO2 בדיקה, ו מסנן הפחמן המופעל לפני הכניסה לאזור הפליטה של המכסה הכימי, כי co2 רמת מנוטרים כדי להבטיח את העכברים מקבלים אוורור מקובל.
  4. השתמש בתוכנה המותאמת אישית כדי לשנות, לנטר ולהקליט משתנים סביבתיים במהלך שאיפת חשיפות.
    הערה: אם נעשה שימוש במערכת ידנית, יש לנטר ולכייל את המשתנים המתוארים בשלבים 2.1-2.4, כאשר הדבר נדרש באופן סדיר לאורך תקופת החשיפה.

3. הגדרת טרום חשיפה

  1. כבו את כל זרמי האוויר בתאי הניסוי והבקרה לצורך בטיחות הטכנאי.
  2. לכל חדר, פתחו את דלת החדר והניחו חומר מיטה סופג (בצד הסופג) על גבי המחבת הפרשות. הרטב את החומר הסופג כדי לספק רמת לחות נוחה (40 עד 60% יחסית) לאורך תקופת החשיפה.
  3. הגדר את רמת החשיפה הרצויה של VC בחדר. עבור ריכוזי תת-מגבלת השימוש 0.85 ppm של VC. השתמש גם בבקרת משוב מבוססת-גלאי המבוססת על משוב על משלוח VC לחדר או השתמש בהתאמות ידניות למערכת.
    הערה: הגישה האחרונה דורשת ידע על הכרך הקאמרי, קצב הרענון הקאמרי, זרימת האוויר וקצב המסירה של גז ההון מאספקת המניות; חישובים אלה חייבים להיות מאומתים ומכויל על ידי מדידות של ריכוזי VC בחדר במצב יציב12,24. הטכניקה השכיחה ביותר עבור מדידת VC בחדר היא באמצעות ניתוח כרומטוגרפי גז של אוויר לדוגמה12,24. היתרונות של גישה מונחה תוכנה לגבי דיוק ודיוק של משלוח VC הם ברורים. עם זאת, הוכח כי הגישה הידנית היא גם מדויקת ועקבית12,24.
    התראה: VC היא הרעילות הידועה ומסרטן ברמות גבוהות. לתרגל ציוד הגנה אישי תקין וטיפול של הגז בעת הפעלת וכיבוי התאים.

4. כלוב חשיפה והכנה לבעלי חיים

  1. מסירים את העכברים מתאי הדיור שלהם ומניחים אותם לתוך הכלובים הבודדים של ארון התקשורת הכלוב בחדר האינהלציה (מדף כלוב אחד עבור עכברי הבקרה, אחד עבור העכברים החשופים). באופן אקראי כל מיקום של עכבר בתוך מדף הכלוב היומי כדי להבטיח כי כל עכבר נחשף בצורה מגונה בתוך חדר החשיפה. סמן את מיקומו של כל בעל חיים ואת המיקום של הכלוב במחברת המעבדה.
  2. הניחו כל מתלה כלוב בחדרו המתאים וסגרו את דלתות החדר.

5. ביצוע חשיפה

  1. ודא שהשסתום עבור מיכל הגז של VC נמצא במצב פתוח. ודא שזרימת הדילול לחדר הנסיוני מוגדרת ל -25 ל'/דקות.
  2. התחילו את הזרימה הדילול. בתא הניסיוני ודא שהרוטטר שבתא הבקרה מוגדר ל -25 L/min.
  3. ודא כי כל החיישנים (זרימות, טמפרטורה, לחות, לחץ קאמרי, רמת CO2 ) פועלים כהלכה ומציגים תוצאות צפויות הן בתאי הניסוי והן בחדרי הבקרה.
    הערה: זרימת ה-VC מחושבת ומוגדרת על בסיס הזרם הדילול והצורך בריכוז VC.
  4. ודא כי במהלך החשיפה, בחדר הנסיוני, זמן החשיפה, זרימה מדלל, זרימת VC, טמפרטורה, לחות, לחץ החדר, רמת שיתוף2 , ו תיאורטי הריכוז של VC מוצגים, בגרף ומוקלט. ודא כי הטמפרטורה והלחות עבור תא הבקרה מוצגים גם הם, באמצעות גרף והקלטה.
    הערה: אם נעשה שימוש במערכת ידנית, יש לבדוק ולכוונן את זרימת ה-VC, במידת הצורך, לאורך תקופת החשיפה.
  5. אם מתרחשים בעיות כלשהן במהלך החשיפה, הגדר את זרימת ה-VC לאפס והגדל את זרימת הדילול לערך המירבי שלו כדי לטהר במהירות את התא.
  6. לאחר הגעת משך החשיפה (כלומר, 6 h/day), התוכנה מבטלת אוטומטית את זרימת ה-VC. הטיימר בטיחות 15 דקות ואז מתחיל את הזמן לאחר המשך לחדר ניסיוני כדי לנקות את VC. ברגע שיהיה בטוח להסיר את החיות, לחץ על לחצן אישור בתיבת הדו. המערכת תפסיק את מדידות ההקלטה לקובץ והחשיפה הסתיימה.
    הערה: אם נעשה שימוש במערכת ידנית, על המשתמש לבטל באופן ידני את זרימת ה-VC בסוף משך החשיפה והזמן עבור סיווג VC בתום החשיפה יש לחשב.

6. פוסט-חשיפה

  1. להפעיל הפסקות על השסתום עבור מיכל הגז VC למצב סגור ולכבות את כל זרמי אוויר בתא החשיפה. הפוך את הרוטמטר עד שזרימת האוויר לא זורמת דרך תא הבקרה.
  2. הסירו את הדלתות מכל חדר כדי לספק אוורור לעכברים. . הסירו את ארונות הכלוב מהצ'יימברס מתחת למכסה המנוע, להסיר את העכברים מכלובים החשיפה שלהם ולמקם אותם בחזרה לתוך כלובי הדיור שלהם. להעביר את כל העכברים חזרה לחדר המגורים שלהם לדיור לילה בכלובים רגילים.
  3. היפטר מכל פסולת מן המחבת לתוך המחלקה לבריאות הסביבה & בטיחות (DEHS) הגורם הביולוגי, כמו אלה עשויים להיחשב מפגע כימי על ידי שירותי בריאות הסביבה מוסדית. נקו את דלתות החדר, הפרשות פאן, מתלה כלוב החשיפה וחדר החשיפה למערכות הניסוי והבקרה.

7. ואלידציה של ריכוז VC בתוך התאים במהלך החשיפה

  1. לערוך מדידה של ריכוז VC בתוך התא הנסיוני באמצע כל חשיפה (3 שעות).
  2. שוברים את קצות הזכוכית בשפופרת גלאי VC ובצינור טרום-טיפול. חברו את קצה הזרימה של צינור גלאי VC למשאבת הגלאי. חברו את הזרימה-בסוף של צינור גלאי VC לקצה הזרימה של צינור טרום הטיפול עם חתיכה קצרה של אבובים. לצרף חתיכה קצרה של צינורות אל הזרימה-בקצה של צינור טרום הטיפול.
  3. הסר תקע מאחת מיציאות הדגימה שליד אזור הנשימה של העכברים. חברו את הצינורות מהקצה השמאלי של הצינור הטרום-טיפול ליציאת הדגימה.
  4. מתוך המיקום המלא, להאריך את ידית על בוכנה של המשאבה הגלאי שפופרת אל המיקום המלא. זה ימשוך 100 mL של גז שנדגמו מן החדר לתוך צינור גלאי VC על פני תקופה של 90 s. לאחר ההמתנה 90 s, לדחוף את הידית בחזרה.
  5. חזור על שלב 7.4 שלוש פעמים נוספות כך סך של 400 mL משכה לתוך צינור גלאי VC.
  6. הסר את השפופרת מיציאת הדגימה של התא והכנס את התקע לתוך היציאה. בדוק את שינוי הצבע של שפופרת הגלאי VC כדי לוודא את ריכוז VC בתוך התא.
  7. הקלט את שפופרת גלאי VC במחברת המעבדה והשווה לערך התיאורטי. היפטר מצינור גלאי ההון העצמי וממנו מראש צינור מקדים במיכל מתאים.

8. הפסקת ניסוי של חשיפת אינהלציה

הערה: לאחר נקודת הזמן הרצויה של חשיפה, לדוגמה, 6, 8 ו/או 12 שבועות לאחר תחילת חשיפת האינהלציה, הניסויים מסתיימים ובעלי חיים מורדמים (ראה איור 1 לציר הזמן).

  1. מהר העכברים 4 h לפני זמן המתת החסד.
    הערה: הליך זה מאפשר נחישות של הגלוקוז בדם צום רמות האינסולין עבור ניתוח מטבולית.
  2. השתמש בגישה המתת חסד עם הנחיות האגודה האמריקנית לרפואה וטרינרית (AVMA), כגון הרדמה ולאחריה הגשת דימום.
  3. מנהל קטמין/xylazine (100/15 מ"ג/ק"ג) על ידי הזרקת הצפק הפנימי לכל עכבר כדי לגרום להרדמה.
    הערה: הימנע נתרן פנטוברביטל כמו הרדמה טרום המתת החסד, כמו חשיפה ויניל כלוריד עלול לעכב את יעילותו.
  4. לאסוף דם מן הורקאווה הנחותים לתוך הפתרון נתרן ציטראט (הסופי, 0.38%), כדי למנוע קרישת דם ולשימור דגימה.
  5. הסר את הכבד ו/או כל איבר רצוי אחר. לנתח את הכבד ולהקפיא את החלקים בחנקן נוזלי, להטביע בינוני הדגימה קפוא, ולתקן ב 10% פורמלין באגירה עבור היסטולוגיה.
  6. הפרידו את הפלזמה מהדם באמצעות צנטריפוגה והעבירו את הפלזמה הסיטטית לתוך צינור מתאים והחנות ב-80 ° c עד לצורך ניתוח.
  7. כדי להעריך מדדים היסטלוגיים של פציעה בכבד, לבצע המטאוקסילין ו אאוזין (H & E) כתמים עם 5 μm פורמלין קבוע-פרפין מוטבע הכבד סעיפים ולקבל תמונות עם מיקרוסקופ ברייטפילד.
  8. כדי להשיג את הרמות של פלזמה הטרנסאמיאז, לבצע את שני עמינח מאלטין (ALT) ו אספרטט עמינח (AST) מוסר קינטי על פלזמה מדורגים באמצעות ערכות זמינות מסחרית.
    הערה: עבור בקרת איכות, מעבר פלזמה עבור העכברים C57Bl/6J צריך להיות בטווח הרגיל (35 או 45 IU/L) עבור הקבוצה LFD + VC, בעוד הערכים צריך להיות מוגבה (~ 150 IU/L) עבור קבוצת HFD + VC (איור 3ג).

Representative Results

במהלך הניסוי, הגוף בעלי חיים משקל וצריכת המזון היו במעקב שבועי כדי להבטיח בריאות בעלי חיים ולהעריך בחילוף החומרים vivo. איור 3מתאר משקל גוף וצריכת מזון לניסוי של 12 שבועות. משקל הגוף נמדד פעם בשבוע וצריכת המזון נמדדה פעמיים בשבוע עבור כל הקבוצות. כל העכברים השיגו משקל במהלך המחקר. אמנם, כצפוי העכברים בקבוצות HFD זכו יותר משקל כמו העכברים בקבוצות LFD, העכברים החשופים VC לא לקבל יותר משקל מאשר העכברים בקבוצת הביקורת המתאימה. צריכת המזון לא הייתה שונה בין כל הקבוצות12,24.

איור 3ב מתארת את הפוטוצירוגרפים הנציג של מקטעי כבד ויטראז ' עם H & E לניתוח מורפולוגיה כללית. בקבוצת LFD, VC לא גרמה לשינויים בפתוגיים. הזנת HFD האכלה משמעותית באופן משמעותי (הצטברות שומן) וחשיפה VC הגדילה את האפקט הזה. יתרה מזאת, חשיפה של VC בקבוצת hfd הביאה לכמה מסמכים דלקתיים12,24.

מעבר פלזמה (ALT ו-AST) רמות נמדדו כאינדיקטורים של נזק לכבד ורמת סירום מוגבה הוא מחוון של נזק לכבד. בקבוצת LFD, VC לא הגדילו את רמות הטרנסאמיאז. Hfd לבד מוגברת במקצת רמות סירום והכי חשוב VC משופרת באופן משמעותי אפקט זה (איור 3ג)12,24.

משקל כבד ליחס הגוף משקל חושבו עבור כל קבוצה. HFD הגדילה באופן משמעותי את הכבד יחס הגוף משקל. עם זאת, VC לא הגדיל באופן משמעותי את האפקט הזה (איור 3ד)12.

Figure 1
איור 1: מבט כולל על הליך מודל האינהלציה. עכברים ניזונים שומן נמוך בהתאמה (13% רווי שומן) או גבוהה שומן (42% שומן רווי) דיאטות לימוד libitum במשך שבוע אחד כדי לאשר אותם לדיאטה מטוהרים. לאחר שבוע, עכברים מוצגים למשטר האינהלציה. בשביל זה, עכברים ממוקמים בחדרי שאיפת המדינה-של-art כל הגוף לצורך חשיפה לריכוז משנה ברמה של VC של < 1 עמודים לדקה (0.85 ppm ± 0.1 ppm) או אוויר החדר (שליטה) עבור 6 h/יום, 5 ימים בשבוע, עבור 12 שבועות. במהלך תהליך האינהלציה מותר לעכברים גישה חופשית למזון ולמים. במהלך 12 שבועות, עכברים מורדמים בבוקר. מודל זה ניתן להאריך לתקופות ארוכות יותר של חשיפה כרונית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: שאיפת העיצוב הקאמרי. מוצגת דיאגרמה של מערכת חשיפה אוטומטית המספקת ריכוזי הרעילות הומוגנית. תוכנה מותאמת אישית מאפשרת למשתמש לשנות, לנטר ולהקליט משתנים סביבתיים במהלך שאיפת חשיפות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: ויניל כלוריד לבדו אינו גורם לפציעה בכבד גלויה אלא מגביר את מחלת הכבד הנגרמת על ידי דיאטה. (א) משקלהגוף וצריכת המזון היו מנוטרים שבועי. (ב) המבנה הפוצירופגרפים של מורפולוגיה של הכבד הכללי באמצעות כתמים של H & E מוצגים (הגדלה = 200x). (ג) פלזמה הסידורג נאסף בתום תקופת החשיפה ונותח לפעילות אנזימטית כמדד של נזקי כבד. (ד) משקל כבד נקבע בנקודות שונות של זמן ניסיוני לעומת משקל הגוף כולו. התוצאות מוצגות כממוצע ± SEM.a, p < 0.05 לעומת בקרת lfd בהתאמה; b, p < 0.05 לעומת העדר VC. דוגמאות גודל לכל קבוצה n = 8-10. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Discussion

מודל זה של שיטת משופרת-NAFLD היא שיטה הרומן כדי להעריך את ההשפעה של מגבלת משנה את החשיפה VC בפרדיגמת שאיפת גוף שלם. מודל זה מאפשר לחוקרים ללמוד את ההשפעות התת-הפאטוקסיות והרגישות של רמות נמוכות של VC לבד. אכן, מודל זה שיתוף חשיפה משיגה פציעה בכבד משופרת, העלאת הפלזמה ALT ו-AST ודלקת מתונה, בעוד בעיקר לא להשפיע על מערכות איברים אחרים, כגון לב, בריכוז זה23. המודל הכרוני הזה דורש תאי שאיפת גוף שלמים, אך ממזער מתח וריכוזי חשיפה. למרות שהפרוטוקול המוצג כאן הוא גישה מבוססת תוכנה, הניסיון שלנו הראה כי הגישה הידנית היא גם שיטה מדויקת ועקבית של חשיפה12,24. כמו-כן, היא ישימה בקלות לתחומים מחקריים מרובים, כולל נזק איברים אחרים23 הנגרמים על ידי חשיפה אורגנית נדיף התרכובת22. בעיקר, מודל זה עשוי להיות דומה יותר הפתוגנזה של האדם החשיפה האנושית לכימיקלים סביבתיים ומחלה הבסיסית5.

על מנת לקבל תוצאות דומות, יש להשיג שלבים קריטיים מסוימים של מיטוב פרוטוקולים. לדוגמה, על החוקרים לקבוע כי הריכוז של הווייטקונג או הרעילות האחרת בתוך התאים הוא בטווח החשיפה הרצוי (כלומר, רמה נמוכה, תת-שאושה או רמות אקוטי). מיטוב שלב זה של תא האינהלציה חיוני למודל מוצלח של חשיפת האינטרסים האנושיים. שנית, התאמת זמן החשיפה ליום ומשך הניסוי עשוי להיות גם שונה. לפי האינטרס של קבוצה זו, הושגה הגדרת חשיפה תעסוקתית, ומערך נוסף של דיאטה נחקר גם הוא. עם זאת, החשיפות הסביבתיות והחדות עשויות גם להיות מעוצב באמצעות פרוטוקול זה.

עבודה זו מאתגר את הפרדיגמה שמגבלות החשיפה הנוכחיות של VC (תעסוקתיות וסביבתיות) בטוחות. אכן, למרות שמגבלת החשיפה הנוכחית של VC היא 1 עמודים לדקה, מודל זה הוכיח כי ריכוזי VC מתחת למגבלה זו מספיקים כדי לשפר את פגיעה בכבד הנגרמת על ידי HFD בעכברים. פרוטוקול זה מאפשר לחוקרים ללמוד ולאפיין את הפרדיגמה החדשנית של חשיפת הרעילות ולדגם טאש.

זהו הדגם הראשון של חשיפה כרונית, במינון נמוך של VC. העבודה הקודמת בשימוש ריכוזי ההזנה גבוהה מאוד, חשיפות חריפה או מטבוליטים פעילים כתחליפים עבור חשיפה VC. כל הגישות הללו מפחיתים את הרלוונטיות של הממצאים לחשיפה אנושית. לכן, מודל הרומן של האינטראקציה של טאש-NAFLD מספק את הפלטפורמה הנחוצה לחוקרים לבחון אינטראקציות מורכבות של חשיפה של VC ברמה נמוכה.

מודל זה של פגיעה בכבד המושרה הרעילות יכול לשמש עבור תרכובות אורגניות נדיפים אחרים גם כדי ללמוד אינטראקציות אחרות שעלולות להשפיע על הכבד ומערכות איברים אחרים8,22,23. יתר על כן, מודל זה כבר, והוא יכול להיות נוסף, משמש לחקור טיפולי התערבות ומחקרים מעמיקים לעומק של מצב פעולה עבור הרעילות הנפוצה הזאת24. כמו VC הוא מסרטן ידוע26,27,28, זה הפרדיגמה חשיפה יכול להיות גם שונה למחקר של סרטן המושרה VC. שיתוף morbidities אחרים כמו מחלת כבד אלכוהוליים עשוי גם להיות משופר על-ידי שיתוף החשיפה VC. בנוסף, זה יהיה עניין ללמוד סוגים שונים של שומן, כגון שומן רב בלתי רווי18,29,30, או סוגים שונים של פחמימות31 ואת החשיפה שלהם עם VC במודל זה. אכן, כל הגורמים הללו ידועים יש השפעות דיפרנציאליות על התפתחות של פציעה בכבד עשוי לשחק תפקיד במחלת הכבד VC המושרה.

לסיכום, זהו מודל אינהלציה הרומן של נזקי הכבד הנגרמת על-ידי הזיהום הסביבתי ויוצר פרדיגמה חשיפה לחשיפה כרונית, ברמה נמוכה של VC. הריכוז של VC בשימוש במודל זה הוא sub-hepatotoxic בפני עצמו, בעוד היא מגבירה את פגיעת הכבד הנגרמת על ידי גורם אחר (HFD) בעכברים. מודל זה יאפשר לחוקרים לחקור מנגנונים והתערבויות של רעילות VC כרונית והוא עשוי להועיל למחקרים טרנסלטיזם התבוננות בנושאים אנושיים חשופים בסיכון הגבוה ביותר לחשיפה.

Disclosures

ל-WT גולדסמיט יש אינטרס פיננסי ב-IEStechno, שהוא התבנית עבור המערכת המתוארת. לשאר הסופרים אין מה לגלות.

Acknowledgments

מחקר זה מומן על ידי פרסים מן המכונים הלאומיים לבריאות (K01 DK096042 ו R03 DK107912) כדי Juliane Beier. מחקרים נתמכים גם על ידי פרס פיתוח מוסדי (רעיון) מן המכון הלאומי למדעי הרפואה הכללית של המוסדות הלאומיים לבריאות תחת מספר P20GM113226 והמכון הלאומי על אלכוהול התעללות ו אלכוהוליזם של המכון הלאומי לבריאות תחת פרס מספר P50AA024337. התוכן הינו באחריות המחברים בלבד ואינו מייצג בהכרח את ההשקפות הרשמיות של המכון הלאומי לבריאות.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
ALT/AST reagents Thermo Fisher TR70121, TR71121
C57Bl/6J mice The Jackson Laboratory 000664 Animal studies must conform to all relevant ethics and animal welfare regulations and must be reviewed and approved by the
appropriate governmental and institutional animal care and use committees. Since this is a chronic study, we recommend using male or female mice 4-6 weeks of age.
CO2 Monitor IEStechno Ex-Sens
Eosin Sigma E6003
Hematoxylin Sigma HHS16
Inhalation exposure chamber system IEStechno GasExpo The inhalation exposure chamber system includes custom software, interface and controller hubs
Saturated fat (13%) control diet Teklad Diets TD.120336
Saturated fat (42%) diet Teklad Diets TD.07511
Sodium citrate Sigma 71497
Vinyl Chloride MATHESON TRI-GAS Series 3590-CGA* Handle gas with caution

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sass, J. B., Castleman, B., Wallinga, D. Vinyl chloride: a case study of data suppression and misrepresentation. Environmental Health Perspectives. 113, (7), 809-812 (2005).
  2. ATSDR. Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR): Toxicological profile for Vinyl Chloride. (2006).
  3. Wahlang, B., et al. Toxicant-associated steatohepatitis. Toxicologic Pathology. 41, (2), 343-360 (2013).
  4. Cave, M., et al. Toxicant-associated steatohepatitis in vinyl chloride workers. Hepatology. 51, (2), 474-481 (2010).
  5. Cave, M., Falkner, K. C., McClain, C. J. Occupational and Environmental Hepatotoxicity. Zakim and Boyer's Hepatology. Boyer, D. T., Manns, M. P., Sanyal, A. J. Saunders. Philadelphia, PA. 476-492 (2012).
  6. Tamburro, C. H., Makk, L., Popper, H. Early hepatic histologic alterations among chemical (vinyl monomer) workers. Hepatology. 4, (3), 413-418 (1984).
  7. EPA. Toxicological review of vinyl chloride in support of summary information on the Integrated Risk Information System. EPA. (2000).
  8. Lang, A. L., Beier, J. I. Interaction of volatile organic compounds and underlying liver disease: a new paradigm for risk. Biological Chemistry. 399, (11), 1237-1248 (2018).
  9. Abplanalp, W., et al. Benzene exposure is associated with cardiovascular disease risk. PLoS ONE. 12, (9), 0183602 (2017).
  10. Younossi, Z., et al. Global burden of NAFLD and NASH: trends, predictions, risk factors and prevention. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 15, (1), 11-20 (2018).
  11. Younossi, Z. M. Non-alcoholic fatty liver disease - A global public health perspective. Journal of Hepatology. 70, (3), 531-544 (2019).
  12. Lang, A. L., et al. Vinyl chloride dysregulates metabolic homeostasis and enhances diet-induced liver injury in mice. Hepatology Communications. 2, (3), 270-284 (2018).
  13. Lotti, M. Do occupational exposures to vinyl chloride cause hepatocellular carcinoma and cirrhosis. Liver International. 37, (5), 630-633 (2017).
  14. Antweiler, H. Studies on the metabolism of vinyl chloride. Environmental Health Perspectives. 17, 217-219 (1976).
  15. Bolt, H. M. Metabolic activation of vinyl chloride, formation of nucleic acid adducts and relevance to carcinogenesis. IARC Scientific Publications. (70), 261-268 (1986).
  16. Guengerich, F. P., Crawford, W. M., Watanabe, P. G. Activation of vinyl chloride to covalently bound metabolites: roles of 2-chloroethylene oxide and 2-chloroacetaldehyde. Biochemistry. 18, (23), 5177-5182 (1979).
  17. Anders, L. C., et al. Vinyl Chloride Metabolites Potentiate Inflammatory Liver Injury Caused by LPS in Mice. Toxicological Sciences. 151, (2), 312-323 (2016).
  18. Anders, L. C., et al. Role of dietary fatty acids in liver injury caused by vinyl chloride metabolites in mice. Toxicology and Applied Pharmacology. 311, 34-41 (2016).
  19. Morinello, E. J., Koc, H., Ranasinghe, A., Swenberg, J. A. Differential induction of N(2),3-ethenoguanine in rat brain and liver after exposure to vinyl chloride. Cancer Research. 62, (2), 5183-5188 (2002).
  20. Guardiola, J. J., et al. Occupational exposures at a polyvinyl chloride production facility are associated with significant changes to the plasma metabolome. Toxicology and Applied Pharmacology. 313, 47-56 (2016).
  21. Chen, L. C., Lippmann, M. Inhalation toxicology methods: the generation and characterization of exposure atmospheres and inhalational exposures. Current Protocols in Toxicology. 63, (1), 1-24 (2015).
  22. Wahlang, B., et al. Mechanisms of Environmental Contributions to Fatty Liver Disease. Current Environmental Health Reports. 6, (3), 80-94 (2019).
  23. Liang, Y., et al. Exposure to Vinyl Chloride and Its Influence on Western Diet-Induced Cardiac Remodeling. Chemical Research in Toxicology. 31, (6), 482-493 (2018).
  24. Chen, L., Lang, A. L., Poff, G. D., Ding, W. X., Beier, J. I. Vinyl chloride-induced interaction of nonalcoholic and toxicant-associated steatohepatitis: Protection by the ALDH2 activator Alda-1. Redox Biology. 24, 101205 (2019).
  25. Goldsmith, W. T., et al. A computer-controlled whole-body inhalation exposure system for the oil dispersant COREXIT EC9500A. Journal of Toxicology and Environmental Health. Part A. 74, (21), 1368-1380 (2011).
  26. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risk to Humans. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. International Agency for Research on Cancer. Lyon, France. (2008).
  27. IARC. Chemical agents and related occupations. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. 100, Pt F 9 (2012).
  28. Fedeli, U., et al. Mortality from liver angiosarcoma, hepatocellular carcinoma, and cirrhosis among vinyl chloride workers. American Journal of Industrial Medicine. 62, (1), 14-20 (2019).
  29. Kirpich, I. A., et al. Ethanol and dietary unsaturated fat (corn oil/linoleic acid enriched) cause intestinal inflammation and impaired intestinal barrier defense in mice chronically fed alcohol. Alcohol. 47, (3), 257-264 (2013).
  30. Kirpich, I. A., et al. Saturated and Unsaturated Dietary Fats Differentially Modulate Ethanol-Induced Changes in Gut Microbiome and Metabolome in a Mouse Model of Alcoholic Liver Disease. American Journal of Pathology. 186, (4), 765-776 (2016).
  31. Spruss, A., Bergheim, I. Dietary fructose and intestinal barrier: potential risk factor in the pathogenesis of nonalcoholic fatty liver disease. Journal of Nutritional Biochemistry. 20, (9), 657-662 (2009).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics