本方案展示了利用自行构建的全身吸入（WBI）暴露系统（WBIS）研究香烟烟雾（CS）病理生理效应的方法。该系统可在可控且可重复的条件下使动物暴露于香烟烟雾中，用于研究香烟烟雾对肺气肿和造血功能的影响。
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本文内容
摘要
摘要
据报道，2018年美国近14%的成年人吸烟。香烟烟雾（CS）对肺部和心血管疾病的影响已被广泛研究，但其对血液和骨髓等其他组织和器官的影响仍不完全明确。在啮齿类动物中研究香烟烟雾影响的合适系统可能价格昂贵，且需要购买商业化的设备。因此，我们着手构建一种经济、可靠且多功能的系统，用于研究香烟烟雾对小鼠的病理影响。该全身吸入暴露系统（WBIS）通过交替暴露于香烟烟雾和清洁空气，模拟吸烟时的呼吸和抽吸过程。本文显示，这种自制（DIY）系统在连续4个月香烟烟雾暴露后，可诱导小鼠气道炎症和肺气肿。同时，也展示了利用该装置研究香烟烟雾全身吸入（WBI）对骨髓中造血干细胞和祖细胞（HSPCs）的影响。
引言
尽管过去50至60年来美国吸烟成年人数量持续下降，但吸烟仍是导致可预防疾病的主要原因之一1。众所周知，吸烟与多种肺部和血液疾病相关，包括慢性阻塞性肺疾病（COPD），后者是一组包含肺气肿和慢性支气管炎的疾病2,3,4。根据美国疾病控制与预防中心（CDC）的数据，2014年COPD是美国第三大死因，超过1500万美国人患有此病5。
最近，吸烟（CS）还被发现与克隆性造血（CH）风险升高相关6,7，克隆性造血是一种单一造血干细胞异常扩增并产生个体外周血中较大比例血细胞的病理状态。该发现提示吸烟与骨髓功能之间可能存在关联。鉴于吸烟对健康的广泛而重大的影响，以及小鼠疾病模型在生物医学研究进展中的核心地位，建立高效且经济的小鼠吸烟模型系统具有重要意义。
本文提供了一套逐步指南，用于构建一套经济实惠的系统，以处理并研究香烟烟雾（CS）对肺气肿及骨髓稳态的体内影响。该设备的组装无需使用者具备专业知识，因此可实现自行组装。
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方案
所有参与本实验和技术开发的动物均遵循由机构动物护理和使用委员会（IACUC）批准的动物使用方案，并在获得实验动物管理和使用协会（AAALAC）认证的贝勒医学院和MD安德森癌症中心机构的监管下进行。
1. 构建装置
- 组装带有阀门系统的空气压缩机。
- 使用1/8英寸螺纹公接头将流量计（两个15 L/min，带Y型管和2个动力输出口）连接到微型压力调节器上。所有螺纹接口均需使用螺纹密封胶带。
- 通过以下部件将已组装的压力调节器与医用空气压缩机仪器连接：压缩机出气口上的1/8英寸六角接头、1/8英寸螺纹耦合接头，以及连接至压力调节器的1/8英寸螺纹公接头。
- 在每个（共4个）流量计上安装氧气旋转卡套接头。
- 在空气压缩机顶部的出气口安装一个公接头适配器（该部件随医用空气压缩机仪器提供）。
- 组装暴露室（制作4个单元）
- 将一段3/4英寸氯化聚氯乙烯（CPVC）管切割成八个4英寸长的段。
- 将每一段插入一个3/4英寸90°弯头CPVC接头中，并将弯头的另一侧连接至一个3/4英寸直径的CPVC公接头。最终应得到八个CPVC段，每个段分别连接一个CPVC弯头接头和一个CPVC公接头。
- 在一个8.5 L带盖密闭容....
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结果
CS 暴露的主要特征之一是肺气肿，其特征是肺部气囊（肺泡）的损伤和破坏。因此，最初的实验重点在于验证 DIY 系统在对雌性小鼠进行反复全身性 CS 暴露后，能否诱导其肺部发生肺气肿样改变。CS 给药方案的选择基于我们此前的发表文献，在这些研究中我们使用了此处描述的 DIY 系统对小鼠进行 CS 处理，并研究肺气肿的分子病理生理学机制10,11,12,13,14,15,16。具体而言，小鼠每周 5 天、每天全身暴露于 4 支带滤嘴的市售香烟烟雾中，每支香烟之间设有 10 分钟无烟间隔，持续 4 个月10,
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讨论
本文提供了构建用于小鼠慢性烟雾暴露（CS）的WBIS装置所需的信息。系统安装完成后，研究人员必须根据动物体内尼古丁或可替宁的实际递送剂量对系统进行校准，这是至关重要的。该装置包含定时器和压力表，可用于调节每口烟的体积、抽吸频率、合并的烟雾暴露时间以及每支香烟之间动物的休息间隔。此外，每天实际给予的香烟数量可能因焦油和尼古丁含量的不同而有所变化。最后，必须定期清洁所有接触香烟烟雾的组件，以确保烟雾循环正常，并使动物接受一致的烟雾暴露。
目前已有至少六种商用系统和方案可用于对小鼠进行香烟烟雾（CS）和空气有毒物质的处理。然而，大多数用于此目的的设备需要依赖商业供应商，或需要具备电子学和/或电气工程方面的专业知识才能组装。部分系统采用全身暴露（WBI）方案，而另一些则采用仅鼻部暴露的处理方式，但这些系统的成本可能高达10万美元，对于大多数实验室而言过于昂贵而难以承受。
该DIY系统的优点在于其制造过程固有的简便性、低成本（约6000美元）以及多功能性。此外，构建该DIY装置所需的组件均可从商业零售商和供应链中轻松获得。我们承认，该暴.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
AR、XH 和 PE 获得了美国国立卫生研究院（NIH）资助 R01HL140398 以及 Gilson Longenbaugh 基金会资助的支持。DEMM 和 KK 获得了美国国立卫生研究院（NIH）资助 R01HL136333 和 R01HL134880（KYK）以及 Helis 医学研究基金会资助的支持。DEMM 还获得了霍华德·休斯医学研究所（HHMI）高级研究 Gilliam 奖学金的支持。PE 还获得了国家环境卫生科学研究所（NIEHS）精准环境健康科学培训 T32 ES027801 奖学金项目的支持。JC 和 MF 获得了 MD 安德森癌症中心表观遗传学与分子致癌学系烟草研究基金以及表观遗传学中心（授予 MF 的学者奖）的支持。FK 和 YZ 获得了美国国立卫生研究院（NIH）资助 R01 ES029442-01 和 R01 AI135803-01 以及美国退伍军人事务部杰出研究资助 CX000104 的支持。本项目得到了贝勒医学院细胞计数与细胞分选核心设施的支持，资助来自德克萨斯州癌症预防研究所核心设施支持奖（CPRIT-RP180672）、美国国立卫生研究院（CA125123 和 RR024574），并得到 Joel M. Sederstrom 的协助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1 英寸紧固件 | Lowes | 756990 | |
| 1/4 英寸带倒钩 Y 型接头 | VWR | 89093-282 | |
| 1/4 英寸直通管接头 | VWR | 62866-378 | |
| 1/8 英寸六角管嘴 | Lowes | 877221 | |
| 1/8 英寸螺纹耦合接头 | Lowes | 877208 | |
| 1/8 英寸螺纹公端适配管嘴接头 | Lowes | 877243 | |
| 10/32 (M) 螺纹直通接头 | Bimba | EB60 | |
| 3/4 英寸 90 度弯头 CPVC 接头 | Lowes | 22643 | |
| 3/4 英寸氯化聚氯乙烯 (CPVC) 管 | Lowes | 23814 | |
| 3/4 英寸 CPVC 封帽 | Lowes | 23773 | |
| 3/4 英寸 CPVC 滴灌母端适配器 | Lowes | 194629 | |
| 3/4 英寸直径 CPVC 公端适配器 | Lowes | 23766 | |
| 8.5 升带盖密封容器（11.25 英寸 × 7.75 英寸 × 6 英寸） | Komax | N/A | 列为 "Komax Biokips Large Bread Box | (280-oz) Large Storage Container" |
| 玻璃排水管（直径 1.75 英寸 × 长度 8 英寸） | KIMAX | 6500 | |
| Isonic 电磁阀 | Bimba | V2A02-AW1 | |
| 万宝路红盒 100's | Marlboro | N/A | |
| 氧气旋转带倒钩接头 | Global Medical Solutions | RES002 | |
| 松下定时器 LT4H-W | Panasonic | LT4HW | 该部件由 Shepherd Controls & Associates 内置于阀门控制器中 |
| 压力调节器 | Allied Electronics and Automation | 70600552 | 另列为 "Norgren R07-100-RGKA" |
| 橡胶塞 #1（单孔） | VWR | 59581-163 | |
| 橡胶塞 #8.5（单孔） | VWR | 59581-389 | |
| Scireq inExpose 系统 | Scireq 和 Emka Technologies | N/A | 用于与我们自制的 WBIS 系统进行对比的商用系统 |
| 直通带倒钩接头（8 mm 开口） | VWR | 10028-872 | |
| 螺纹密封胶带 | Lowes | 1184243 | |
| 螺纹端口适配器 | Bimba | P1SA1 | |
| Timeter Aridyne 2000 医用空气压缩机 | MFI Medical | AHC-TE20 | |
| Timeter 流量计 | Allied Healthcare Products | 15006-03YP2 | 另列为 "Puritan Air Meter" |
| 阀门控制系统 | Shepherd Controls and Associates | N/A | 该公司为此型号定制设计了阀门控制系统。 |
| 乙烯基管 | Vitality Medical | RES3007 |
参考文献
- Current Cigarette Smoking Among Adults in the United States. Center for Disease Control and Prevention. , Available from: https://www.cdc.gov/tobacco/data_statistics/fact_sheets/adult_data/cig_smoking/index.htm (2018).
- Salvi, S. Tobacco smoking and evironmental risk factors for chronic obstructive pulmonary disease. Clini....
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