Воздействие сигаретного дыма у мышей с помощью системы вдыхания всего тела
Summary
Этот протокол демонстрирует изучение патофизиологических эффектов сигаретного дыма (CS) с системой воздействия всего тела (WBI) (WBIS), построенной в доме. Эта система может подвергать животных CS в контролируемых повторяемых условиях для исследования CS-опосредованного воздействия на эмфизему легких и гематопоезии.
Abstract
Около 14% взрослых в Соединенных Штатах, как сообщается, курят сигареты в 2018 году. Влияние сигаретного дыма (CS) на легкие и сердечно-сосудистые заболевания были широко изучены, однако, влияние CS в других тканях и органах, таких как кровь и костный мозг остаются неполными определены. Поиск соответствующей системы для изучения воздействия CS на грызунов может быть непомерно дорогим и потребовать покупки коммерчески доступных систем. Таким образом, мы приступили к созданию доступной, надежной и универсальной системы для изучения патологических эффектов CS у мышей. Эта система ингаляционного воздействия всего тела (WBIS) имитирует дыхание и пыхтение сигарет путем чередования воздействия CS и чистого воздуха. Здесь мы показываем, что эта сделай сам (DIY) система вызывает воспаление дыхательных путей и эмфиземы легких у мышей после 4-месяцев воздействия сигаретного дыма. Показано также влияние вдыхания всего тела (ВБИ) CS на гематопоэтические стволовые клетки и клетки-предшественники (ГСПК) в костном мозге с помощью этого аппарата.
Introduction
Курение сигарет остается одной из основных причин предотвратимых заболеваний в США, несмотря на неуклонное снижение числа курящих сигарет взрослых в последние 50-60 лет1. Широко известно, что курение связано с многочисленными заболеваниями легких икрови,включая хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ), группу заболеваний, которая включает эмфизему и хроническийбронхит 2,3,4. По данным Центра по контролю заболеваний (CDC), в 2014 году ХОБЛ была третьей по счету причиной смерти в Соединенных Штатах с более чем 15 миллионов американцев, страдающих отэтой болезни 5.
CS также недавно был связан с более высоким риском развития клональных гематопоэз (CH)6,7, состояние, при котором одна гематопоэтическая стволовая клетка непропорционально производит большой процент периферической крови человека. Этот вывод указывает на потенциальную связь между курением и функцией костного мозга. Учитывая широко распространенные и весьма значительные последствия для здоровья CS и учитывая, что муриновые модели заболеваний являются краеугольным камнем прогресса в биомедицинских исследованиях, полезно разработать эффективные и доступные системы для моделирования CS у мышей.
Здесь мы предоставляем пошаговое руководство для создания доступной системы для лечения и изучения воздействия in vivo CS на эмфизему легких и гомеостаз костного мозга. Сборка этого оборудования не требует от пользователя специальных знаний и, таким образом, позволяет DIY сборки.
Protocol
Representative Results
Discussion
Здесь мы предоставляем информацию, необходимую для строительства аппарата для WBIS мышей CS. После установки системы крайне важно, чтобы исследователи откалибровали систему на основе дозы никотина или котинина у животных. Аппарат содержит таймер и датчики давления, которые могут быть ис?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
AR, XH и PE были поддержаны грантом NIH R01HL140398 и грантом Фонда Гилсона Лонгенбо. DEMM и KK были поддержаны грантами NIH R01HL136333 и R01HL134880 (KYK), а также грантом Фонда медицинских исследований Helis. DEMM также поддерживается Медицинским институтом Говарда Хьюза (HHMI) Гиллиам стипендий для перспективных исследований. PE также поддерживается обучением в области точного экологического здоровья наук NIEHS T32 ES027801 стипендий программы. JC и MF поддерживаются Табачными исследовательскими фондами из Департамента эпигенетики и молекулярного канцерогенеза и Центром эпигенетики (Scholar Award to MF) при докторе Андерсоне. ФК и ЯЗ поддерживаются грантами NIH R01 ES029442-01 и R01 AI135803-01, а также грантом VA Merit CX000104. Этот проект был поддержан Цитометрии и сортировки клеток ядро в Бейлор медицинского колледжа с финансированием от CPRIT Core Facility Support Award (CPRIT-RP180672), NIH (CA125123 и RR024574), а также помощь Джоэл М. Sederstrom.
Materials
| 1 in fastener | Lowes | 756990 | |
| 1/4 in Barbed Y connector | VWR | 89093-282 | |
| 1/4 in straight tubing connector | VWR | 62866-378 | |
| 1/8 hex nipple | Lowes | 877221 | |
| 1/8 in threaded coupling fitting | Lowes | 877208 | |
| 1/8 in threaded male adapter nipple fitting | Lowes | 877243 | |
| 10/32 (M) threaded straight connector | Bimba | EB60 | |
| 3/4 in 90-degree elbow CPVC fitting | Lowes | 22643 | |
| 3/4 in chlorinated polyvinyl chloride (CPVC) pipe | Lowes | 23814 | |
| 3/4 in CPVC cap | Lowes | 23773 | |
| 3/4 in CPVC Drip irrigation female adapter | Lowes | 194629 | |
| 3/4 in diameter CPVC male adapter | Lowes | 23766 | |
| 8.5 L airtight container with lid (11.25in x 7.75in x 6 in) | Komax | N/A | Listed as "Komax Biokips Large Bread Box | (280-oz) Large Storage Container" |
| Glass drain tube (1.75 in diameter x 8 in length) | KIMAX | 6500 | |
| Isonic Solenoid Valves | Bimba | V2A02-AW1 | |
| Marlboro Red 100's | Marlboro | N/A | |
| Oxygen swivel barbed connector | Global Medical Solutions | RES002 | |
| Panasonic Timer LT4H-W | Panasonic | LT4HW | Item was built-in the valve controller by Shepherd Controls & Associates |
| Pressure regulator | Allied Electronics and Automation | 70600552 | Also listed as "Norgren R07-100-RGKA" |
| Rubber stopper # 1 (one hole) | VWR | 59581-163 | |
| Rubber stopper # 8.5 (one hole) | VWR | 59581-389 | |
| Scireq inExpose system | Scireq and Emka Technologies | N/A | Commercial system used for comparison with our DIY WBIS |
| Straight barbed fitting (8mm opening) | VWR | 10028-872 | |
| Thread Sealant tape | Lowes | 1184243 | |
| Threaded port adaptor | Bimba | P1SA1 | |
| Timeter Aridyne 2000 Medical Air Compressor | MFI Medical | AHC-TE20 | |
| Timeter flowmeter | Allied Healthcare Products | 15006-03YP2 | Also listed as "Puritan Air Meter" |
| Valve Control system | Shepherd Controls and Associates | N/A | Company custom designed the valve control system for this model. |
| Vinyl pipes | Vitality Medical | RES3007 |
Referenzen
- 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. Clinics in Chest Medicine. 35, 17-27 (2014).
- Sunyer, J., et al. Longitudinal relation between smoking and white blood cells. American Journal of Epidemiology. 144, 734-741 (1996).
- Freedman, D. S., Flanders, D., Barboriak, J. J., Malarcher, A. M., Gates, L. Cigarette smoking and leukocyte subpopulations in men. Annals of Epidemiology. 6, 299-306 (1996).
- Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD). Center for Disease Control and Prevention Available from: https://www.cdc.gov/copd/basics-about.html (2019)
- Genovese, G., et al. Clonal hematopoiesis and blood-cancer risk inferred from blood DNA sequence. New England Journal of Medicine. , (2014).
- Steensma, D. P. Clinical implications of clonal hematopoiesis. Mayo Clinic Proceedings. 93, 1122-1130 (2018).
- Tobacco. Federal Trade Comission Available from: https://www.ftc.gov/tips-advice/business-center/selected-industries/tobacco (2020)
- 3R4F Cigarettes. University of Kentucky – College of Agriculture Food and Environment Available from: https://ctrp.uky.edu/products/gallery/Reference (2020)
- Shan, M., et al. Cigarette smoke induction of osteopontin (SPP1) mediates T H 17 inflammation in human and experimental emphysema. Science Translational Medicine. 4, 1-10 (2012).
- Yuan, X., et al. Activation of C3a receptor is required in cigarette smoke-mediated emphysema. Nature Mucosal Immunology. 8, 874-885 (2014).
- Yuan, X., et al. Cigarette smoke – induced reduction of C1q promotes emphysema. JCI Insight. 4, 1-17 (2019).
- Shan, M., et al. Agonistic induction of PPAR g reverses cigarette smoke – induced emphysema Find the latest version: Agonistic induction of PPAR γ reverses cigarette smoke – induced emphysema. Journal of Clinical Investigation. 124, 1371-1381 (2014).
- Hong, M. J., et al. Protective role of gd T cells in cigarette smoke and influenza infection. Nature Mucosal Immunology. 11, 834-908 (2018).
- Kim, M., et al. Cigarette smoke induces intestinal inflammation via a Th17 cell-neutrophil axis. Frontiers in Immunology. 10, 1-11 (2019).
- Lu, W., et al. The microRNA miR-22 inhibits the histone deacetylase HDAC4 to promote T H 17 cell – dependent emphysema. Nature Immunology. 16, 1185-1194 (2015).
- Hendrix, A. Y., Kheradmand, F. . The Role of Matrix Metalloproteinases in Development, Repair, and Destruction of the Lungs. Progress in Molecular Biology and Translational Science. 148, (2017).
- Siggins, R. W., Hossain, F., Rehman, T., Melvan, J. N., Welsh, D. A. Cigarette smoke alters the hematopoietic stem cell niche. Med Sci. 2, 37-50 (2014).
- Kheradmand, F., You, R., Gu, B. H., Corry, D. B. Cigarette smoke and DNA cleavage promote lung inflammation and emphysema. Transactions of the American Clinical and Climatological Association. 128, 222-233 (2017).
- Ha, M. A., et al. Menthol attenuates respiratory irritation and elevates blood cotinine in cigarette smoke exposed mice. PLoS ONE. , 1-16 (2015).
- Moreno-Gonzalez, I., Estrada, L. D., Sanchez-Mejias, E., Soto, C. Smoking exacerbates amyloid pathology in a mouse model of Alzheimer’s disease. Nature Communications. 4, 1-10 (2013).
- Madison, M. C., et al. Electronic cigarettes disrupt lung lipid homeostasis and innate immunity independent of nicotine. Journal of Clinical Investigation. 129, 4290-4304 (2019).
