Een silicosemuismodel dat tot stand komt door herhaalde inademing van kristallijn silicastof
Summary
Dit protocol beschrijft een methode voor het opstellen van een muismodel van silicose door herhaalde blootstelling aan silicasuspensies via een neusinfuus. Dit model kan efficiënt, gemakkelijk en flexibel het pathologische proces van menselijke silicose nabootsen met een hoge herhaalbaarheid en economie.
Abstract
Silicose kan worden veroorzaakt door blootstelling aan respiratoir kristallijn silicastof (CSD) in een industriële omgeving. De pathofysiologie, screening en behandeling van silicose bij mensen zijn allemaal uitgebreid bestudeerd met behulp van het muissilicosemodel. Door muizen herhaaldelijk CSD in hun longen te laten inhaleren, kunnen de muizen de klinische symptomen van menselijke silicose nabootsen. Deze methodologie is praktisch en efficiënt in termen van tijd en output en veroorzaakt geen mechanisch letsel aan de bovenste luchtwegen als gevolg van een operatie. Bovendien kan dit model met succes het acute/chronische transformatieproces van silicose nabootsen. De belangrijkste procedures waren als volgt. Het gesteriliseerde CSD-poeder van 1-5 μm werd volledig gemalen, gesuspendeerd in zoutoplossing en gedurende 30 minuten in een ultrasoon waterbad gedispergeerd. Muizen onder isofluraan-geïnduceerde anesthesie schakelden gedurende ongeveer 2 seconden over van oppervlakkige snelle ademhaling naar diepe, langzame aspiratie. De muis werd in de palm van een hand geplaatst en de duimtop raakte zachtjes de liprand van de kaak van de muis om de luchtweg recht te trekken. Na elke uitademing ademden de muizen de silicasuspensie druppel voor druppel in door één neusgat, waardoor het proces binnen 4-8 s werd voltooid. Nadat de ademhaling van de muizen was gestabiliseerd, werd hun borst gestreeld en gestreeld om te voorkomen dat de geïnhaleerde CSD zou worden opgehoest. De muizen werden vervolgens teruggebracht naar de kooi. Concluderend kan dit model CSD kwantificeren langs de typische fysiologische doorgang van kleine deeltjes in de longen, van de bovenste luchtwegen naar de terminale bronchiolen en longblaasjes. Het kan ook de terugkerende blootstelling van werknemers als gevolg van het werk nabootsen. Het model kan door één persoon worden uitgevoerd en heeft geen dure apparatuur nodig. Het simuleert handig en effectief de ziektekenmerken van menselijke silicose met een hoge herhaalbaarheid.
Introduction
Werknemers worden onvermijdelijk blootgesteld aan onregelmatig kristallijn silicastof (CSD), dat kan worden ingeademd en giftiger is in tal van beroepscontexten, waaronder mijnbouw, aardewerk, glas, kwartsverwerking en beton 1,2. Een chronische aandoening bij het inademen van stof, bekend als silicose, veroorzaakt progressieve longfibrose3. Volgens epidemiologische gegevens is de incidentie van silicose de afgelopen decennia wereldwijd afgenomen, maar de laatste jaren neemt het toe en treft het jongere mensen 4,5,6. Het onderliggende mechanisme van silicose vormt een grote uitdaging voor wetenschappelijk onderzoek vanwege het sluipende begin en de langdurige incubatietijd. Het is nog onbekend hoe silicose ontstaat. Bovendien kan geen enkel huidig medicijn de progressie van silicose en omgekeerde longfibrose stoppen.
De huidige muismodellen voor silicose omvatten tracheale inname van een gemengde suspensie van CSD. Bijvoorbeeld, het toedienen van CSD in de longen door het cervicale luchtpijptrauma na anesthesie over te nemen, voldoet niet aan herhaalde menselijke blootstelling aan kleurstof. Het effect van blootstelling aan omgevingsstof op personen kan worden bestudeerd door hen bloot te stellen aan koolzuurhoudende stoffen in de vorm van aerosolen, die de concentraties van deze giftige stof in het milieu nauwkeuriger weergeven8. CSD uit de omgeving kan echter niet zomaar rechtstreeks in de longen worden ingeademd vanwege de unieke fysiologische structuur van de muizenneus9. Bovendien is de apparatuur die aan deze technologie is gekoppeld duur, wat ertoe heeft geleid dat onderzoekers het muizensilicosemodel10 opnieuw hebben geëvalueerd. Door binnen 2 weken vijf keer CSD-suspensie via een neusinfuus te inhaleren, was het mogelijk om een dynamisch model van silicose op te bouwen. Dit model is consistent en veilig en toch gebruiksvriendelijk. Het is belangrijk op te merken dat deze studie herhaalde inhalatie van CSD bij muizen mogelijk maakt. Het silicosemodel voor muizen dat via deze procedure wordt gemaakt, zal naar verwachting gunstiger zijn voor onderzoeksvereisten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Silicose muismodellen zijn cruciaal voor het bestuderen van de pathogenese en behandeling van silicose. Dit protocol beschrijft een methode voor het opstellen van een model van silicose bij muizen door herhaalde nasale blootstelling. Deze methode maakt het mogelijk om de pathologische kenmerken van silicose geïnduceerd door verschillende blootstellingstijden te bestuderen. Muizen werden verdoofd aan een beademingsapparaat en hun ademhalingsfrequentie werd gecontroleerd. De aanvankelijke korte, snelle ademhaling vertraag…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd ondersteund door het University Synergy Innovation Program van de provincie Anhui (GXXT-2021-077) en het Anhui University of Science and Technology Graduate Innovation Fund (2021CX2120).
Materials
| 0.5 mL tube | Biosharp | BS-05-M | |
| 10% formalin neutral fixative | Nanchang Yulu Experimental Equipment Co. | NA | |
| Adobe Illustrator | Adobe | NA | |
| Alcohol disinfectant | Xintai Kanyuan Disinfection Products Co. | NA | |
| CD68 | Abcam | ab125212 | |
| Citrate antigen retrieval solution | biosharp life science | BL619A | |
| DAB chromogenic kit | NJJCBio | W026-1-1 | |
| Dimethyl benzene | West Asia Chemical Technology (Shandong) Co | NA | |
| Enhanced BCA protein assay kit | Beyotime Biotechnology | P0009 | |
| Hematoxylin and Eosin (H&E) | Beyotime Biotechnology | C0105S | |
| HRP substrate | Millipore Corporation | P90720 | |
| HRP-conjugated Affinipure Goat Anti-Rabbit IgG(H+L) | Proteintech | Sa00001-2 | |
| Iceacetic acid | West Asia Chemical Technology (Shandong) Co | NA | |
| ImageJ | NIH | NA | |
| Isoflurane | RWD Life Science | R510-22 | |
| Masson's Trichrome stain kit | Solarbio | G1340 | |
| Methanol | Macklin | NA | |
| Microtubes | Millipore | AXYMCT150CS | |
| NF-κB p65 | Cell Signaling Technology | 8242S | |
| Oscillatory thermostatic metal bath | Abson | NA | |
| Paraffin embedding machine | Precision (Changzhou) Medical Equipment Co. | PBM-A | |
| Paraffin Slicer | Jinhua Kratai Instruments Co. | NA | |
| Phosphate buffer (PBS) | Biosharp | BL601A | |
| Physiological saline | The First People's Hospital of Huainan City | NA | |
| Pipettes | Eppendorf | NA | |
| PMSF | Beyotime Biotechnological | ST505 | |
| Polarized light microscope | Olympus | BX51 | |
| Precision balance | Acculab | ALC-110.4 | |
| Prism7.0 | GraphPad | Version 7.0 | |
| PVDF membranes | Millipore | 3010040001 | |
| RIPA lysis buffer | Beyotime Biotechnology | P0013B | |
| RODI IOT intelligent multifunctional water purification system | RSJ | RODI-220BN | |
| Scilogex SK-D1807-E 3D Shaker | Scilogex | NA | |
| SDS-PAGE gel preparation kit | Beyotime Biotechnology | P0012A | |
| Silicon dioxid | Sigma | #BCBV6865 | |
| Sirius red staining | Nanjing SenBeiJia Biological Technology Co., Ltd. | 181012 | |
| Small animal anesthesia machine | Anhui Yaokun Biotech Co., Ltd. | ZL-04A | |
| Universal Pipette Tips (0.1–10 µL) | KIRGEN | KG1011 | |
| Universal Pipette Tips (100–1000 µL) | KIRGEN | KG1313 | |
| Universal Pipette Tips (1–200 µL) | KIRGEN | KG1212 | |
| Vortex mixer | VWR | NA | |
| ZEISS GeminiSEM 500 | Zeiss Germany | SEM 500 | |
| β-actin | Bioss | bs-0061R |
Referencias
- Olsson, A., Kromhout, H. Occupational cancer burden: the contribution of exposure to process-generated substances at the workplace. Molecular Oncology. 15 (3), 753-763 (2021).
- The Lancet Respiratory. The world is failing on silicosis. The Lancet. Respiratory Medicine. 7 (4), 283 (2019).
- Weissman, D. N. Progressive massive fibrosis: An overview of the recent literature. Pharmacology & Therapeutics. 240, 108232 (2022).
- Lancet, C. C., Yu, I. T., Chen, W. Silicosis. Lancet. 379 (9830), 2008-2018 (2012).
- Mazurek, J. M., Wood, J., Blackley, D. J., Weissman, D. N. Coal workers’ pneumoconiosis-attributable years of potential life lost to life expectancy and potential life lost before age 65 years – United States, 1999-2016. MMWR. Morbidity and Mortality Weekly Report. 67 (30), 819-824 (2018).
- Voelker, R. Black Lung resurgence raises new challenges for coal country physicians. JAMA. 321 (1), 17-19 (2019).
- Nakashima, K., et al. Regulatory role of heme oxygenase-1 in silica-induced lung injury. Respiratory Research. 19 (1), 144 (2018).
- Li, Y., et al. Minute cellular nodules as early lesions in rats with silica exposure via inhalation. Veterinary Sciences. 9 (6), 251 (2022).
- Salehi, F., et al. Immunological responses in C3H/HeJ mice following nose-only inhalation exposure to different sizes of beryllium metal particles. Journal of Applied Toxicology. 29 (1), 61-68 (2009).
- Yang, T., et al. Emodin suppresses silica-induced lung fibrosis by promoting Sirt1 signaling via direct contact. Molecular Medicine Reports. 14 (5), 4643-4649 (2016).
- Cornell, W. C., et al. Paraffin embedding and thin sectioning of microbial colony biofilms for microscopic analysis. Journal of Visualized Experiments. (133), e57196 (2018).
- 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).
- Mu, M., et al. Coal dust exposure triggers heterogeneity of transcriptional profiles in mouse pneumoconiosis and Vitamin D remedies. Particle and Fibre Toxicology. 19 (1), 7 (2022).
- Kato, K., et al. Muc1 deficiency exacerbates pulmonary fibrosis in a mouse model of silicosis. Biochemical and Biophysical Research Communications. 493 (3), 1230-1235 (2017).
- Liu, F., et al. CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T cells depletion may attenuate the development of silica-induced lung fibrosis in mice. PLoS One. 5 (11), 15404 (2010).
- Mansouri, N., et al. Mesenchymal stromal cell exosomes prevent and revert experimental pulmonary fibrosis through modulation of monocyte phenotypes. JCI Insight. 4 (21), 128060 (2019).
- Ohtsuka, Y., Wang, X. T., Saito, J., Ishida, T., Munakata, M. Genetic linkage analysis of pulmonary fibrotic response to silica in mice. The European Respiratory Journal. 28 (5), 1013-1019 (2006).
