繰り返しオゾン暴露によるマウスの慢性閉塞性肺疾患モデルの生成

Summary

本研究では、オゾンの高濃度にマウスを繰り返しさらすことによって新しい慢性閉塞性肺疾患 (COPD) の動物モデルが正しく生成について説明します。

Abstract

慢性閉塞性肺疾患 (COPD) は、永続的な気流制限や肺実質の破壊によって特徴付けられます。それは人口高齢化における発生率が非常に高いです。COPD フォーカスを中心に症状変更薬; 現在の従来の治療法したがって、新しい治療法の開発が急務します。COPD の修飾の動物モデルは基になるメカニズムを特徴付けるために助けることができるし、新しい薬物スクリーニングに使用することができます。リポ多糖 (LPS) など、現在の COPD モデルやブタ膵臓エラスターゼ (PPE)-誘導肺気腫モデル肺と気道における COPD のような病変を生成が、そうでなければ人間 COPD の病因を似ていません。タバコの煙 (CS)-誘導モデルのまま 1 つの最も人気のあるのでそれはだけでなく呼吸器系における COPD のような病変をシミュレートしますが、それは人間の COPD を引き起こす主な有害物質の一つに基づいています。ただし、CS 誘発モデルの時間のかかり、労働集約的な側面は、劇的に新しい創薬スクリーニングへの応用を制限します。この研究では、正常に高濃度のオゾンにマウスを公開することによって新しい COPD モデルを生成しました。このモデルは次を示した: 1) 強制呼気量 25、50、75/強制肺活量の減少 (fev 社₂₅/FVC、fev 社₅₀/FVC と fev 社₇₅/FVC)、肺機能の悪化を示す2) 拡大肺肺胞、肺実質の破壊;3) 削減疲労時間と距離。・ 4) 炎症を増加します。一緒に取られて、これらのデータは、オゾン暴露 (OE) のモデルがオゾン露出オーバーは COPD の病因の要因の一つは、人間に同じような信頼性の高い動物モデルであることを示します。さらに、6-8 週間、OE モデル COPD 研究の良い選択であるかもしれないことを示すタバコの煙モデルを誘発する 3-12 ヶ月を必要とするのに対し、純正モデルを作成する私たちの前の仕事に基づくだけかかった。

Introduction

それは、COPD、肺気腫と慢性気管支炎を含むかもしれない 2020年^1,2の世界の死の 3 番目の主要な原因をこと推定されています。人口の 40 歳以上の COPD の潜在的な発生率は、男性で 12.7%、次の 40 年の³で女性の 8.3% と推定されます。COPD 患者⁴の進行悪化を逆に現在利用できる薬はありません。COPD の信頼性の高い動物モデルだけでなく病気の病理学的プロセスの模倣の需要、また短い世代期間が必要。LPS または PPE 誘発モデルを含む、現在の COPD モデルは、肺気腫のような症状^5,6を引き起こすことができます。単回投与または LPS または PPE の一週間にわたる課題著明な BALF の血清、プロ炎症性メディエーター (例えばTNF-α や il-1 β) を増加、気管支肺胞洗浄液 (BALF) でマウスやラットの結果を生成する肺実質の破壊拡大の空気のスペースと制限気流^5,6,7,8,9,10。ただし、組合や PPE 人間 COPD の原因ではない、従って¹¹病理学的プロセスを模倣しません。CS 誘起モデルは、永続的な気流制限、肺実質の破壊を生産し、機能的運動能力を削減します。しかし、伝統的な CS プロトコルには、COPD モデル^12,13,14,15を生成するため、少なくとも 3 ヵ月が必要です。したがって、2 つの要件を満たしている新しいより効率的な動物モデルを生成する重要です。

最近では、タバコを吸う、に加えて大気汚染や職業暴露は COPD^16,17,18のより一般的な原因になっています。主要な汚染物質の一つとして、オゾン (ただし大気汚染の主要なコンポーネントではなく)、することができます直接気道反応し、子供や若い大人^{19,20,21 の肺組織の損傷 ,22,23,24,25}。組合、PPE は、CS などその他の刺激と同様に、オゾン、深刻な肺の酸化ストレスや DNA の損傷の生化学的経路に関与しているし、開始と COPD^26,27のプロモーションにリンクしています。別の要因は、オゾン、オゾンが肺機能^18,28,29を破壊できることを示すにさらされた後いくつかの COPD 患者の症状が悪化することです。したがって、我々 は繰り返し 7 週間のオゾンの高濃度にマウスを公開することによって新しい COPD モデルを生成これは気流の欠陥や肺実質損傷前調査^30,31,32のものと同様で起因しました。本研究では雌マウスに OE プロトコルを拡張し、私たち以前研究^30,31,32の雄マウスにみられる肺気腫を再現します。COPD 死亡率は男性で減少したが、多くの国の³³の女性で増加、ためメカニズムの研究と女性の COPD 患者の治療法を開発する女性の COPD モデルが必要です。すべての性別に OE モデルの適用性は、COPD モデルとしての使用にさらにサポートを貸します。

Protocol

注:、純正モデルが生成されて、以前に報告された研究 30 , 31 , 32 で使用します。すべての動物実験は機関動物ケアおよび使用委員会 (IACUC) 上海交通大学によって承認されました。 1 です。 マウス 家病原体フリー、7-9 週齢女性 BALB/c マウスで動物の個別換気ケージ施設制御温度 (20 ° C) と湿?…

Representative Results

各グループの 3 D µCT 画像の例としては、図 1に表示されます。オゾン暴露マウスが大きく総肺気量 (図 1と b) と LAA % (図 1c) 空気露出コントロール マウスよりも。肺気量と LAA % に残ったオゾン露出31,32の 6 週後上昇。LAA …

Discussion

この研究では、COPD の新しいモデルを生成するための信頼性の高い方法を提案する.この OE モデル (すなわち、 LPS または PPE モデル) の他のモデルと比較して、COPD 患者の病理学的プロセスを繰り返します。タバコの煙は、人間の患者⁴⁰で COPD を引き起こす主な有害物質は、最も人気のある COPD モデル^41,42のまま CS モデルです?…

Materials

BALB/c mice	Slac Laboratory Animal,Shanghai, China	N/A	7-to-9-week-old female BALB/c mice were used in this study.
Individual ventilated cages	Suhang, Shanghai, China	Model Number: MU64S7	The cages were used for housing mice in the animal facility.
Sealing perspex-box	Suhang, Shanghai, China	N/A	The box was used  to contain the ozone generator. Mice were exposed to ozone within the box.
Electric generator	Sander Ozoniser, Uetze-Eltze, Germany	Model 500	The device was used for generating ozone.
Ozone probe	ATi Technologies, Ashton-U-Lyne, Greater Manchester, UK	Ozone 300	The device was used for monitoring and controlling the generation of ozone.
Pelltobarbitalum natricum	Sigma, St. Louis, MO, USA	P3761	Mice were anesthetized by intraperitoneal injection of pelltobarbitalum natricum.
Micro-Computed Tomography	GE Healthcare, London, ON, Canada	RS0800639-0075	This device was used for acquiring images of the lung.
Micro-view 2.01 ABA software	GE Healthcare, London, ON, Canada	Micro-view 2.01	This device was used for reconstruct the lung and analyze volume, LAA of the lung.
Treadmill machine	Duanshi, Hangzhou, Zhejiang, China	DSPT-208	This machine was usd for fatigue test.
Body plethysmograph	eSpira™ Forced Manoeuvres System, EMMS, Edinburgh, UK	Forced Manoeuvres System	This device was used to test spirometry pulmonary function.
Ventilator	eSpira™ Forced Manoeuvres System, EMMS, Edinburgh, UK	Forced Manoeuvres System	This device was used to test spirometry pulmonary function.
Slide spinner centrifuge	Denville Scientific, Holliston, MA, USA	C1183	It was used to spin BALF cells onto slides.
Wright Staining	Hanhong, Shanghai, China	RE04000054	It was used to staining macrophages, neutrophils in the suspended BALF.
Hemocytometer	Hausser Scientific, Horsham, PA, USA	4000	It was used to count cells.
IL-1β	Abcam, Cambridge, MA, USA	ab100704	They were used to test the respective factors in serum.
IL-10	Abcam, Cambridge, MA, USA	ab46103	They were used to test the respective factors in serum.
TNF-α	Abcam, Cambridge, MA, USA	ab100747	They were used to test the respective factors in serum.
Paraformaldehyde	Sigma, St. Louis, MO, USA	P6148	The lung was inflated by 4% paraformaldehyde.
Paraffin	Hualing, Shanghai, China	56#	It was used to embed the lung.
Rotary Microtome	Leica, Wetzlar,  Hesse, Germany	RM2255	It was used for sectioning the lung.
Hgaematoxylin and Eosin (H&E) staining solution	Solarbio, Beijing, China	G1120	H&E staining was done for morphometric analysis.
Upright bright field microscope	Olympus, Center Valley, PA, USA	CX41	It was used to image the H&E staining slides.
Adobe Photoshop 12	Adobe, San Jose, CA, USA	Adobe Photoshop 12	It was used to count the number of alveoli on the H&E stained images.
GraphPad prism 5	Graphpad Software Inc., San Diego, CA	GraphPad prism 5	It was used for data analysis and production of figures.